MTHFR 在胃癌中的研究進(jìn)展

張盼，王學(xué)紅，馬臻棋

(1.青海大學(xué)，青海 西寧810000；2.青海大學(xué)附屬醫(yī)院消化內(nèi)科，青海 西寧 810000)

0 引言

近年來，由于我國人口老齡化加速，消化道腫瘤發(fā)病率及死亡率逐漸增長，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)多處于中晚期，預(yù)后較差，給社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來很大負(fù)擔(dān)[1]，因此早期診斷與治療極為重要。亞甲基四氫葉酸還原酶(MTHFR)是葉酸代謝過程中的關(guān)鍵酶，其單核苷酸多態(tài)性(SNPs)可能是癌癥的潛在生物學(xué)標(biāo)志，對不同腫瘤有相關(guān)易感性，因MTHFR 基因的多態(tài)性，當(dāng)某一位點(diǎn)基因發(fā)生突變時(shí)，導(dǎo)致MTHFR 活性下降，結(jié)果致使缺乏葉酸和S-腺苷蛋氨酸(SAM)。這種缺乏會導(dǎo)致DNA 甲基化不足和基因不穩(wěn)定，并最終導(dǎo)致癌癥。本文通過分析相關(guān)文獻(xiàn)，對MTHFR 在胃癌中的研究進(jìn)展及可能的發(fā)生機(jī)制作一綜述，以期為胃癌的早期診斷、治療及預(yù)后提供思路。

1 MTHFR 結(jié)構(gòu)與功能

1.1 MTHFR 基因調(diào)節(jié)

在人體細(xì)胞中，MTHFR 蛋白由位于染色體1p36.3 上的MTHFR 基因編碼。MTHFR 具有多種基因多態(tài)性，最初被描述有12 個(gè)外顯子，在MTHFR 基因中具有多個(gè)啟動子和多聚腺苷酸化的幾個(gè)位點(diǎn)[2]。MTHFR 能編碼不同變體，最常見的形式是656 個(gè)氨基酸的蛋白質(zhì)，MTHFR 由結(jié)合5，10-亞甲基四氫葉酸的N 末端催化結(jié)構(gòu)域和與S 結(jié)合的C 末端調(diào)節(jié)域組成S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosyl methionine,SAM),MTHFR催化5- 甲基四氫葉酸不可逆還原為5,10- 亞甲基四氫葉酸，并在一碳代謝中產(chǎn)生甲基起關(guān)鍵作用并參與表觀遺傳調(diào)控,MTHFR 活性的調(diào)節(jié)受到SAM 在C 端調(diào)節(jié)域的嚴(yán)格控制，也受到富含絲氨酸的N 端延伸區(qū)上多個(gè)磷酸化位點(diǎn)的調(diào)節(jié)。磷酸化導(dǎo)致MTHFR 活性下調(diào)和SAM 變構(gòu)抑制的上調(diào)，磷酸化通過改變酶的活性和非活性狀態(tài)的平衡來影響MTHFR 的變構(gòu)調(diào)節(jié)，有利于SAM 優(yōu)先結(jié)合的非活性狀態(tài).MTHFR 的活性形式可能會影響5-甲基四氫葉酸的生成，后者是體內(nèi)葉酸的活性形式，繼而蛋氨酸水平的增加和相關(guān)甲基被驅(qū)動。

1.2 MTHFR 生理功能

MTHFR 多位點(diǎn)磷酸化的生理功能推測為在高甲硫氨酸條件下，本構(gòu)的多位磷酸化可確保SAM 最大限度地抑制MTHFR，因此，一碳單元可保留用于嘌呤和dTMP 合成等關(guān)鍵過程。在低甲硫氨酸條件下，MTHFR 被去磷酸化并變得更具活性，因此更多的一碳單元被轉(zhuǎn)移以生產(chǎn)甲硫氨酸和SAM。另外，在對同型半胱氨酸處理過的細(xì)胞的結(jié)果表明MTHFR 可以被去磷酸化和去抑制，從而為同型半胱氨酸的再甲基化提供5 甲基四氫葉酸(5-CH3-THF)。高濃度的同型半胱氨酸具有毒性，可能引發(fā)心血管疾病。因此，MTHFR的去磷酸化和去抑制作用也可能代表細(xì)胞緩解高半胱氨酸血癥的反應(yīng)[3]。

2 MTHFR 參與胃癌發(fā)生的早期事件

胃癌(Gastric cancer，GC)在全球癌癥中發(fā)病率和死亡率位居第二，早期診斷率、根治性切除率和5 年生存率低，目前其確切病因尚不清楚[4]。幾乎三分之二的胃癌病例和死亡發(fā)生在欠發(fā)達(dá)地區(qū)[5]。在中國，幽門螺桿菌感染是胃癌的公認(rèn)原因，但是各種遺傳因素的變異也影響胃癌的易感性[6]。MTHFR 是葉酸代謝的關(guān)鍵酶，它催化5,10-亞甲基四氫葉酸轉(zhuǎn)變?yōu)?-甲基四氫葉酸，這是葉酸的主要循環(huán)形式，葉酸參與DNA 修復(fù)及DNA 甲基化。DNA 損傷和DNA 甲基化是人體細(xì)胞惡變的關(guān)鍵因素，葉酸代謝異?？烧T導(dǎo)DNA 甲基化發(fā)生變異，導(dǎo)致DNA 修復(fù)系統(tǒng)效率低下，DNA 去甲基化等其他原因?qū)е碌牡图谆梢餌NA 基因組不穩(wěn)定。DNA 局部高甲基化也可引起染色體結(jié)構(gòu)的改變，促進(jìn)雜合缺失或者等位基因的缺失[7]。葉酸在DNA 修復(fù)中起重要作用，并參與DNA 甲基化。5-甲基四氫葉酸是高半胱氨酸甲基化為蛋氨酸的甲基供體，蛋氨酸是S-腺苷蛋氨酸(SAM)的前身。SAM是DNA 甲基化的直接甲基供體[8]。由于亞甲基四氫葉酸還原酶基因多態(tài)性，當(dāng)某一位點(diǎn)基因發(fā)生突變時(shí)，如rs1801133處C 到T 的突變以及rs1801131 處A 到C 的突變會降低MTHFR 酶的活性[8]，并導(dǎo)致缺乏葉酸和SAM。這種缺乏會導(dǎo)致DNA 甲基化不足和基因不穩(wěn)定，并最終導(dǎo)致癌癥[9]。

葉酸是水果和蔬菜的重要成分，可以賦予抗癌作用。葉酸的重要生物學(xué)功能是提供細(xì)胞內(nèi)甲基化反應(yīng)和從頭合成脫氧核苷三磷酸合成所需的甲基；因此，葉酸缺乏被認(rèn)為是通過破壞DNA 甲基化和合成以及破壞DNA 修復(fù)而致癌的[10]。然而，葉酸需要由包括MTHFR 在內(nèi)的幾種酶催化的代謝轉(zhuǎn)化，該酶不可逆地將5、10-亞甲基四氫葉酸轉(zhuǎn)化為5-甲基四氫葉酸。MTHFR 基因是高度多態(tài)的，其中兩個(gè)最常見的變異位于核苷酸677(C →T)和1298(A →T)。這兩個(gè)位點(diǎn)的變異引起酶活性降低和熱不穩(wěn)定性，高度微衛(wèi)星不穩(wěn)定性(MSI-H)胃癌常表現(xiàn)為DNA 甲基化異常，與葉酸和甲基基團(tuán)代謝有關(guān)的MTHFR 基因多態(tài)性變體可能與MSI-H 胃癌的發(fā)生有關(guān)[7]。Xia 等[11]研究分析表明，MTHFR 677TT 和CT 基因型攜帶者發(fā)生胃癌的風(fēng)險(xiǎn)更高；此外，在MTHFR 677T 等位基因攜帶者中也發(fā)現(xiàn)了胃癌風(fēng)險(xiǎn)升高。眾所周知，作為MTHFR 677T 攜帶者的個(gè)體的MTHFR 活性降低[12]，并且MTHFR C677T 變異基因型的低酶活性與DNA 甲基化不足有關(guān)，這可能導(dǎo)致基因組不穩(wěn)定，從而影響癌基因或腫瘤抑制因子的表達(dá)，繼而導(dǎo)致胃惡性腫瘤[13,14]。除此之外，MTHFR 活性低可能會阻止甲基與從頭開始dTMP 合成，這是DNA 合成的限速步驟，通往甲基化途徑[15]。有人提出，葉酸攝入可以調(diào)節(jié)與MTHFR多態(tài)性有關(guān)的癌癥風(fēng)險(xiǎn)[16]。當(dāng)葉酸攝入足夠時(shí)，攜帶變異的MTHFR 基因型的個(gè)體可能具有降低的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)樵谶@些條件下，盡管仍能確保提供足夠的甲基供體，但通過由于MTHFR活性降低，通過將甲基轉(zhuǎn)移至核苷酸合成，從而在循環(huán)的細(xì)胞內(nèi)途徑中保護(hù)葉酸。但是，當(dāng)葉酸攝入量較低時(shí)，變異的MTHFR 基因型攜帶者的DNA 甲基化以及DNA 合成和修復(fù)都可能受到損害，進(jìn)而導(dǎo)致致癌風(fēng)險(xiǎn)增加[15]。

幽門螺桿菌感染是胃癌的重要病因之一，已有研究表明[17]幽門螺桿菌感染影響人胃粘膜甲基化的誘導(dǎo)，提示異常的DNA 甲基化是胃癌早期發(fā)生的主要事件之一。在腫瘤發(fā)生中，相關(guān)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，幽門螺桿菌感染與MTHFR C677T 多態(tài)性對胃癌風(fēng)險(xiǎn)的影響存在顯著的相互作用，這表明幽門螺桿菌感染胃粘膜可能導(dǎo)致特定基因的轉(zhuǎn)錄失活，并可能增加DNA 損傷、突變或染色體不穩(wěn)定性。其研究結(jié)果提示MTHFR 677TT 和高葉酸攝入對胃癌的保護(hù)作用，并且MTHFR C677T 基因型的作用可能因幽門螺桿菌感染、葉酸消耗和不同的腫瘤部位而不同。胃癌似乎是基因與環(huán)境相互作用的結(jié)果，需要更大樣本量的進(jìn)一步研究來證實(shí)這種疾病與環(huán)境和基因的關(guān)系。

葉酸和MTHFR 都可能影響人類癌癥的發(fā)展。Chen[18]等在中國人群中進(jìn)行了一項(xiàng)基于人群的病例對照研究，以探討葉酸攝入量和MTHFR 基因多態(tài)性在胃癌中的潛在作用，以及它們與幽門螺桿菌感染和腫瘤位置的相互作用，吸煙和飲酒并沒有改變MTHFR C677T 多態(tài)性與胃癌風(fēng)險(xiǎn)之間的關(guān)系。相比之下，幽門螺桿菌感染和葉酸攝入均與MTHFR C677T基因多態(tài)性有顯著的相互作用：未感染幽門螺桿菌的個(gè)體在MTHFR 677TT 基因型時(shí)發(fā)生胃癌的風(fēng)險(xiǎn)較低。葉酸在合成DNA 合成、復(fù)制和修復(fù)所需的核苷酸以及DNA 甲基化反應(yīng)中介導(dǎo)1-碳部分的轉(zhuǎn)移，這些過程可能在致癌過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用[19,20]。大量攝入富含葉酸的食物更有可能預(yù)防某些癌癥的發(fā)生。有研究表明葉酸攝入對胃癌風(fēng)險(xiǎn)增加的保護(hù)作用在以前的流行病學(xué)研究中也觀察到在MTHFR 677TT 基因型的個(gè)體中，葉酸攝入量的增加可以大大降低癌癥的風(fēng)險(xiǎn)。

遺傳因素在致癌和癌癥發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。雖然胃癌經(jīng)歷高度復(fù)雜的工藝，例如：廢除基因表達(dá)，異常細(xì)胞增殖，凋亡，分化性，增強(qiáng)的存活，免疫監(jiān)視的逸出，和轉(zhuǎn)移[21,22]，基因表達(dá)或功能的廢除引起遺傳變化，即缺失，擴(kuò)增和突變是驅(qū)使正常胃細(xì)胞進(jìn)入癌細(xì)胞的主要力量。MTHFR 1298A＞ C 和677C＞ T 的 多 態(tài) 性 會 降 低MTHFR 的 酶 促 活性，從而導(dǎo)致5,10-MTHF 的量增加[23]。5,10-MTHF，TS 和MTHFR 的底物，與TS 和FU 相互作用形成三級復(fù)合物，這可能會增強(qiáng)5-FU 的功能。5-FU 是最常見的化療藥物，用于治療包括GC 在內(nèi)的多種癌癥。Zhao 等[24]研究表明，MTHFR 1298A＞ C 和MTRR 66A＞ G 多態(tài)性與GC 患者的生存率有關(guān)，MTHFR 單核苷酸多態(tài)性(SNPs)可能是癌癥的潛在生物標(biāo)志物[25]。這表明這些多態(tài)性可能是有用的生物標(biāo)記物，可以更準(zhǔn)確地評估中國人的胃癌預(yù)后。此外，MTHFR677TT 基因型與多種癌癥的保護(hù)作用相關(guān)，包括乳腺癌和結(jié)直腸癌[26,27]。在不同的研究中觀察到的MTHFR C677T 多態(tài)性對胃癌風(fēng)險(xiǎn)影響的差異可能是由于人群背景、樣本量或環(huán)境因素和其他因素，強(qiáng)烈需要進(jìn)一步證實(shí)此處觀察到的差異效應(yīng)。

3 MTHFR 與晚期胃癌

在既往的相關(guān)研究中有關(guān)MTHFR 參與胃癌晚期浸潤轉(zhuǎn)移機(jī)制研究甚少，但是有報(bào)道表明[28]晚期胃癌治療中使用最廣泛的藥物是氟尿嘧啶，氟尿嘧啶轉(zhuǎn)化為5-氟-dUMP，與胸苷酸合酶(TYMS)和5-10-亞甲基四氫葉酸形成三元復(fù)合物，該三元復(fù)合物的形成導(dǎo)致TYMS 的持續(xù)抑制和DNA 的進(jìn)一步合成，這被認(rèn)為是氟尿嘧啶抗腫瘤作用的主要機(jī)制[28]。因抗腫瘤活性取決于與葉酸代謝的相互作用，可以說葉酸代謝是氟尿嘧啶抗腫瘤作用的重要途徑，有研究表明，葉酸攝入量的增加與晚期胃癌更好的生存有關(guān)系，盡管這種關(guān)系的原因目前尚不清楚，但表明了攝入足夠的葉酸對于氟尿嘧啶發(fā)揮其抗腫瘤的作用可能很重要。葉酸攝入量過高的患者其細(xì)胞毒性也會更高，這表明葉酸攝入不僅在癌細(xì)胞中而且在正常組織中都增加了細(xì)胞毒性。MTHFR677TT 基因型與胃癌的臨床結(jié)局密切相關(guān)。MTHFR677C/T 導(dǎo)致丙氨酸被纈氨酸替代，從而誘導(dǎo)酶的熱不穩(wěn)定變體活性降低[29]。由于MTHFR活性降低可能會導(dǎo)致5-10 亞甲基四氫葉酸的積累，而增多的5-10-亞甲基四氫葉酸可能會產(chǎn)生更緊密的三元復(fù)合物從而提高氟尿嘧啶的抗腫瘤功效，在這項(xiàng)研究中，不僅在TT 型中有更好的生存率，而且細(xì)胞毒性相對較高，這可能支持TT 型細(xì)胞毒性的增加。另外，MTHFR 基因和葉酸之間并沒有發(fā)現(xiàn)相互作用，MTHFR677TT 和葉酸的攝入可以互補(bǔ)地增加5-氟-dUMP 的水平，因此增加氟尿嘧啶的作用[30]。

4 總結(jié)

綜上所述，胃癌的發(fā)生發(fā)展是一個(gè)及其復(fù)雜的過程，MTHFR 參與胃癌的發(fā)生、發(fā)展，由于臨床上對胃癌的診斷仍存在漏診的情況，目前胃鏡檢查及其黏膜活檢是診斷胃癌的重要手段，而組織黏膜中MTHFR 的檢測有望成為檢測早期胃癌的生物學(xué)物質(zhì)，為胃癌的早期診斷和新的治療提供一種可能性，以及更準(zhǔn)確地評估我國的胃癌預(yù)后，但目前具體的發(fā)生機(jī)制尚不明確，因此，需要大樣本，多層次的研究，找到更加充分的支持依據(jù)。