高同型半胱氨酸血症与动脉粥样硬化的关系

　　作者：耿学川,杜继臣,李继来,杨旭　　作者单位：辽宁医学院校外培养基地 北京大学航天中心医院神经内科，北京 100049

　　【关键词】 同型半胱氨酸,动脉粥样硬化

　　近年来大量研究表明，高同型半胱氨酸(homocysteine，Hcy)血症是造成动脉粥样硬化(AS)的独立的危险因素，在心、脑血管疾病及外周血管硬化等疾病发病机制中起重要作用〔1，2〕，因此深入探讨高同型半胱氨酸致AS的发病机制具有十分重要的意义。

　　1 同型半胱氨酸的生物学特点及代谢途径

　　Hcy是细胞内蛋氨酸脱去甲基后形成的含硫氨基酸，它在血浆中以4种形式存在，约1%以游离巯基形式存在于血液循环中，80%～90%通过二硫键与血浆蛋白质(主要是白蛋白)结合，其余10%～20%则以Hcy二聚体或与其他巯基结合，包括与半胱氨酸结合形成Hcy半胱氨酸二硫化合物。70%的Hcy经肾脏清除，健康的肾脏能完成99%的代谢过程，肾功能不全则会影响Hcy的代谢。Hcy有3种代谢途径〔3〕：①细胞内Hcy再甲基转化参与蛋氨酸循环。细胞内Hcy由5甲基四氢叶酸同型半胱氨酸甲基转化酶(蛋氨酸合成酶)催化，亚甲基四氢叶酸作为甲基基团供体，维生素B12为辅助因子，通过再甲基化转化成蛋氨酸。而5甲基四氢叶酸是由5,10亚甲基四氢叶酸在5,10亚甲基四氢叶酸还原酶(MTHFR)催化下还原而来。Hcy再甲基化的另一途径局限于肝细胞内，由甜菜碱为甲基供体，在甜菜碱-同型半胱氨酸转化酶催化下完成蛋氨酸的合成;②缩合成胱硫醚，又称转硫化途径。细胞内Hcy在胱硫醚β合成酶(CBS)催化下，由维生素B6为辅助因子，与丝氨酸缩合反应形成胱硫醚。此反应在生理条件下是不可逆的，有利于转运Hcy。胱硫醚进一步在γ胱硫醚酶催化下断裂为胱氨酸和α酮丁酸;③排到细胞外液。Hcy释放到细胞外液是处理细胞内Hcy的第三条途径。当蛋氨酸过量时通过转硫化途径;当蛋氨酸减少时通过再次甲基化生成蛋氨酸〔4〕。

　　2 影响Hcy的因素

　　高同型半胱氨酸血症的产生涉及多种因素，包括遗传、营养、药物、疾病、吸烟等，其中遗传和营养是最主要的两方面。

　　2.1 在遗传性方面 蛋氨酸合成酶、MTHFR及胱硫醚合成酶基因突变，可影响Hcy的代谢，产生高Hcy血症。

　　2.2 在营养方面 叶酸、维生素B12摄入不足或排出过多，也可导致高Hcy血症。

　　2.3 在疾病方面 ①肾功能不全也是引起血清Hcy升高的因素，研究显示慢性肾衰竭患者红细胞膜表面蛋白质的甲基化水平显著较正常人群低，抑制机体转甲基化，引起高Hcy。此外血浆Hcy浓度与肾小球滤过率呈负相关，随着肾功能损害加重，血浆Hcy水平逐渐升高。事实上与代谢有关的酶如胱硫醚合成酶、MTHFR等均存在于肾组织内，所以当肾功能受损时影响Hcy。②甲状腺功能减退患者Hcy显著高于健康组，而甲亢患者与健康人无明显差异。甲状腺功能减退引起的高Hcy血症，可以通过补充甲状腺素得以治疗。

　　2.4 在药物方面 应用抗肿瘤药物氨甲蝶蛉、利尿药、避孕药、抗癫痫药如苯妥英钠、卡马西平等，可以干扰叶酸和含硫氨基酸的代谢，引起Hcy浓度升高。

　　2.5 在其他方面 患者年龄和性别也能影响血浆总Hcy水平。一般随年龄的增长，Hcy逐渐升高;而且男性高于女性，并且有研究报道，Hcy浓度与种族有一定关系。

　　3 Hcy致AS的机制

　　高Hcy血症致AS的可能机制主要有以下5个方面。

　　3.1 血管内皮细胞功能障碍 林晓慧等研究表明〔5〕，高同型半胱氨酸为含硫氨基酸，在血管内皮细胞内过分蓄积时，有直接损伤内皮细胞的作用。其损伤的机制可能是：①一氧化氮合成减少。内皮细胞是覆盖在血管内膜、保护血管平滑肌细胞的屏障，也是重要的内分泌器官和效应器。一氧化氮(NO)是内皮细胞合成的重要活性物质，一氧化氮合成酶(NOS)是NO合成的关键酶。Chen等〔6〕在对猪冠脉和颈动脉的观察中发现，Hcy能显著的降低内皮依赖性血管舒张反应和NOS的免疫活性，并导致明显的内皮损伤，说明在高Hcy状态下，可能是Hcy引起内皮功能障碍和损伤。大量动物试验和体外模型研究观察到，在高Hcy水平作用下，血管内皮细胞易于斑片状脱落，随后脂质细胞填充受损区，中层平滑肌细胞增生，影响血管壁弹性。血小板在内皮细胞受损处积聚，引起富含血小板的血栓形成。②自身氧化作用。赵字岚等〔7〕指出Hcy可氧化为同型胱氨酸、二硫化物和亚硫酰内酯的过程产生超氧化自由基、羟自由基和过氧化氢，而这些物质是内皮细胞损害的重要原因。③促氧化作用。在正常条件下，NO可以通过各种机制，产生抗动脉粥样硬化作用。Hcy通过降低体内谷胱甘肽过氧化酶及超氧化物歧化酶的活性，诱导氧化应激反应。高同型半胱氨酸血症诱导氧化应激，具促氧化作用。细胞内氧化应激可能由于产生过多的活性氧产物或细胞清除活性氧的能力下降，而导致活性氧的累积。我们认为同型半胱氨酸诱导的氧化应激，基本是由于细胞分解H2O2的能力下降;而细胞清除脂质过氧化物能力下降，是由于细胞内抗过氧化酶能力的下降。而且NO生物利用度的下降可以促进促炎细胞因子及纤溶酶原激活物抑制物(PAI1)的表达，它们能潜在导致心血管病〔8〕。其次NO能迅速地与分子氧及其他氧自由基反应，生成过(氧化)亚硝酸盐(ONOO)，而且内皮组织的四氢生物蝶蛉是内皮NO合成酶(eNOS)的辅助因子，它的氧化导致四氢生物蝶蛉自由基的生成，继而减少NO的生成。再次，由于抗氧化酶活性的降低，升高的同型半胱氨酸可以导致活性氧的聚集，这些氧自由基能潜在的使NO失活，导致血管收缩。

　　3.2 脂质代谢紊乱 Hcy氧化生成的过氧化物可引起血管内皮功能障碍〔9〕，在其氧化过程中产生的自由基能升高氧化修饰型LDL水平，促使泡沫细胞形成，后者是粥样斑块的组成成分，易使血管内壁增厚导致动脉管腔狭窄。此外，Hcy的脱水代谢产物Hcy硫内脂与低密度脂蛋白(LDL)的载脂蛋白B(ApoB)的游离氨基酸结合，形成一种聚集的致密蛋白质，易被巨噬细胞吞噬、降解，参与泡沫细胞的形成。

　　3.3 促进血管平滑肌细胞增殖 动脉管壁平滑肌细胞增殖是动脉硬化形成过程中的中心环节。血浆Hcy水平的增高可促使损伤的血管过度增长和膨胀性增加，从而改变血液动力学〔10〕;Hcy对平滑肌细胞增殖的促进作用以及对损伤内皮细胞再生的障碍作用是其诱导动脉粥样硬化形成的重要机制〔11〕;Hcy可诱导平滑肌细胞中新的mRNA的形成,使动脉壁血管平滑肌细胞增殖,并造成动脉内皮细胞的脱落,加速粥样硬化的过程。Tyagi报道〔12〕，Hcy可与血管平滑肌细胞的Hcy氧化还原受体结合，影响平滑肌细胞周围组织的氧化还原状况，刺激血管平滑肌细胞增殖。Ikeda〔13〕等研究报道，Hcy对胶原酶合成具有双向调节作用，低于0.01 mmol/L时，胶原酶表达增强，反之，胶原酶合成则被抑制。Hcy可通过影响细胞生物化学反应直接损伤血管胶原纤维。朱建华等〔14〕通过在大鼠主动脉平滑肌细胞培养基中加入终浓度为0.25 mmol/L的Hcy，证实Hcy能激活核转录因子(NFκB)，调控众多炎症因子的表达，参与动脉硬化的发病机制。刘建民等研究表明〔15〕，在培养的人脐静脉内皮细胞中，Hcy(0.02～1 mmol/L)能诱导细胞因子白细胞介素8(IL8)分泌增加，且在临床病理状态下(20～50 mmol/L)发挥作用，呈现剂量依赖性。细胞培养的Hcy的刺激是一过性的，而在人体内Hcy的刺激是持久性的，其诱导IL8分泌的作用可能呈持续高水平状态。IL8是一种CXC型趋化因子，它不仅趋化、激活中性粒细胞和T淋巴细胞，还刺激平滑肌细胞增值、迁移，诱导单核细胞趋化、黏附于血管内皮，在动脉粥样硬化的形成中起重要作用〔16〕。

　　3.4 蛋白质Hcy化机制 Hcy 可与人体内一些蛋白质发生化学反应，称之为蛋白质Hcy化，Hcy化能导致蛋白质损伤、功能异常，Hcy化的蛋白质在血管壁的表面，可以直接或间接的被巨噬细胞识别，巨噬细胞试图吞噬内皮细胞表面损伤的蛋白质，这个过程将导致内皮细胞的破坏及血管壁的损伤，而内皮细胞将吸引Hcy化的蛋白质抗体，形成抗原-抗体复合物，抗原-抗体复合物被巨噬细胞连接到Fc受体，在连接后复合物被消化和破坏，进而导致血管表面的损伤;如果蛋白质Hcy化此因素不能去除，将引起机体试图修补损伤的血管壁，最后导致动脉粥样斑块的形成〔17〕。各种各样的血浆蛋白质均可Hcy化，可导致巯基的合成，进而改变蛋白质的理化性质和生物活性;低密度脂蛋白Hcy化增加氧化的敏感性，及加速巨噬细胞的吞噬，另外Hcy化的低密度脂蛋白引起体液免疫反应〔18〕。

　　3.5 影响凝血、纤溶系统 一方面高Hcy血症时，NO生物利用度的下降，有促进凝血作用。其潜在机制是： NO具有抗凝机制是因为抑制纤溶酶原激活物抑制物(PAI1)的表达。激活的血小板释放的NO抑制血小板的聚集及形成血栓，因此NO浓度的下降可以导致纤溶酶原激活物抑制物的表达和血小板的聚集，导致血栓形成。另一方面，Hcy加强凝血因子Ⅶ和Ⅴ的活性，抑制蛋白C的活性，阻止组织纤溶酶原激活物(tPA)结合到内皮细胞等，从而促进血栓形成。此外，在Hcy的甲基化过程中，甲基在代谢过程中不断转移，使其较易和细胞内的DNA结合，从而改变蛋白表达以至影响凝血机制〔7〕。

　　总之，大多数研究表明高Hcy血症是动脉粥样硬化的一个独立的危险因素，深入研究同型半胱氨酸与动脉粥样硬化的关系具有重要的意义，及时降低同型半胱氨酸水平，可以减少心脑血管疾病的发生率。

　　【参考文献】

　　1 Anderson JL，Muhlestein JB，Horne BD,et al.Plasma homocysteine predicts mortality independently of traditional risk factors and Creactive protein in patients with angiographically defined coronary artery disease〔J〕. Circulation，2000;102:122732.

　　2 GarcíaPinilla JM，EspinosaCaliani S,JiménezNavarro M,et al. Influence of 677 C→T polymorphism of methylenetetrahydrofolate reductase on mediumterm prognosis after acute coronary syndromes〔J〕.Tex Heart Inst J，2007;34(2)：1427.

　　3 VarelaMoreiras G.Nutritional regulation of homocysteine:effects of drugs〔J〕.Biomed Pharmacother,2001;55(8):448.

　　4 颅 海，朱栓立，戴庆麟，等.原发性高血压伴脑梗死患者血浆同型半胱氨酸水平的研究〔J〕.中国临床康复，2004;83(4)：459.

　　5 林晓慧，李 娜，董玉娟.同型半胱氨酸及其代谢酶基因多态性与动脉粥样硬化和脑梗死〔J〕.国外医学•脑血管疾病分册，2004;12(5)：36770.

　　6 Chen C,Conklin BS,Ren Z,et al.Homocysteine decreases endotheliumdependent vasore laxation in porcine arteries〔J〕.Surg Res,2002;102(1):32.

　　7 赵字岚，黄一宁.同型半胱氨酸、亚甲基四氢叶酸还原酶基因多态性与脑血管病〔J〕.国外医学•脑血管疾病分册，2000;8(5):263.

　　8 Priyanka Sharma, Senthilkumar RD,et al.Mining literature for a comprehensive pathway analysis:A case study for retrieval of homocysteine related genes for genetic and epigenetic studies〔J〕.Lipids Health Dis，2006;5:1.

　　9 Dayal S,Aming E,Bottiglieri T,et al.Cerebral vascular dysfunction mediated by superhomocysteinemic mice〔J〕.Stroke,2004;35:195762.

　　10 Baumbach GL,Sigmund CD,Bottiglieri T,et al.Structure of cerebral arterioles in cystathionine betasynthasedeficient mice〔J〕.Circ Res,2002;91:9317.

　　11 肖 飞，郭 健.血液中同型半胱氨酸的检测及意义〔J〕.临床检验杂志，2000;18(1):56.

　　12 Tyagi SC.Homocysteine redox receptor and regulation of extracellular matrix components in vascular cells〔J〕.Am J Physiol,1998;274(2p):4046.

　　13 Tkeda U,Ikedu M,Mionca S.Homocysteine increase nitric oxide synthesis in cytokinestimulated vascular smooth muscle cells〔J〕.Circulation,1999;99(9):1230.

　　14 朱建华，张 力.同型半胱氨酸对血管平滑肌细胞白细胞介素6表达和核转录因子-kB活性的影响〔J〕.中华心血管病杂志，2002;30(9)：554.

　　15 刘建民，胡燕燕，李金珉.同型半胱氨酸诱导培养的人脐静脉内皮细胞分泌白细胞介素8〔J〕.中国动脉硬化杂志，2003;11(4)：321.

　　16 Cerszten.RE，Garcia Zepeda EA，Lim YC，et al.MCP1 and IL8 trigger firm adhesion of monocytes to vascular endothelium under flow conditions〔J〕.Nature,1999;398(6729):71824.

　　17 Hieronim Jakubowski.Protein homocysteinylation:possible mechanism underlying pathological consequences of elevated homocysteine levels〔J〕.FASEB J，1999;13:227783.

　　18 Beltowski J.Protein homocysteinylation:a new mechanism of athergenesis〔J〕.Postepy Hig Med Dosw(Online)，2005;59:392404.