高同型半胱氨酸血症致动脉粥样硬化机制
南京市胸科医院老年病科主任医师 滕长青
摘要: 同型半胱氨酸是引起动脉粥样硬化及其他血管性疾病的危险因素,其机制可能是通过增加机体氧化应激因子的细胞毒性作用,损害内皮细胞而引起动脉粥样硬化。
同型半胱氨酸(Ｈｃｙ)又称高半胱氨酸,为含硫氨基酸;人类不能从食物中直接获得Ｈｃｙ,其唯一来源是蛋氨酸在体内代谢后形成的。国外Wilchen于1976年通过流行病学调查最先提出了同型半胱氨酸是心血管疾病的独立危险因素后，许多研究也相继证实了同型半胱氨酸与急性心肌梗死、脑卒中、冠状动脉病变和糖尿病血管病变的关系，认为高同型半胱氨酸血症是导致血管内皮功能紊乱、脂质代谢紊乱致心脑血管疾病发病的新的独立危险因素之一。国内于近年对冠心病患者血中同型半胱氨酸以及脑梗塞患者血中叶酸、VitB6、VitB12也有不同程度的研究，得出高半胱氨酸以及其代谢辅助因子VitB6 、VitB12、叶酸等与心脑血管的发病有关的结果。
1、高同型半胱氨酸血症的病因
高同型半胱氨酸血症(ＨＨ)受环境、饮食和遗传因素及基因的影响,涉及Ｈｃｙ的合成和代谢途径及相关的酶系统。如叶酸、维生素Ｂ12和维生素Ｂ6缺乏,参与Ｎ5,Ｎ10 甲基四氢叶酸合成酶(ＭＴＨＦＲ)、蛋氨酸合成酶(ＭＳ)、胱硫醚β合成酶(ＣＢＳ)、甜菜碱同型半胱氨酸转移酶、甘氨酸Ｎ 甲基转移酶等合成的基因缺陷均可导致血液和尿液中的Ｈｃｙ升高。
1.1 遗传因素 编码ＭＴＨＦＲ的基因或参与维生素Ｂ12
甲基化合成酶及ＣＢＳ合成的基因缺陷均可引起ＨＨ。纯合子Ｈｃｙ代谢酶基因编码错误引起的ＨＨ最为严重,其中由ＣＢＳ基因编码错误的纯合子引起的病理改变和症状最为典型。在这种情况下,血浆Ｈｃｙ浓度可高达400μｍｏｌ Ｌ。通过大量多态性和突变位点的分析,证明ＭＴＨＦＲ基因突变Ｃ677Ｔ是引起ＭＴＨＦＲ基因缺陷的最常见原因,该突变用丙氨酸替代缬氨酸,并因此分为ＴＴ(纯合子)、ＣＴ(杂合型)、ＣＣ(野生型)。ＴＴ突变对ＭＴＨＦＲ活性影响最大,引起的ＨＨ最严重。此类病人血浆蛋氨酸轻微降低,而ＣＢＳ功能正常,与ＣＢＳ基因缺陷病人相比,其Ｈｃｙ水平升高程度较轻,但由于对任何治疗均无效,故其预后较差。2年前,发现异常的ＭＴＨＦＲ活力较低且不耐热。随后的实验进一步发现ＭＴＨＦＲ不耐热性是退行性变,一般人群发病率约5%,冠状动脉疾病人群为17%。ＨＨ伴发血管性疾病患者中约28%的人ＭＴＨＦＲ因不耐热而活性受损。ＭＴＨＦＲ不耐热对血浆Ｈｃｙ的影响至今尚不清楚。杂合子型ＨＨ患者常并发低叶酸血症,补充叶酸后可使Ｈｃｙ恢复正常。
1.2 营养因素 大量流行病学调查及临床实验证明,叶酸、维
生素Ｂ12与血浆Ｈｃｙ呈明显负相关,补充这些维生素后血浆Ｈｃｙ水平降低。美国进行的相关性人群实验,排除年龄、性别及其他维生素的影响后,发现血浆Ｈｃｙ与叶酸呈显著的非线性负相关,维生素Ｂ12、维生素Ｂ6与血浆Ｈｃｙ间有较弱的相关性。正常人血浆叶酸水平为11.3～36.3ｎｍｏｌ Ｌ,当血浆叶酸水平为10ｎｍｏｌ Ｌ时,Ｈｃｙ微量升高。最近实验也显示ＭＴＨＦＲ不耐热与叶酸水平有关,当叶酸浓度大于15.4ｎｍｏｌ Ｌ时,血浆Ｈｃｙ水平正常,与ＭＴＨＦＲ基因类型无关;若叶酸浓度小于15.4ｎｍｏｌ Ｌ,ＴＴ型血浆Ｈｃｙ浓度显著增高。这些数据提示ＭＴＨＦＲ基因类型表达差异依赖于叶酸浓度。不耐热突变纯合子对叶酸的需要高于正常人。由于黄素腺嘌呤二核苷酸(ＦＡＤ)是ＭＴＨＦＲ活力恢复的必要因素,因此维生素Ｂ2也是决定血浆Ｈｃｙ含量的必要因素。
维生素Ｂ12是氰钴胺素辅酶的组成部分,钴胺素代谢异常可降低蛋氨酸合成酶活力而导致ＨＨ。血浆Ｈｃｙ升高程度与Ｈｃｙ代谢缺陷程度有关,若重甲基化过程异常,即使是很轻微的异常,Ｈｃｙ也会在短时间内显著升高,这种情况多见于叶酸和维生素Ｂ12缺乏时ＭＴＨＦＲ基因编码出现异常。若异常发生在转巯基途径,损害可导致血浆Ｈｃｙ水平轻微升高,此种情况多发于维生素Ｂ6缺乏。通常维生素Ｂ6轻度或是中度缺乏时,血浆Ｈｃｙ不升高,只有缺乏程度较严重且持续时间较长时,才会出现Ｈｃｙ升高。但蛋氨酸负荷实验后例外,当大鼠缺乏维生素Ｂ6时,蛋氨酸负荷实验后血浆Ｈｃｙ浓度可升高35倍,而缺乏叶酸的大鼠,Ｈｃｙ只升高4倍。
咖啡是心血管疾病的危险因素,过滤与未过滤咖啡对Ｈｃｙ的影响不同。有人对61位健康志愿者进行为期2周的实验,每天饮用1000ｍｌ含39ｇ未过滤的咖啡,发现实验组血浆Ｈｃｙ升高,而挪威的研究则表明过滤的咖啡对血清Ｈｃｙ含量没有影响。此外,高乙醇饲料和高蛋氨酸饲料均可导致ＨＨ。分别给大鼠喂饲乙醇占总能量36%的饲料,给猴子喂饲含1%蛋氨酸的饲料4周后,其血浆Ｈｃｙ均显著升高。
2 、ＨＨ致血管性疾病机制
动脉粥样硬化与高脂血症的相关性早已确定。然而1996年有
实验显示,喂饲高脂饲料大鼠血浆Ｈｃｙ首先增高,其次才出现高血脂和高胆固醇血症。首次对动脉粥样硬化与血脂和胆固醇升高的相关性提出疑义,并提出动脉粥样硬化形成可能首先是内皮损伤造成。因动脉粥样硬化发生与血管舒张功能受损密切相关,在动脉粥样硬化早期,即可发生依赖内皮细胞的血管舒张功能损害,而在恢复期,也是依赖内皮细胞的血管舒张功能首先恢复。
Ｓｔａｍｌｅｒ等用猴作为动物模型研究了轻度ＨＨ可能的作用机制。给予高蛋氨酸无叶酸无胆碱饲料,4周后猴血浆Ｈｃｙ为10.6μｍｏｌ Ｌ,对照组为4.0μｍｏｌ Ｌ。注射胶原后,实验组腿部血流量降低43%,对照组仅降低14%。ＨＨ猴血管对依赖内皮细胞血管舒张剂、乙酰胆碱的反应明显降低,说明对胶原的血管收缩反应增加是由于对血小板产生舒张反应降低所致,且ＨＨ猴血栓调节素抗凝活力下降34%。实验中猴血管内皮细胞受损程度与重度动脉粥样硬化大鼠血管内皮细胞的受损程度非常相似。
先天性基因突变患者,在青少年甚至儿童时期即发生严重的动脉粥样硬化病理改变,而此时患儿的血浆甘油三酯和胆固醇浓度均正常。对近1000例经冠状动脉造影证实的心脑血管病患者和正常人进行血浆Ｈｃｙ检测,发现动脉粥样硬化、心肌梗死和脑卒中患者Ｈｃｙ水平显著升高。血浆Ｈｃｙ水平与心脑血管病变程度呈正相关,而与血浆胆固醇和甘油三酯浓度无明显相关。国外对15000位内科医生的调查发现,血浆Ｈｃｙ升高者动脉粥样硬化发生率是正常者的3倍。因此,ＨＨ是动脉粥样硬化的危险因素,但其诱发机制还不十分清楚,目前认为可能是因为Ｈｃｙ的细胞毒性和基因毒性作用。
2.1细胞毒性
早期实验结果显示,ＨＨ对内皮细胞有细胞毒性作用,其毒性作用在体内和体外实验的结果有一定差异。体外细胞培养显示Ｈｃｙ影响细胞周期素,诱导静止期的平滑肌细胞进入细胞循环,促进平滑肌细胞ＤＮＡ合成、细胞增殖;抑制内皮细胞增殖,对内皮细胞毒性作用可影响细胞活力和功能,Ｈｃｙ对ＣＢＳ杂合子内皮细胞的损伤更严重。
2.1.1 对内皮细胞的损伤
Ｈｃｙ可直接损伤血管内皮细胞,而体内实验则认为ＨＨ与体内氧化与抗氧化状态失衡无关。1996年即有实验证实,血浆Ｈｃｙ升高后,检测血浆蛋白氧化状态,发现既无巯基基团丢失,也无羰基形成。牛食用钴缺乏饲料43周,血浆Ｈｃｙ浓度升高2倍,代表体内蛋白氧化标志的巯基基团与组织脂质过氧化标志硫巴比妥酸反应底物均无明显改变,故其体内氧化与抗氧化状态不受血浆Ｈｃｙ浓度升高影响。
Ｈｃｙ对内皮细胞损害机制至今尚不清楚。以前体外实验认
为Ｈｃｙ对内皮细胞功能影响主要是依赖巯基,此基团可降低血栓调节素、抑制Ｃ蛋白激活和内皮细胞的二硫键。内皮细胞对Ｈｃｙ比对其他含巯基的氨基酸如半胱氨酸、蛋氨酸等敏感,代谢能力低。推测体内ＨＨ对血管功能损害可能是通过其他机制如引起氧化应激,产生氧自由基引起损伤,但对这一观点目前有一定争论。在氧化应激状态下,内皮细胞通过增加分泌和合成热休克蛋白(ＨＳＰｓ),特别是ＨＳＰ70,以预防细胞内蛋白聚集及随后的细胞损伤。氧化应激时,自然杀伤提高因子Ｂ(ＮＫＥＦＢ)、谷胱甘肽Ｓ转移酶、血红素氧化酶等抗氧化酶活性及表达均明显提高,以降低过氧化损害。
2.1.2 提高内皮细胞促凝血活性
Ｈｃｙ除对内皮细胞造成直接伤害外,还可以提高内皮细胞
的促凝血活力,包括诱导组织因子(ＴＦ),抑制硫酸乙酰肝素释放;抑制Ｃ蛋白活性;引起异常的血栓调节素加工和分泌;释放激活Ⅱ因子的蛋白;减少细胞与纤维蛋白溶酶原结合位点;导致血小板粘连素增多,损害内皮细胞诱导的舒张因子和相关ＮＯ的调节活动。因Ｈｃｙ参与二硫键交换反应,所以进入循环系统Ｈｃｙ改变血浆蛋白,据报道Ｈｃｙ浓度为8μｍｏｌ Ｌ时,即可提高血浆Ｌｐ(ａ),改变纤维蛋白表面亲和力,从而抑制纤维蛋白溶酶原活化。ＨＨ还可刺激ＬＤＬ氧化。高Ｈｃｙ尿症未并发血管疾患者,服用维生素治疗后,凝血酶原片段Ｆ12、凝血酶抗凝血酶复合物、活化的Ｃ蛋白均有所增高。高Ｈｃｙ尿症患者体内Ｃ蛋白水平与ＨＨ程度密切相关,而与Ⅶ因子和Ⅱ因子则不甚明显。
2.1.3 抑制内质网功能
将内皮细胞放在含5ｍｍｏｌＬＨｃｙ的培养液中培养发
现,其ＧＲＰ78分泌增多,而ＨＳＰｓ无明显改变,同时抑制过氧化氢所诱导ＨＳＰｓ分泌增加。纯合子ＣＢＳ缺陷大鼠肝内ＧＲＰ78ｍＲＮＡ表达明显增加,而ＨＳＰ70ｍＲＮＡ无显著变化。ＧＲＰ78是内质网伴随因子,属于70ｋＤ热应激蛋白家族,可抑制内质网功能,结合错误折叠的第Ⅷ因子(ｖＷＦ),阻止其从内质网分泌,并使得折叠正确的ｖＷＦ降解,ＧＲＰ78与内质网错误折叠,不完全糖基化和聚合蛋白结合导致细胞自身降解或生长停滞。Ｈｃｙ对ＧＲＰ78ｍＲＮＡ诱导在ＧＲＰ78蛋白之前,且ＧＲＰ78ｍＲＮＡ与ＧＲＰ78蛋白水平与内质网腔内游离ＧＲＰ78有关,内皮细胞在5ｍｍｏｌＬＨｃｙ培养液中培养4ｈ,即可见ＧＲＰ78ｍＲＮＡ升高,18ｈ后恢复正常;ＧＲＰ78蛋白则在8ｈ起升高,在18ｈ时达到2倍。Ｈｃｙ对ＨＳＰｓ表达无影响,提示Ｈｃｙ不能诱导氧化应激反应。
2.1.4抑制抗氧化酶活性
动脉内皮细胞在含50μｍｏｌＬ的Ｈｃｙ培养液中培养4
ｈ,可导致谷胱甘肽过氧化酶水平下降64%,此酶是增强ＮＯ作用的关键酶。这些观察提示Ｈｃｙ通过促进过氧化物形成,抑制其代谢灭活导致内皮细胞受损。
Ｈｃｙ抑制其他抗氧化酶,如束因子(ｃｌｕｓ ｔｅｒｉｎ)
和ＰＡＧ基因表达,束因子是异二聚体糖蛋白,溶解细胞的潜在抑制剂,有广泛的生理功能,有运输脂类、修复组织、保护细胞膜、促进细胞相互作用。在动脉粥样硬化中束因子出现是粥样硬化形成过程中氧化应激状态的保护性反应,Ｈｃｙ抑制其基因表达能加重血管壁损伤。ＰＡＧ为抗氧化蛋白,通过降低ｃ Ａｌｂ酪氨酸激酶活力,促进细胞生长分化。Ｈｃｙ抑制其表达,不仅提高氧化物的细胞毒性作用,且抑制内皮细胞的生长和分化。Ｈｃｙ不能诱发氧化应激反应,降低体内抗氧化酶谷胱甘肽过氧化酶和ＮＫＥＦＢ的活力,与过氧化氢协同增强对线粒体的损伤,均提示Ｈｃｙ是通过增强引起氧化应激因子的细胞毒性作用,损害内皮细胞的状态和功能。
2.2 基因毒性
体内Ｈｃｙ升高促进引起内质网应激的各种基因表达,如ｐ53
基因下游作用剂ＧＡＤＤ45、转录因子Ｃ ＥＢＰ基因家族成员ＧＡＤＤ153、ＡＴＦ 4、ＹＹ1、ＩＤ 1基因、过量的ＧＡＤＤｓ家族基因表达,均可抑制多个细胞系的生长。ＡＴＦ 4是ＡＩＦ ＣＲＥＢ家族成员,细胞内Ｃａ2+浓度增加、缺氧及其他可改变内质网功能的情况均可诱导ＡＴＦ 4表达。ＹＹ1为 ＧＬＩ家族成员,在各种内质网应激情况下,能特异性提高ＧＲＰ78促进剂的转录反应,如排空内质网内Ｃａ2+储存、抑制蛋白糖基化、错误折叠蛋白。因此Ｈｃｙ促进ＹＹ1的表达不仅提高了ＧＲＰ78表达,而且潜在调节了内质网到细胞核的应激信号。ＹＹ1作为细胞转录抑制剂,可影响细胞生长,Ｈｃｙ对其的诱导对调节内皮细胞生长起重要作用。ＩＤ 1为双螺旋转录调节因子,过分表达可抑制哺乳动物上皮细胞生长,致鼠红白血病细胞分化。
3、 结语
目前已清楚同型半胱氨酸的体内代谢途径，高同型半胱氨酸血症可由遗传性或非遗传性缺陷所致。胱硫醚β-合成酶，γ-胱硫醚酶，5-10甲基四氢叶酸还原酶（MTHRF）是同型半胱氨酸代谢途径中较重要的关键酶。叶酸，维生素B6，维生素B12参与蛋氨酸的正常代谢，三种维生素绝对或相对缺乏以及肾功能衰竭是引起同型半胱氨酸值升高的主要后天因素，可能也与环境、饮食、生活习惯等因素有关。目前国内外普遍认同高同型半胱氨酸血症通过以下几个方面导致动脉粥样硬化的学说：1、内皮功能紊乱；2、平滑肌细胞增生；3、血小板功能紊乱；4、脂质代谢紊乱；5、破坏凝血和纤溶平衡；6、 氧化机制增高。
Ｈｃｙ可从多方面影响机体健康,是动脉粥样硬化及其他血管性疾病的危险因素。它可能通过增加机体氧化应激因子的细胞毒性作用而引起内皮细胞损害,但其机制至今不完全清楚。
高原人群以及某些高原病人体内存在脂质代谢紊乱、血管内皮功能紊乱，这些改变是导致高原人体健康状况较差和某些高原病发生发展的机制之一。但目前对高原地区人群血中同型半胱氨酸以及叶酸、VitB6 、VitB12等同型半胱氨酸代谢辅助因子的研究以及与红细胞超氧化物歧化酶、血浆丙二醛水平和某些细胞因子、转移生长因子和降钙素基因相关肽之间的相互关系尚未进行深入的研究。
今后，应通过对不同海拔高度人群血同型半胱氨酸水平以及其代谢辅助因子的研究，可以更好探讨高原疾病的危险因素、揭示高原反应和某些高原病发生发展的机制，并采取切实措施，降低这些危险因素，以延迟高原病的发生和缓解临床症状。由此深入探讨高原病发生发展的机理，对高原人群提供健康对策，为西部大开发战略的顺利实施作好医疗保障也是目前高原病研究领域殛待解决的一个问题。
200７/12/３０
