同型半胱氨酸與動(dòng)脈粥樣硬化的研究進(jìn)展

劉 洋 袁向珍

1.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)第一臨床學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010000；2.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院體檢中心，內(nèi)蒙古呼和浩特 010000

據(jù)統(tǒng)計(jì)，心血管疾病是我國城鄉(xiāng)居民死亡的首要原因，推算我國心血管疾病現(xiàn)患人數(shù)3.30 億，其中腦卒中1300 萬，冠心病1139 萬[1]。動(dòng)脈粥樣硬化（atherosclerosis，AS）是一種發(fā)生于血管壁的慢性炎癥性病理變化，以脂質(zhì)沉積和免疫細(xì)胞浸潤為特征，所導(dǎo)致的冠心病、心肌梗死、腦卒中等心腦血管急性事件嚴(yán)重威脅人類生命健康[2]。1969 年Mccully 從同型半胱氨酸尿癥死亡兒童尸檢中發(fā)現(xiàn)，血管內(nèi)存在廣泛的動(dòng)脈血栓及AS 的病理表現(xiàn)，由此提出同型半胱氨酸（homocysteine，Hcy）升高可導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化性心血管疾?。╝therosclerotic cardiovascular diseases，ASCVD）的假說[3]。因此，Hcy 作為一種與心血管疾病相關(guān)的生物標(biāo)志物被廣泛研究。

1 同型半胱氨酸概述

1.1 Hcy 的來源及高同型半胱氨酸血癥

Hcy 是蛋氨酸在體內(nèi)去甲基化所產(chǎn)生的一種含巰基的非蛋白氨基酸[4]。健康人血漿中總同型半胱氨酸（total homocysteine，tHcy）的最佳總濃度為5.0～15.0μmol/L（高效液相色譜法）或5.0～12.0μmol/L（免疫法）[5]。病理?xiàng)l件下，tHcy 濃度升高并超過正常水平，稱之為高同型半胱氨酸血癥（hyperhomocysteinemia，HHcy），根據(jù)其濃度可分為輕度（15～30μmol/L）、中度（30～100μmol/L）和重度（＞100μmol/L）[6]。

1.2 Hcy 的代謝途徑

Hcy 是蛋氨酸代謝、葉酸循環(huán)兩種重要代謝途徑交匯處的共同中間體。蛋氨酸在腺苷轉(zhuǎn)移酶的作用下轉(zhuǎn)化為S–腺苷蛋氨酸，為DNA、蛋白質(zhì)和其他生物分子甲基化提供甲基，并生成S–腺苷同型半胱氨酸，再被水解為Hcy 和腺苷，這種水解是可逆的，與其水解相比，S–腺苷同型半胱氨酸的合成更為迅速[7]。因此，在正常生理情況下，Hcy 被迅速代謝消除，從而保證水解方向。Hcy 通過蛋氨酸合成酶，并以5–甲基四氫葉酸作為甲基供體，維生素B12作為輔助因子，重新甲基化為蛋氨酸和四氫葉酸；四氫葉酸在5，10–亞甲基四氫葉酸還原酶的催化下以維生素B2和維生素B6為輔酶合成5–甲基四氫葉酸以此循環(huán)往復(fù)[7]。

除以上循環(huán)代謝外，Hcy 還可通過兩個(gè)途徑代謝。Hcy 在甜菜堿–同型半胱氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶催化下也可重新甲基化為蛋氨酸；或通過轉(zhuǎn)硫途徑，由胱硫醚β 合成酶催化，最終形成半胱氨酸[8]。以上代謝過程中如有任何一環(huán)出現(xiàn)障礙或代謝過程中各種酶缺乏均可導(dǎo)致Hcy 堆積，引起一系列相關(guān)疾病。

2 動(dòng)脈粥樣硬化的形成發(fā)展

膽固醇、脂質(zhì)的沉積和慢性炎癥是AS 發(fā)病機(jī)制中的兩個(gè)關(guān)鍵因素。動(dòng)脈壁中膽固醇和脂質(zhì)積累的主要來源是修飾的脂蛋白，如氧化低密度脂蛋白（oxidized low–density lipoprotein，ox–LDL）和血漿低密度脂蛋白膽固醇（low–density lipoprotein cholesterol，LDL–C）與血管內(nèi)膜中細(xì)胞外基質(zhì)的蛋白聚糖結(jié)合，刺激血管內(nèi)皮細(xì)胞（endothelial cell，EC），誘導(dǎo)趨化因子、細(xì)胞因子和黏附分子表達(dá)，這些分子吸引和促進(jìn)免疫細(xì)胞外滲，介導(dǎo)循環(huán)單核細(xì)胞募集，浸潤到內(nèi)膜后，單核細(xì)胞被激活為巨噬細(xì)胞，內(nèi)化修飾脂蛋白，最終形成泡沫細(xì)胞和脂肪條紋，這是AS 發(fā)生、發(fā)展的標(biāo)志[9]。

3 高同型半胱氨酸血癥致血管損傷的可能機(jī)制

研究表明，氧化應(yīng)激和炎癥是相互關(guān)聯(lián)的過程，它們形成一個(gè)強(qiáng)大的前饋循環(huán)，促進(jìn)AS 斑塊的形成、發(fā)展和破裂[10]。HHcy 可通過增加氧化應(yīng)激，使線粒體功能障礙，激發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激（endoplasmic reticulum stress，ERs），影響生物表觀遺傳修飾，蛋白質(zhì)同型半胱氨酸化及干擾脂質(zhì)代謝的方式引起血管損傷[11]。

3.1 HHcy 與氧化應(yīng)激

氧化應(yīng)激的特征是氧化劑和抗氧化系統(tǒng)之間的不平衡，導(dǎo)致活性氧增加，實(shí)驗(yàn)性AS 動(dòng)物組織中可見自由基過氧化產(chǎn)物水平升高，抗氧化酶活性降低[12]。HHcy 誘導(dǎo)血管損傷的主要機(jī)制是活性氧積累引起的氧化應(yīng)激反應(yīng)，其產(chǎn)生的活性氧自由基非常不穩(wěn)定，可迅速與鄰近分子反應(yīng)，產(chǎn)生更多自由基，最終保護(hù)性抗氧化系統(tǒng)失效，導(dǎo)致氧化應(yīng)激[13]。研究表明，HHcy 可通過不同機(jī)制及通路誘導(dǎo)氧化應(yīng)激致血管損傷。

3.1.1 Hcy 與金屬離子結(jié)合 Hcy 與大多數(shù)含有硫醇的氨基酸一樣，在氧和某些金屬離子存在下可氧化形成氧自由基。Sharma 等[14]針對(duì)Hcy 對(duì)含鐵蛋白質(zhì)的影響進(jìn)行系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)Hcy 的氧化應(yīng)激與以鐵為輔因子的蛋白質(zhì)功能喪失有關(guān)。然而，近期我國學(xué)者評(píng)估多種金屬（包括準(zhǔn)金屬砷和硒）的暴露與Hcy 水平的關(guān)聯(lián)性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鉬、鍶和鋅等離子與Hcy 水平呈正相關(guān)，而硒與Hcy 水平呈負(fù)相關(guān)，說明硒作為潛在的可調(diào)節(jié)因素對(duì)個(gè)性化預(yù)防Hcy 水平升高和ASCVD 的重要性[15]。

3.1.2 Hcy 與一氧化氮 一氧化氮（nitric oxide，NO）是內(nèi)皮型一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）催化精氨酸產(chǎn)生的信使分子，具有誘導(dǎo)血管舒張、抗氧化、抗炎和抗血小板聚集活性等廣泛的血管功能，在控制心血管內(nèi)穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用[16]。研究表明HHcy 可造成eNOS 解耦聯(lián)、還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）上調(diào)，導(dǎo)致活性氧增加、NO 下降，各種黏附分子上調(diào)促進(jìn)內(nèi)皮活化和炎癥反應(yīng)，致使血管內(nèi)皮障礙[17]。

3.1.3 Hcy 與抗氧化系統(tǒng) 細(xì)胞抗氧化系統(tǒng)包括抗氧化酶（如超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶等）和抗氧化劑（如谷胱甘肽，維生素A、C、E 等）[18]。Hcy 通過減弱細(xì)胞抗氧化系統(tǒng)活性從而引起血管內(nèi)皮損傷，致使AS 風(fēng)險(xiǎn)增加，相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，HHcy 的機(jī)體中抗氧化酶及抗氧化劑較正常普遍偏低，但具體分子機(jī)制尚不明確[19,20]。

3.2 HHcy 與線粒體功能障礙和ERs

線粒體通過電子傳遞鏈與氧化磷酸化、三羧酸循環(huán)和脂肪酸代謝等途徑產(chǎn)生能量，對(duì)維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)和功能至關(guān)重要[21]。ERs 是一種細(xì)胞內(nèi)的適應(yīng)性反應(yīng)，其特點(diǎn)是分子伴侶表達(dá)增加和未折疊蛋白聚集，Hcy 通過未折疊蛋白反應(yīng)誘導(dǎo)ERs 持續(xù)產(chǎn)生[22]。

Wang 等[23]在患有急性心肌缺血再灌注損傷的大鼠中發(fā)現(xiàn)tHcy 升高可增加細(xì)胞色素C 的釋放、刺激活性氧產(chǎn)生和ERK1/2 信號(hào)通路誘導(dǎo)的線粒體功能障礙和氧化應(yīng)激，進(jìn)一步加重心臟血管的損傷，導(dǎo)致心臟功能障礙。Zhang 等[24]通過觀察敲除載脂蛋白E 的HHcy 小鼠發(fā)現(xiàn)，Hcy 通過上調(diào)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)氧化還原酶1α（endoplasmic reticulum oxidoreductase 1α，Ero1α）表達(dá)，激活ERs 依賴性巨噬細(xì)胞凋亡，促進(jìn)AS 易損斑塊的形成。研究發(fā)現(xiàn)HHcy 誘導(dǎo)的線粒體功能障礙的關(guān)鍵在于改變細(xì)胞凋亡并促進(jìn)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（human umbilical vein endothelial cell，HUVEC）中ERs 的激活，其下游蛋白激酶R 樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶通路的過度激活，加速HUVEC 凋亡和核因子–κB（nuclear factor kappa B，NF–κB）磷酸化，使內(nèi)皮細(xì)胞受損，促進(jìn)炎性反應(yīng)，導(dǎo)致血管內(nèi)皮依賴性舒張功能降低，從而導(dǎo)致血管功能障礙[25]。因此，阻斷蛋白激酶R 樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶通路，減輕HHcy 誘導(dǎo)的HUVEC 凋亡和NF–κB 激活可能為治療或預(yù)防AS 的新方向。

3.3 HHcy 與表觀遺傳修飾

表觀遺傳調(diào)控通過DNA 甲基化、組蛋白修飾和非編碼RNA 的作用引起基因表達(dá)的改變，有學(xué)者認(rèn)為，HHcy 誘導(dǎo)表觀遺傳和遺傳改變也是造成AS 的原因[26]。Hcy 水平升高可改變DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶活性，并通過干擾甲基轉(zhuǎn)移代謝、影響組蛋白去乙?；确绞酱龠M(jìn)AS[27，28]。

近年來，微RNA（microRNA，miRNA）作為一種表觀遺傳學(xué)修飾，在AS 中的作用備受關(guān)注，它通過抑制信使RNA（messenger RNA，mRNA）的翻譯或促進(jìn)mRNA 降解來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄后的基因表達(dá)[29]。miR–195 是miR–15 家族成員，Xiong 等[30]研究發(fā)現(xiàn)，Hcy 介導(dǎo)的miR–195–3p 通過靶向刺激白細(xì)胞介素–31 促進(jìn)巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥產(chǎn)生和AS 的進(jìn)展，DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶–3a 和組蛋白去乙?；辅C11 催化的DNA 甲基化和組蛋白–H3–賴氨酸–9 去乙?；莔iR–195–3p 下調(diào)的原因，轉(zhuǎn)錄因子特異性蛋白–1 與DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶–3a 相互作用是組蛋白去乙?；辅C11 與miR–195–3p 啟動(dòng)子結(jié)合所必需的。因此，根據(jù)表觀遺傳變化的可逆性，恢復(fù)miR–195–3p 的表達(dá)對(duì)HHcy 相關(guān)的AS 患者可能有益。SWI/SNF（switch/sucrose non–fermentable）是一種進(jìn)化上保守的多亞基染色質(zhì)重塑復(fù)合物，SNF5 是SWI/SNF 復(fù)合物的亞基之一[31]。Xie 等[32]發(fā)現(xiàn)Hcy 通過賴氨酸特異性組蛋白去甲基化酶–1A上調(diào)SNF5 表達(dá)，導(dǎo)致巨噬細(xì)胞中組蛋白–H3–賴氨酸–4 甲基化和白細(xì)胞介素–1β 水平升高，進(jìn)而促進(jìn)AS 的形成。

3.4 HHcy 與蛋白質(zhì)同型半胱氨酸化

Hcy 硫代內(nèi)酯是Hcy 的一種反應(yīng)性代謝物，可與蛋白質(zhì)中賴氨酸殘基共價(jià)結(jié)合，這種修飾稱為N–同型半胱氨酸化（N–homocysteine，N–Hcy），研究表明N–Hcy 會(huì)導(dǎo)致血管損傷，促進(jìn)AS 進(jìn)展[33]。與Hcy 硫代內(nèi)酯相反，Hcy 本身與蛋白質(zhì)中的半胱氨酸殘基結(jié)合，形成穩(wěn)定的共價(jià)二硫鍵，這一過程稱為S–同型半胱氨酸化(S–homocysteine，S–Hcy)，也可能改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，這可能是HHcy 致病的一種新的毒性機(jī)制[34]。高密度脂蛋白（high–density lipoprotein，HDL）的主要蛋白質(zhì)成分是載脂蛋白A–Ⅰ（apolipoprotein A–Ⅰ，apoA–Ⅰ），具有愈合內(nèi)皮的功能，然而在心血管疾病中，HDL 被髓過氧化物酶和N–Hcy 修飾，導(dǎo)致apoA–Ⅰ/apoA–Ⅱ異二聚體和N–Hcy 與apoA–Ⅰ的復(fù)合物形成，減弱HDL 介導(dǎo)的內(nèi)皮愈合[35]。阻斷蛋白質(zhì)同型半胱氨酸化通路有可能對(duì)HDL 形成保護(hù)，加強(qiáng)其對(duì)內(nèi)皮功能的愈合作用，在此方面可進(jìn)行更進(jìn)一步的探討與研究。

3.5 HHcy 與脂質(zhì)代謝紊亂

血漿LDL–C 升高是AS 最重要的危險(xiǎn)因素，而修飾的LDL–C 在巨噬細(xì)胞中的蓄積和泡沫細(xì)胞的形成是AS 的特征性改變[36]。EC 損傷后，脂質(zhì)，特別是ox–LDL 在內(nèi)皮下層積聚，促進(jìn)AS 形成；凝集素樣氧化低密度脂蛋白受體1（lectin–like oxidized–low density lipoprotein receptor–1，LOX–1）是一種血管清道夫受體，可介導(dǎo)EC 識(shí)別、內(nèi)化和降解氧化修飾的ox–LDL，而LOX–1 與ox–LDL 結(jié)合亦可誘導(dǎo)NF–κB 激活[37]。

Ma 等[37]發(fā)現(xiàn)HHcy 誘導(dǎo)ox–LDL 水平升高，并下調(diào)DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶1 表達(dá)，使LOX–1 DNA 低甲基化并升高LOX–1 表達(dá)，促進(jìn)AS 發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)，前蛋白轉(zhuǎn)換酶枯草溶菌素9（proprotein convertase subtilisin kexin 9，PCSK9）通過抑制巨噬細(xì)胞中ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白A1 和G1 介導(dǎo)的膽固醇流出來促進(jìn)脂質(zhì)積累，并在HHcy 誘導(dǎo)下加速AS 病變[38]。最新研究表明，利拉魯肽通過抑制PCSK9/低密度脂蛋白受體可阻斷HHcy 誘導(dǎo)的血管平滑肌細(xì)胞的增殖、遷移和表型轉(zhuǎn)換[39]。這一發(fā)現(xiàn)為未來應(yīng)用利拉魯肽作為靶向治療AS 的有效藥物奠定了基礎(chǔ)。

4 高同型半胱氨酸血癥的治療

4.1 葉酸和B 族維生素對(duì)HHcy 的治療

Hcy 的代謝離不開葉酸、維生素B12、維生素B6的輔助，而葉酸和B 族維生素也成為目前治療HHcy的主流手段，但其是否可改善AS、降低ASCVD 的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)仍存在許多疑問。2019 年，一項(xiàng)Mate 分析納入11 項(xiàng)前瞻性隊(duì)列研究，針對(duì)一般人群中葉酸、維生素B6和維生素B12的攝入與冠心病風(fēng)險(xiǎn)之間的關(guān)系進(jìn)行分析。結(jié)果顯示，當(dāng)分析僅限于膳食維生素?cái)z入時(shí)，結(jié)果并無實(shí)質(zhì)性變化，而非線性劑量反應(yīng)薈萃分析則表明葉酸和維生素B6攝入量與冠心病風(fēng)險(xiǎn)之間存在負(fù)相關(guān)[40]。Lu 等[41]研究發(fā)現(xiàn)馬來酸依那普利葉酸片對(duì)Hcy 誘導(dǎo)的高血壓大鼠血管平滑肌細(xì)胞GRP78、CHOP 的表達(dá)及血管重構(gòu)有干預(yù)作用，通過減輕ERs 和血管損傷、降低Hcy 和動(dòng)脈中層厚度、改善血管重構(gòu)來維持細(xì)胞的正常狀態(tài)。

雖然葉酸及B 族維生素對(duì)降低Hcy 水平、預(yù)防ASCVD 有積極作用，但也有其他研究顯示，過度補(bǔ)充葉酸對(duì)健康有一定負(fù)面影響。葉酸可通過其在單碳代謝中的作用及對(duì)DNA 復(fù)制和細(xì)胞分裂中的作用影響癌癥的發(fā)展；且葉酸攝入過多和二氫葉酸還原酶活性降低可導(dǎo)致進(jìn)入體循環(huán)的未代謝的葉酸水平異常[42]。這種現(xiàn)象的潛在風(fēng)險(xiǎn)似乎在很大程度上被忽視。Vezzoli 等[43]對(duì)32 例中度HHcy 患者進(jìn)行90d隨機(jī)試驗(yàn)，分別采用5–甲基四氫葉酸15mg/d、羥脯氨酸5ml/d+300μg 葉酸、單用羥脯氨酸5ml/d 三種不同方式進(jìn)行葉酸補(bǔ)充，結(jié)果發(fā)現(xiàn)每種方式均顯著降低Hcy 水平和半胱氨酸濃度，而聯(lián)合補(bǔ)充羥脯氨酸和葉酸組的谷胱甘肽濃度顯著增加。羥脯氨酸與葉酸的整合為傳統(tǒng)療法帶來一種有趣的替代方案，整合劑中葉酸的比例降低后，也降低了因過度補(bǔ)充葉酸而可能帶來的長期健康風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 天然生物化學(xué)物與HHcy

研究表明，一些天然化學(xué)物質(zhì)對(duì)Hcy 引起的血管損傷具有保護(hù)作用，在通過抑制EC 凋亡以治療AS 方面有巨大潛力。紅景天苷具有多種藥理活性，包括抗炎、抗癌、抗氧化和抗纖維化特性，且可通過調(diào)節(jié)KLF4/eNOS 信號(hào)通路來抑制Hcy 誘導(dǎo)的內(nèi)間質(zhì)轉(zhuǎn)化[44]。表沒食子兒茶素沒食子酸酯是綠茶中眾所周知的抗氧化劑，對(duì)代謝和心血管疾病有益，其通過增強(qiáng)SIRT1/AMPK 及Akt/eNOS 信號(hào)通路以防止HHcy 誘導(dǎo)的EC 凋亡[45]。Li 等[46]發(fā)現(xiàn)柚皮素是一種具有生物活性的黃烷酮化合物，可防止線粒體損傷和ERs，通過激活A(yù)MPKα/Sirt1 信號(hào)通路增加活性氧清除，減少eNOS 解耦聯(lián)，進(jìn)而上調(diào)NO 生物利用度和內(nèi)皮功能，最終改善AS。

5 總結(jié)與展望

Hcy 作為一種反映ASCVD 的生物學(xué)標(biāo)志物，它的代謝障礙可引起HHcy，并通過多種途徑損傷血管內(nèi)皮，從而促進(jìn)AS 的發(fā)生發(fā)展，最終導(dǎo)致ASCVD。雖然HHcy 致病機(jī)制紛繁復(fù)雜，但通過研究可找到一些治療突破口，目前發(fā)現(xiàn)利拉魯肽對(duì)改善Hcy 誘導(dǎo)的AS 有積極作用；傳統(tǒng)的葉酸、B 族維生素治療HHcy 的相關(guān)研究也在進(jìn)一步完善；一些具有抑制Hcy 毒性的天然化合物具有強(qiáng)烈的抗氧化性質(zhì)，這為研究新藥降低Hcy 水平、改善AS、預(yù)防ASCVD 的發(fā)生發(fā)展提供努力的方向。