亚甲基四氢叶酸还原酶基因多态性在生殖方面的研究进展
2019-10-16李静陈力邓彩凤陈灿袁明勇
李静，陈力，邓彩凤，陈灿，袁明勇
(成都医学院第一附属医院 1.药学部；2.产科，成都 610500)
亚甲基四氢叶酸还原酶(MTHFR) 是人体内催化叶酸代谢的关键酶，具有基因多态性。越来越多的研究表明MTHFR的基因多态性与不孕不育、先天性心脏病、神经管缺陷、妊娠期高血压等疾病的发生及孕期叶酸的补充剂量密切相关，严重者可影响生育质量。
一、MTHFR基因多态性
MTHFR基因位于1号染色体lp36.3位置，其互补脱氧核糖核酸(cDNA)全长为2.2 kb，有11个外显子。MTHFR在叶酸代谢通路中将5，10-亚甲基四氢叶酸还原为5-甲基四氢叶酸。5，10-亚甲基四氢叶酸为胸腺嘧啶核苷酸合成的原料，而胸腺嘧啶核苷酸参与DNA的合成，因此5，10-亚甲基四氢叶酸为DNA合成的原料；而5-甲基四氢叶酸为体内主要的甲基供体，其参与DNA甲基化以及同型半胱氨酸(Hcy)转化为蛋氨酸中重要的甲基供体。大量研究证实MTHFR基因具有单核苷酸多态性，而该多态性会降低该酶的耐热性，使其在35℃以上时活性降低。与非突变人群比较，纯合突变人群的MTHFR酶活性在35℃以下会降低50%～60%，在46℃以下会降低65%。大量研究证实MTHFR基因突变会影响DNA合成及同型半胱氨酸的甲基化，从而引发各类疾病发生[1]。
MTHFR基因第5外显677位上的突变是一种常见突变，其突变方式为677位上的胸腺嘧啶替代胞嘧啶，从而使其编码的丙氨酸替代缬氨酸。MTHFR677位点有三种基因分型，即野生型(CC)、杂合突变型(CT)、纯合突变型(TT)。MTHFR基因型的频率地区差异较大，研究显示中国人的CC型频率为33%、CT型频率为44%、TT型频率为23%，不同的基因型相对应的酶活性依次为100%、66%、25%[2]。MTHFR基因第8外显子1298位的腺嘌呤突变为胞嘧啶，从而引起其编码谷氨酸变为丙氨酸，从而改变酶活性。不同基因型在中国人群中的频率分别为AA型66.8%、AC型29.3%、CC型3.9%，其对应的酶活性分别为100%、83%、61%[3]。研究显示，中国人中出现MTHFR677纯合突变型(TT)和MTHFR1298纯合突变CC型的概率仅为1%，但其对应的MTHFR酶活性仅有15%[2，4]。由此可见，MTHFR基因多态性对其酶活性影响较大，从而对人体的各种生理活动都有较大的影响。
二、MTHFR基因多态性与女性不孕不育
在查阅大量有关MTHFR基因多态性与女性不孕不育的文献后笔者发现MTHFR基因多态性与不孕不育有关的研究大多认为与以下因素有关：MTHFR是叶酸代谢通路中的关键酶，若MTHFR基因发生突变，使得该基因相关酶催化的步骤异常，叶酸水平不足、Hcy蓄积及DNA低甲基化，而Hcy蓄积是导致流产的高危因素。妊娠期间，孕妇本身就处于一种生理性高凝状态，而此时若引起血栓的因素增加则容易发生血栓，从而流产。大量研究显示Hcy水平增高是血栓发生的危险因素之一，同时其对胚胎的毒性也随浓度的增加而增大[8， 11]。目前国内外一些研究认为Hcy的致栓作用主要与Hcy损伤血管内皮细胞、通过硫基内酯引起血栓素和前列腺素的形成，促进血小板聚集和增强凝血因子V的活性、抑制纤溶系统等密切相关[12-13]。妊娠期间发生血栓从而引起流产的具体机制尚不明确，目前有研究认为可能与妊娠期间高凝状态子宫胎盘的血流量改变，更有利于局部微血栓的形成，引起胎盘梗死，促使胎儿缺血缺氧从而引发流产[14]。Mehandjiev等[15]通过分析自然流产病人MTHFR的基因多态性与蜕膜血栓及绒毛间间隙血栓形成的相关性，发现而TT携带者其发生蜕膜血栓及绒毛间间隙血栓的几率大大增加，而其血栓的形成是否与Hcy增高有关则需要进一步研究。
目前MTHFR基因多态性与自发流产、复发流产相关性的研究还处于探索阶段，研究者的研究结论也不尽相同，这可能与研究过程中患者的基础疾病、研究时患者入选/排除标准及分析时纳入的因素不同有关，同时可能也与MTHFR基因多态性的地区分布频率不同有一定的相关性，因此研究本地区病人的MTHFR基因多态性可能也有一定的意义。同时关于MTHFR基因多态性与流产的研究仍需要进一步深入研究，而MTHFR突变后引起流产的机制仍然会是该领域的研究热点，而对于这些领域的研究深入，相信也会给更多不孕不育患者带来希望。
三、MTHFR基因多态性与男性不育
查阅文献时发现MTHFR基因多态性与男性不育的研究相对较少，且近两年的研究成果仍然较少，现有的研究中研究结论也有差异，对于此类问题仍需更多的研究来论证。邹宇洁等[16]回顾性分析了59名男性不育症患者的临床资料，比较了MTHFR基因CC、CT和TT基因型与各组精子质量的相关性，研究结果显示CT基因型组正常精子者比例显著低于CC基因型组(P<0.05)；TT基因型组严重少弱精子症比例显著高于CC、CT基因型组，精子存活率TT基因型
研究者们认为MTHFR基因多态性引起男性不育的原因大概有以下几点[19， 21-22]：(1) MTHFR可以将5，10-亚甲基四氢叶酸转化为其生物活性形式的5-甲基四氢叶酸，然后后者将其甲基用于将半胱氨酸转化为甲硫氨酸，甲硫氨酸提供甲基用于形成S-腺苷甲硫氨酸，为DNA和蛋白质的甲基化提供甲基供体。DNA甲基化对精子发生至关重要，当MTHFR基因发生突变后，酶活性受到影响，这种循环将会被打破，DNA低甲基化会导致生殖细胞无法正常分化为精母细胞并导致精子数量的减少，从而增加男性不育风险。(2)MTHFR基因突变与低叶酸状态的高Hcy血症有关，高Hcy水平可诱导引起DNA损伤的自身氧化，除了会损伤DNA，氧化应激也可能损害细胞膜，这可能与诱导产生活性氧(ROS)水平相关。ROS主要通过以下因素损伤精子细胞：精子细胞膜质膜中多价不饱和脂肪酸含量丰富，易受ROS攻击，且缺少修复损伤所需的酶体系，从而导致精子活力和卵子结合能力的下降。且有研究显示在MTHFR基因突变后引起Hcy增高的程度男性大于女性，因此可能MTHFR基因多态性对男性的影响可能大于女性。(3)MTHFR基因突变可能导致高脂蛋白血症，并增加血管疾病的风险，在具有高Hcy的受试者中，早期动脉粥样硬化血管改变可导致睾丸动脉血流减少和精子发生的损伤。
四、MTHFR的基因多态性与新生儿出生缺陷
目前关于MTHFR基因多态性与新生儿出生缺陷的研究比较多，不同研究团队的研究结果有一定的差异，但大多数研究结论均认为MTHFR的基因多态性与新生儿各种出生缺陷成正相关。Zhang等[23]早在2013年的一项荟萃分析就表明MTHFRC677T基因多态性与神经管缺陷显著相关(42个研究，4 374例患者vs.7 232例对照)，而MTHFRA1298C基因多态性与新生儿神经管缺陷无相关性(22个研究，2 602例患者vs.4 070例对照)。而Nauman等[24]的研究也认为MTHFRC677T 基因多态性可能与后代的神经管缺陷风险增加有关。但也有研究认为MTHFR基因多态性与神经管缺陷的相关性不大[25-26]，还需要进一步研究才能确定。Beksac等[5]通过回顾性研究16名因胎儿畸形在22周前故意流产的患者，并对流产胎儿进行解剖研究发现其中11名患者的胎儿泌尿道畸形，而11名患者中有9名其MTHFR酶活性减弱，因此该课题组认为MTHFR基因多态性与胎儿泌尿道畸形密切相关。但由于样本量较少，关于MTHFR基因多态性与泌尿道畸形的相关性还需更大样本的研究证实。
Soleimani等[27]的研究显示MTHFRA1298C的基因多态性与视网膜细胞瘤患病无相关性，而MTHFRC677T的基因多态性与视网膜细胞瘤的发病有关，携带T的MTHFR基因型的发病率更低，即TT基因型是保护因素。而Bisht等[28]通过分析90名视网膜细胞瘤患者及90名对照的MTHFR基因型发现MTHFRC677T多态性与视网膜细胞瘤的发生密切相关(CT vs CC：OR=11.979 )，MTHFRA1298C多态性也与视网膜细胞瘤的发生有相关性(AC vs CC：OR=3.17)。该两个研究结果截然相反，这也值得我们思考，而对于MTHFR基因多态性与视网膜细胞瘤的发病率仍需更多研究论证。
段素霞等[29]纳入200名先天性心脏病患儿及200名对照的研究显示：MTHFRC677T的基因多态性是先天性心脏病发生的高危因素[OR2.47(95%CI:1.86-3.29)，P<0.001]，且CT基因型与CC基因型相比其患病风险增加[OR2.32(95%CI:1.35-3.98)，P<0.05]，TT基因型与CC基因型相比其患病风险显著增加[OR5.37(95%CI:3.01-9.60)，P<0.001]；而MTHFR1298CC基因型相对于AA基因型而言是预防先天性心脏病发生的保护因子[AC vs.AA：OR0.41 (95%CI:0.26-0.64)，P<0.001]。
大多研究认为MTHFR基因多态性与出生缺陷有关的原因主要有以下原因[5， 28-32]：MTHFR基因突变引起酶活性下降，导致高Hcy血症，从而形成高危的宫内环境，影响胎儿心脏神经嵴细胞生长、分化进而影响心脏血管内皮细胞功能，从而导致胎儿先天性心脏病的发生，同时Hcy能降低心肌细胞活力，诱发细胞膜膜磷脂双态稳定的逆转，从而引起心肌细胞凋亡；MTHFR基因发生突变后，酶活性降低、甲硫氨酸减少导致的DNA低甲基化会减缓或中断组织生长发育，在胚胎形成期通过影响胚胎DNA和蛋白质的合成，诱发出生缺陷；Hcy可产生三磷酸肌醇，增加心脏神经嵴细胞内Ca2+浓度，干扰细胞内Ca2+介导的信号通路，从而发挥致畸作用。
五、MTHFR基因多态性与叶酸个体化用药
综上所述，可以看出MTHFR基因多态性与女性不孕及自发流产、男性不育、新生儿出生缺陷都有一定的相关性，而相关的因素在于MTHFR基因发生突变，叶酸利用不足，引起高Hcy血症，只是不同疾病类型Hcy的作用机制有所不同，但仍有相互联系。
MTHFR是叶酸代谢过程中的关键酶，但由于其基因多态性，引起不同个体叶酸的利用存在个体化差异，因此根据不同的基因型个体化补充叶酸则具有十分重要的临床意义，国内外的研究学者们关于个体化补充叶酸也做了相关研究[1， 21， 33-35]。围受孕期增补叶酸预防神经管缺陷指南工作组在2017年发表的《围受孕期增补叶酸预防神经管缺陷指南》[36]中建议对于MTHFR677TT基因型且有高Hcy血症的孕妇，建议每日增补至少5 mg叶酸，待Hcy水平恢复正常后再受孕，受孕期间和受孕后3个月持续每日增补叶酸5 mg (II-3A)；MTHFR677TT基因型并有出生缺陷史的人群，建议从备孕到妊娠满3个月后每日增补叶酸4 mg(IA)。由加拿大遗传协会编写，并由加拿大妇产科医师协会审核通过的关于孕期补充叶酸的指南[37]推荐MTHFRC677单位点突变的人群，妊娠前3个月每日补充叶酸1.0 mg，产后至哺乳期间每日补充叶酸0.6～0.8 mg。
对于特殊患者个体化补充叶酸可能更为重要。Goyco Ortiz等[38]报道了一例霍奇金淋巴瘤患者MTHFR为纯合突变型，停用叶酸，换用5-甲基四氢叶酸 800 mg qd，后患者成功生产一健康宝宝。正如前文所述，5-甲基四氢叶酸是叶酸经MTHFR酶代谢后的产物，因MTHFR为纯合突变型后酶活性大大降低，导致叶酸不能转化为5-甲基四氢叶酸，从而引起机体叶酸利用不足，导致流产甚至出生缺陷的发生。该患者本来还服用了其他治疗淋巴瘤的药物，是流产及畸形的高危人群，因此根据基因型直接换用药物是十分有必要的，这也体现了个体化用药的价值。
然而叶酸的剂量也并非越大越好，叶酸过量也会带来相应的不良反应。研究显示叶酸过量，会掩盖维生素B12缺乏引起的贫血和神经系统障碍等，同时可降低机体免疫力及使胎儿体质量过轻[1， 35]。对于孕期妇女而言，体内叶酸过量可增加新生儿胰岛素抵抗及哮喘发病风险。文献报道备孕妇女在孕前叶酸血药浓度16 nmol/L有预防畸形的效应[35]，因此笔者认为对于有生产畸形史的妇女，通过血药浓度检测叶酸的浓度也有重要的临床意义。
综上所述，高浓度Hcy与不孕不育、复发流产、胎儿畸形密切相关，而高Hcy血症与叶酸代谢障碍密切相关。MTHFR是叶酸代谢的关键酶，因此通过MTHFR的基因型为患者制定个体化的叶酸补充方案具有一定的临床意义。但就目前研究而言MTHFR基因多态性是否与不良妊娠有直接的相关性还需更多的研究来论证。
