李英杰，王冰洁，王秋芬

(陆军第八十一集团军医院神经内科，河北 张家口 075000)

衰老似乎是必然的，有许多关于衰老的理论。年龄相关性细胞功能低下引起神经变性和认知功能减退，从而影响生活质量。人的一生中，积累性损伤、基因突变、代谢变化、细胞能量衰竭、变异蛋白质清除障碍、高同型半胱氨酸血症(hyperhomocysteinemia，HHcy)最终引起组织变性。随着年龄增长，肾功能减退、营养缺乏、同型半胱氨酸 (homocysteine,Hcy)再甲基化和转硫辅因子缺乏引起Hcy水平升高，因而HHcy是机体老化的一个显著特点[1-2]。阿尔茨海默病(Alzheimer′s disease，AD)是65岁以上老年人中最常见的一种痴呆，75岁以上人群中25%～50%发生痴呆[3-4]。针对AD，目前尚无明确或特效的治疗，只能干预可控的危险因素[5]。Hcy被认为是AD的独立危险因素，其借助于叶酸、维生素B12和三甲基甘氨酸再循环为蛋氨酸，或通过维生素B6作为辅助因子转化为半胱氨酸。因此，简单的药物干预可降低Hcy水平。然而，B族维生素治疗AD的效果仍存在争议。有临床研究显示，AD患者可从降低Hcy水平干预治疗中获益[6]，而有些研究认为无效。考虑到AD给家庭和社会造成的沉重负担，对于阻止或延缓AD进展的任何治疗，即使是轻微的改善，也应被考虑。现就Hcy与AD相关性的研究进展予以综述。

1 Hcy的合成与代谢途径

人体不能从食物中获取Hcy，Hcy由蛋氨酸通过多个步骤生物合成[7]：蛋氨酸在S-腺苷蛋氨酸(S-adenosyl methionine，SAM)合成酶(亦称蛋氨酸腺苷转移酶)的作用下，来自ATP的腺苷转移到蛋氨酸生成SAM；SAM在甲基转移酶的作用下，提供甲基给受体分子(如DNA、RNA、神经递质)，产生S-腺苷同型半胱氨酸(S-adenosyl homocysteine，SAH)；SAH通过SAH水解酶产生腺苷和Hcy。Hcy主要通过转甲基和转硫基途径最终分别生成蛋氨酸和半胱氨酸，Hcy亦可通过甲硫氨酰tRNA合成酶转化为同型半胱氨酸硫内酯(homocysteine thiolactone，HTL)。Hcy的代谢依赖蛋氨酸合成酶、亚甲基四氢叶酸还原酶(methylenetetrahydrofolate reductase，MTHFR)、亚甲基四氢叶酸-同型半胱氨酸甲基转移还原酶、胱硫醚-β-合成酶(cystathionine-β-synthase，CBS)、 甜菜碱-同型半胱氨酸甲基转移酶、甘氨酸-N-甲基转移酶的功能及辅助因子(包括叶酸、维生素B12、维生素B6等)的参与。

2 影响Hcy代谢的因素

酶基因遗传错误或酶缺乏与Hcy水平直接相关[2]。CBS在人体肝、肾、肌肉、脑和卵巢表达，CBS缺乏是Hcy水平升高的最常见原因，不同种族中CBST833C基因多态性可引起轻度HHcy，然而并不是所有CBS基因多态性均导致HHcy，C699T和T1080C基因多态性可增强叶酸降低Hcy的作用。MTHFR和蛋氨酸腺苷转移酶基因缺陷可分别造成MTHFR C677T和甲硫氨酸合成酶A2756G基因多态性，在叶酸和维生素B12水平降低及高血铅浓度情况下，MTHFR C677T基因型的个体有较高的HHcy发生风险。与正常基因型的个体相比，缺乏叶酸和维生素B12MTHFR C677T基因型HHcy的发生率可分别增加2.5和2.6倍[8]。叶酸和维生素B12、维生素B6、维生素B2等B族维生素缺乏可引起HHcy，B族维生素为水溶性，很容易通过排尿丢失，其缺乏常见于老年人。老年人常发生肾脏的结构和功能变化，肾功能下降影响Hcy排泄，进而引起HHcy[9]。很多药物可干扰Hcy代谢，如考来烯胺散和二甲双胍干扰胃肠维生素类药物吸收；用于降脂治疗的贝特类药物和烟酸类衍生物直接干扰叶酸和Hcy代谢；甲氨蝶呤和抗惊厥药物(如卡马西平、丙戊酸钠)破坏叶酸代谢。口服避孕药3个月后，血清Hcy水平明显升高。研究认为，口服避孕药中甾类化合物可被转化为机体内过氧化物或其他自由基，从而刺激Hcy合成；且口服避孕药降低了降解Hcy的辅因子的生物利用度[10]。因此，不合理用药可能会抵消药物的治疗作用。蛋氨酸是哺乳动物中一种主要的氨基酸，是食物中获取Hcy的唯一来源，故高蛋氨酸饮食可引起HHcy。另外，不良生活方式(吸烟、饮酒等)也与Hcy水平升高有关[11]。

3 Hcy与AD的相关性

Hcy水平与年龄具有显著相关性，随着年龄增加，HHcy的发病率显著升高，因而HHcy是衰老的一个显著特征[1]。HHcy可能导致多种年龄相关性疾病：高血压、心脑血管病、听力下降、慢性肾病、神经变性病。Hcy水平升高是形成AD的危险因素之一，在80岁以上非痴呆健康人群中，高Hcy水平与执行功能/言语表达下降有关[12]。据报道，Hcy水平超过14 μmol/L的老年人在10年中发生痴呆的风险是低Hcy水平者的2倍，Hcy水平每增加5 μmol/L，痴呆发生风险相应增加40%[13]。此外，与健康对照者相比，痴呆人群存在轻至中度HHcy，然而在确诊AD的人群中Hcy对认知功能损害特异性作用的研究有限[14]。

AD患者在磁共振成像上表现为脑萎缩和白质高密度，老年人的Hcy高于基线水平与AD患者内侧颞叶和轻度认知障碍患者全脑快速萎缩以及脑室扩大进展有关[15]，Hcy积累加剧了高血压对认知功能，尤其是对白质损害的影响[16-17]。在瑞典进行的一项群体研究对60岁以上老年人进行为期6年的观察发现，Hcy水平升高与全脑容积缺损增加率有关，与高血压患者的白质损害进展有关[18]。N-乙酰天冬氨酸与认知功能有关，老年女性Hcy水平升高与左侧海马N-乙酰天冬氨酸水平降低相关[19]；氢质子磁共振波谱临床研究显示，与认知功能正常的健康老年人相比，AD患者脑组织内的N-乙酰天冬氨酸水平降低[20]。据AD神经影像学计划数据集，在血浆Hcy水平升高的老年受试者中，3D皮质灰质表面分布图(厚度、体积、表面积)显示两侧额叶、顶叶、枕叶及右侧颞叶区域皮质厚度减小[21]。有研究显示，Hcy水平升高直接影响几乎所有白质的完整性[22]。

4 Hcy引起神经变性的机制

4.1介导炎症反应 Hcy介导的炎症反应与脑萎缩和神经变性疾病(包括AD)有关，其通过抑制多种酶(包括Na+,K+-ATP酶、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶)的活性和减少谷胱甘肽含量产生神经毒性[23]。还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase，Nox)是一个多亚基复合体，作为活性氧类(reactive oxygen species，ROS)的主要来源，在氧化应激中扮演重要角色，Hcy及其代谢产物通过激活Nox异构体Nox2和Nox4的功能亚基gp91phox，产生ROS，从而激活胶质细胞[24]。在小胶质细胞中，Hcy通过调节亚基p47phox磷酸化，激活Nox2，导致小胶质细胞增殖和活化，氧化还原平衡破坏和ROS产生过量促进大脑皮质神经细胞死亡。ROS激活核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 3，NLRP3)炎症小体。同样，HHcy也可激活NLRP3炎症小体[25]。先天性免疫传感器NLRP3炎症小体控制半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶1和ROS介导的白细胞介素(interleukin，IL) -1β和IL-18，从而触发炎症反应[26-27]。NLRP3炎症小体激活，促进年龄相关性认知损害[28]。

在HHcy Cbs+/-小鼠模型中，基质金属蛋白酶2、基质金属蛋白酶9、基质金属蛋白酶13的激活可增加脑血管通透性，从而促进Nox激活和氧化应激[29]。脑血管通透性增加促进纤维蛋白原-β淀粉样蛋白(amyloid β-protein，Aβ)复合体生成，引发神经炎症，导致记忆丧失。

4.2促进炎症因子释放 HHcy与海马肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、IL-1β、IL-6和单核细胞趋化蛋白水平升高有关；同样，大脑皮质IL-1β和IL-6水平升高，TNF-α、IL-1β和IL-6过度释放也与老年相关性神经变性疾病有关[30-31]。在大鼠中，慢性HHcy可引起海马和血清中的促炎症因子(TNF-α、IL-1β、IL-6)及趋化因子表达增加[32],而IL-1和IL-6过度释放与神经受损、记忆丧失有关[33]。尽管HHcy可直接或间接引起脑组织损害，但临床关于外周血中上述炎症标志物与AD及HHcy的关系尚不确定，尚不能预测AD的发生[34]，这些炎症标志物的实用性有待进一步阐明。

4.3损害一氧化氮合酶 Hcy损害一氧化氮合酶活性，引起内皮功能障碍，从而增加心脑血管事件发生风险。其中，脑小血管病的特点为脑小动脉肥大和适应性血管舒张功能丧失[35]。啮齿动物研究表明，Nox2激活导致脑小动脉结构和功能障碍部分是由于内皮型一氧化氮合酶失活[36]。可见，Nox2激活和内皮型一氧化氮合酶失活是脑小动脉病的关键驱动因素，而脑老化的共性特征为腔隙性脑梗死、微出血、脑白质疏松和血脑屏障渗漏。在敲除CBS的小鼠模型中，血浆Hcy水平升高引起脑微循结构性改变是因为Nox激活和ROS生成[37]。

4.4激活兴奋性氨基酸受体 Hcy引起的神经元细胞死亡也可由N-甲基-D-天门冬氨酸(N-methyl-D-aspartate，NMDA)受体过度激活、氧化应激和细胞色素C释放引起。Hcy及其自身性氧化产物是内源性代谢型谷氨酸受体激动剂，它们通过与NMDA受体的谷氨酸位点结合而发挥作用。Hcy对NMDA受体的谷氨酸N1/2A具有高度亲和力，持续性NMDA受体通道激活诱导突触传递兴奋性增强，Ca2+过度激活，触发神经变性级联反应[38]。突触外NMDA受体激活，促进淀粉样前体蛋白表达和Aβ生成[39]。

4.5干预血红素加氧酶-1表达 Hcy以量效方式减少大脑皮质星形胶质细胞表达血红素加氧酶-1[40]。生理条件下，血红素加氧酶-1表达水平较低。然而，在AD患者脑组织神经原纤维缠结、老年斑、神经纤维网和颗粒空泡变性内血红素加氧酶-1表达显著增加[41]。与同龄非痴呆对照者相比，在痴呆患者的海马和大脑皮质表达血红素加氧酶-1的胶质纤维酸性蛋白阳性的星形胶质细胞数量显著增多[42-43]。正常脑内血红素加氧酶-1低水平表达，在AD中其表达显著增加，可能提示受累处遭受氧化损伤、细胞正在试图保持氧化还原状态。

4.6增强5-脂氧合酶(5-lipoxygenase，5-LO)活性 高水平Hcy增加5-LO活性，促进AD淀粉样变性基因表达[44-45]。Hcy降低DNA甲基转移酶水平，导致5-LO基因低甲基化。SAH水解酶过表达可阻止Hcy诱导的5-LO激活和Aβ寡聚体生成。有学者对CBS缺陷小鼠进行研究发现，5-LO蛋白及其信使RNA水平明显升高[46]。Hcy通过5-LO基因启动子的低甲基化直接影响5-LO表达，Hcy对5-LO酶通路的作用是继发于5-LO 转录上调。体外实验证实，Hcy诱导的5-LO激活及Aβ形成的机制为DNA的低甲基化，其继发于SAH水平升高[3]。可见，5-LO激活促进炎症反应，而5-LO及其下游因子白三烯代谢产物是氧化和炎症反应的重要调节剂。

4.7介导HTL神经毒性 Hcy的神经毒性可由其代谢产物HTL介导，HTL影响蛋白翻译后修饰，HTL修饰后的细胞色素C发生构象改变，六聚体变成五聚体，从而影响非极性组装，使得血红素成分减少，细胞色素C的过氧化物酶样功能激活[47]。Hcy和HTL累积意味着异常蛋白质折叠及蛋白聚体沉积，即所谓的“淀粉样变性”。虽然血浆中HTL浓度相对较低，但其化学反应活跃，HTL通过非酶促反应与多种蛋白结合，导致靶向蛋白功能异常。HHcy的AD患者，血管及脑实质Aβ沉积水平升高，Hcy和HTL共同促进纤维蛋白原与Aβ之间的反应，促进紧密纤维蛋白凝块形成[48]。

另外，Hcy累积通过诱导内质网膜蛋白发状分裂相关增强子，激活胱天蛋白酶3，导致Aβ1～40肽积聚而发生淀粉样沉积[49]。

5 干预Hcy对AD的疗效

AD是世界范围内的常见病，随着人口老龄化其患病率逐渐上升。在对AD缺乏治愈的情况下，越来越需要明确哪些治疗能够减缓AD的认知障碍进展，使得这些患者保留持久适当的生活能力。然而，一些可供选择的药物效果有限。观察性研究结果表明，HHcy和AD存在一定的因果关系[3]，因此降低Hcy水平能否延缓AD进展引起学者们的关注。叶酸和维生素B12作为辅助因子参与Hcy甲基化转化为蛋氨酸，一项基于人群的队列研究显示，约65%的HHcy病例是由于缺乏叶酸、维生素B12或维生素B6不足[14]。维生素B12或叶酸水平降低引起脑结构变化，脑萎缩比例增加，故缺乏叶酸和B族维生素饮食可引起神经元功能障碍、近期记忆丧失[50]。补充叶酸能够预防老年人脑卒中和延缓痴呆[51]，针对维生素B12缺乏的心房颤动老年患者服用甲钴胺可降低脑卒中和晚发型痴呆风险[52]，但这种保护作用仍存在争议。一项来自11个大型临床试验共纳入22 000例受试者的Meta分析显示，服用B族维生素降低Hcy水平不能改善认知功能或认知老化[53]。在AD早期(即轻度认知障碍期)，服用B族维生素能够降低脑萎缩比例、认知损害程度和痴呆的转换率；然而在病程晚期(即已确立AD)，增加维生素摄取能够阻止认知损害的证据有限[14]。一项针对AD患者的随机对照试验显示，相关维生素治疗总体上不能减缓认知损害进展[3]。Kwok等[54]发现，与安慰剂组相比，Hcy≥13 μmol/L组受试者接受B族维生素Mattis痴呆评定量表中结构域部分评分轻度下降。另一项研究报道，B族维生素对于正常Hcy水平受试者的认知功能没有改善[55]。这表明，只有在Hcy水平异常升高的情况下补充B族维生素才可能减轻认知损害。

有数据显示，维生素B12和维生素B6可减缓AD和认知功能下降相关区域的灰质萎缩[56]。AD患者HHcy与25-羟维生素D和叶酸缺乏有关，在维生素D缺乏患者中，血清25-羟维生素D水平与叶酸水平降低有关，提示低维生素D水平和高Hcy水平共存，其共同参与了炎症反应，从而诱发微血管损伤，因此维生素D联合叶酸能改善老年人认知功能、防止 AD[57]。

MTHFR基因多态性见于5%～20%的北美和欧洲人群，MTHFR基因突变导致酶活性降低，继而引起Hcy累积。研究显示，MTHFR功能缺陷纯合子突变小鼠的Hcy水平升高[58]。MTHFR多态性可能促进晚发型AD，MTHFR多态性与后扣带回灰质形态变化有关[59]。MTFHFR缺陷导致小脑、海马和丘脑DNA甲基化、谷氨酸及γ氨基丁酸水平明显降低，且还能影响海马功能，从而导致认知和运动功能障碍。

6 小 结

Hcy水平升高是机体老化的标志之一，目前Hcy的神经毒性作用及其对脑萎缩的直接影响已经明确。因为HHcy只是AD进展过程中许多危险因素之一，虽然纠正HHcy能否防治AD还存在争议，但B族维生素和抗氧化治疗对于降低脑血管病或炎症风险有益，临床上观察到的AD患者Hcy水平升高不能仅用 B族维生素水平来解释，其他的非饮食因素，如Hcy代谢过程中的酶缺陷也可以造成AD患HHcy及其神经毒性作用。就作为AD患者病情进展的HHcy这一危险因素而言，个体化治疗及优化干预策略仍有待进一步研究。未来，可考虑开发新药以恢复参与Hcy再甲基化和转硫途径酶的功能。