叶酸基因检测介绍


叶酸由蝶啶、对氨基苯甲酸和L-谷氨酸组成,别名蝶酰谷氨酸(pteroylglutamic acid,PGA)。叶酸是维生素B复合体之一,为水溶性维生素,因此又被称作维生素B9、维生素M。1939年一位印度的医生在治疗妊娠女性贫血症的时候发现一种维生素治疗效果奇佳,而后1941年米切尔(H.K.Mitchell)从菠菜叶中提取纯化获得该种物质,故而命名为叶酸。

图一 叶酸化学结构

叶酸有两大生物学作用,一是DNA和RNA合成中起重要作用的酶的辅助因子;二是叶酸在氨基酸的甲基循环中参与甲基转运,在同型半胱氨酸向蛋氨酸的转化中起重要作用。

叶酸补充被作为基本国策实行

叶酸是人体细胞生长、分裂和繁殖过程中必需的物质。研究显示,叶酸在胚胎发育早期出现的两次表观遗传编程当中起着重要的作用[1]。各种原因导致叶酸摄入不足、吸收障碍以及利用代谢障碍等,都将会影响机体内叶酸水平,从而影响细胞内核酸的合成以及甲基化反应等。临床已经证实,叶酸缺乏与多种胚胎发育异常相关,如先天性心脏病、神经管畸形、唇腭裂以及DOWN 综合征等。

孕妇对叶酸的需求量比正常人高4倍。研究表明,服用叶酸可以使神经管缺陷的发病率下降50-85%。国家把育龄妇女增补叶酸做为一项基本国策实行。于2009年6月,增发了《增补叶酸预防神经管缺陷项目管理方案》的通知。方案指出:为加大出生缺陷干预工作,降低我国神经管缺陷发生率,提高出生人口素质,根据《中共中央国务院关于深化医药卫生体制改革的意见》和《国务院关于医药卫生体制改革近期重点实施方案(2009-2011年)》确定的重点工作,卫生部决定从2009年开始实施增补叶酸预防神经管缺陷项目。《中国居民膳食指南(2016版)》中也指出备孕及孕早期妇女为预防巨幼红细胞性贫血和新生儿神经管畸形应每天补充0.4 mg叶酸,并持续整个孕期。

我国出生缺陷现状

虽然育龄妇女增补叶酸已经纳入基本国策,但是我国的出生缺陷现状仍不容乐观。2012年《中国出生缺陷防治报告》指出,我国出生缺陷发生率约为5.6%,以当前年出生人数1600万计算,平均不到30秒就有一名缺陷儿出生,每年新增出生缺陷人口约90万例。中国疾病预防控制中心数据显示:我国每年有8万-10万神经管畸形患儿出生,是全球高发国家;我国平均每700个初生儿中就有1个患唇腭裂,每年有5万患儿出生。

叶酸缺乏的原因

为何按要求补充叶酸,出生缺陷的比例仍然居高不下?导致叶酸缺乏的原因不仅仅是摄入不足。研究表明叶酸缺乏一般由补充不足和利用能力差两方面因素引起。前者导致人体叶酸代谢缺乏原料,后者代谢过程出现问题。遗传因素会影响叶酸的利用能力,比如叶酸相关代谢基因功能异常,即便按正常量补充叶酸,也会造成机体叶酸水平不足[2]。

叶酸的吸收与代谢

单谷氨酸型叶酸可直接被小肠利用,但食物中的叶酸多为多谷氨酸型叶酸的形式,必须先由小肠上皮细胞分泌的水解酶分解为单谷氨酸型叶酸后才能被吸收。进入人体的单谷氨酸型叶酸一部分分布于血浆、组织液中,一部分又转变为多谷氨酸型叶酸贮存于肝脏、红细胞以及其他组织细胞中。

图二 叶酸循环与蛋氨酸循环

叶酸被吸收后,二氢叶酸还原酶还原成为二氢叶酸(DHF),继续被二氢叶酸还原酶还原成四氢叶酸(THF),四氢叶酸随后被转化为5,10-亚甲基四氢叶酸(5,10-MTHF),5,10-亚甲基四氢叶酸最后在亚甲基四氢叶酸还原酶(methylenetetrahydrofolate reductase,MTHFR)的催化作用下形成5-甲基四氢叶酸(5-MTHF,L-甲基叶酸)。5-甲基四氢叶酸在甲硫氨酸合成酶(MS)及其辅酶维生素B12的催化下提供一个甲基给同型半胱氨酸使之转化成为甲硫氨酸,而自身转换为四氢叶酸。至此形成一个完整的叶酸循环。

另外,由于5-甲基四氢叶酸(5-MTHF)参与蛋氨酸(甲硫氨酸)循环,叶酸的代谢影响同型半胱氨酸(Hcy)与蛋氨酸的相互转化。换言之,叶酸水平将影响血浆Hcy水平。叶酸代谢障碍导致甲硫氨酸代谢障碍,血液中的同型半胱氨酸含量过高,引起高同型半胱氨酸血症。同型半胱氨酸(Hcy)含量过高是心血管疾病发病的一个重要危险因子,也是流产、先兆子痫、早产、新生儿体重偏低及某些新生儿缺陷的重要原因。

基因多态性影响相关酶活性,导致叶酸代谢障碍

亚甲基四氢叶酸还原酶(MTHFR)和甲硫氨酸合成酶还原酶(methionine synthase reductase, MTRR)是叶酸代谢途径的关键酶。基因的多态性(SNPs)在人类基因组中非常普遍,在某些情况下,基因多态性会导致蛋白质产物的生物活性发生改变。遗传变异(多态性)在人类基因组中十分普遍,在某些情况下,可能导致蛋白质产物的生物活性改变。有研究表明,MTHFR及MTRR基因多态性影响与新生儿神经管缺陷、唇腭裂、妊娠期高血压、女性胚胎停育、习惯性流产等不良孕产史密切相关[3]。已发现MTHFR及 MTRR基因存在多种基因多态性位点,其中最常见的是MTHFR基因的C677T、A1298C和MTRR的A66G。这些基因多态性影响着编码酶的活性,导致血清中叶酸、维生素B12及同型半胱氨酸发生改变。

图三 叶酸代谢过程


过量补充叶酸的不良后果

在体内DNA甲基化、DNA合成、细胞分裂、组织生长、特别是在高速生长的细胞中,叶酸代谢过程均起了重要的作用。因此,有缺陷的叶酸代谢可能会导致DNA合成、参与胚胎形成过程中DNA甲基化受损[4]。可见,围孕期补充叶酸是必要的,且一般情况下服用叶酸是安全的,但过量服用也有副作用:

1.消化道反应:过量服用会使孕妇食欲下降,腹痛腹胀,早孕期会加重恶心呕吐的现象。这也是最早出现的症状。 
2.掩盖维生素B12缺乏的症状:如果超量补充叶酸,不仅可以掩盖“维生素B12缺乏”的症状,还会加剧因维生素B12缺乏导致的神经损害,影响胎儿发育。  
3.影响锌元素的吸收:正常人口服叶酸达到350微克/日就可能影响锌元素的吸收,长期过量使用叶酸,影响母体吸收锌元素,影响胎儿智力发育。 
4.诱发惊厥发作:过量的叶酸会拮抗抗惊厥药物,使之失效,导致惊厥发作。

叶酸基因检测,个性化补充叶酸

MTHFR的多态性位点C677T和A1298C会影响MTHFR酶的活性,在中国人群中,高达17%-47%的人为MTHFR基因异常人群。MTHFR酶活性的降低会直接影响5,10-MTHFR向5-甲基四氢叶酸的转化,导致体内5,10-MTHFR浓度升高,引起叶酸代谢障碍,导致血浆中同型半胱氨酸(Hcy)水平升高,从而引发多种疾病。其中以高同型半胱氨酸血症(HHcy)引起的脑卒中以及新生儿缺陷最为严重。研究证实,C/T、T/T基因型人群MTHFR酶活性明显降低,对叶酸代谢造成障碍,导致新生儿神经管缺陷(NTD)、唐氏综合症(DS)及唇腭裂等多种出生疾病的发病风险明显增高。对于这类人需要补充更多的叶酸才能达到预期的效果。

甲硫氨酸合成还原酶(MTRR)在叶酸代谢过程中保持甲硫氨酸合成酶在催化同型半胱氨酸重甲基化为蛋氨酸过程中的活性,间接参与体内甲基化过程。MTRR基因突变可造成叶酸缺乏并在甲硫氨酸代谢途径中起重要作用。MTRR基因A66G多态性可导致该酶活性降低,引起血浆同型半胱氨酸浓度升高。有研究报道,MTRR A66G纯合突变基因型是生育唐氏综合征的独立遗传风险因子。

个体遗传因素不同会导致机体对叶酸代谢能力的差异,利用基因检测技术检测MTHFR基因的C677T、A1298C和MTRR的A66G等位点的基因多态性,筛查叶酸利用能力差的高风险人群,依据检测结果合理补充叶酸,可大大降低神经管缺陷的发病风险,另外也可降低孕妇贫血、妊娠高血压、早期流产、早产等的发生风险。



参考文献
[1] Ly L, Chan D, Aarabi M, et al. Intergenerational impact of paternal lifetime exposures to both folic acid deficiency and supplementation on reproductive outcomes and imprinted gene methylation[J]. MHR: Basic science of reproductive medicine, 2017, 23(7): 461-477.
[2]李晓娜, 高秀叶, 孙茗, 等. 育龄妇女叶酸代谢相关基因多态性分布研究[J]. 安徽医药, 2018, 22(6): 1068-1070.
[3] Chedraui P, Salazar-Pousada D, Villao A, et al. Polymorphisms of the methylenetetrahydrofolate reductase gene (C677T and A1298C) in nulliparous women complicated with preeclampsia[J]. Gynecological endocrinology, 2014, 30(5): 392-396.
[4] Morrison K, Papapetrou C, Hol F A, et al. Susceptibility to spina bifida; an association study of five candidate genes[J]. Annals of human genetics, 1998, 62(5): 379-396.


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