同型半胱氨酸（Hcy）來源于飲食攝取的蛋氨酸(甲硫氨酸)，是甲硫氨酸循環(huán)中S-腺苷同型半胱氨酸水解反應后的產(chǎn)物，同時，又是胱硫醚β合成酶合成胱硫醚的底物[1,2]。血液中Hcy以三種形式存在，1%為還原狀態(tài)的Hcy，70%-80%與蛋白結(jié)合，其余是Hcy二硫化物[3,4]。
分子生物學機理
血漿Hcy的水平取決于遺傳和環(huán)境兩方面因素，其中遺傳因素為編碼Hcy代謝關(guān)鍵酶基因的突變，目前僅在葉酸及Hcy代謝過程方面，共發(fā)現(xiàn)了上萬種SNPs，其中有一些會影響葉酸及Hcy的代謝[8,9]：
1、亞甲基四氫葉酸還原酶（MTHFR）
MTHFR基因位于染色體1P36.3。
MTHFR C677T（rs1801133）位于MTHFR的外顯子區(qū)，最早Kang等在芝加哥的研究發(fā)現(xiàn)，低活性、不耐熱的MTHFR與血漿中Hcy水平升高相關(guān)，也與冠心病發(fā)病有明顯聯(lián)系[5]，之后Frosst等人[6]又分析證明了由于MTHFR基因在677位發(fā)生錯義突變，堿基T置換了C，編碼的丙氨酸由纈氨酸取代，使酶的耐熱性和活性都大大降低（50-60%）[8,9]，從而影響Hcy再甲基化，導致血漿Hcy水平升高?；蛐头治鲆沧C明MTHFR基因純合突變者(+/+)和雜合突變者(+/－)，其血漿Hcy水平高于非突變的正常人[7]。
rs3737965位于MTHFR啟動子區(qū)域，可能會影響下游基因轉(zhuǎn)錄的效率。其雜合型人體Hcy水平較低（無統(tǒng)計學意義），純合型個體Hcy水平較高，且具有統(tǒng)一學差異（樣本量小，容易造成假陽性），同時發(fā)現(xiàn)其雜合型與低水平Hcy有關(guān)[8]。
2、胱硫醚β合成酶（CBS）
CBS位于人類21號染色體上（21q22.3），CBS主要存在于大腦的中樞神經(jīng)系統(tǒng)和部分血管內(nèi)皮細胞中[3,10,11,12]。目前已發(fā)現(xiàn)的CBS基因突變位點有64個，其中最常見的是位于278密碼子的T833C和307密碼子的G919A，兩者均位于第8個外顯子中，但也有研究表示，此位點突變率很低，僅為1%[17,18]。另外有研究發(fā)現(xiàn)，其844ins68、C699T、T1080C位點的突變與高同型半胱氨酸血癥密切相關(guān)[17,18]。CBS基因突變可能影響了CBS亞單位與血紅素和5’-磷酸-吡哆醇的相互作用，從而使酶活性降低進一步導致高同型半胱氨酸血癥[3]。
CBS G9191A（rs121964962）位點的多態(tài)性使得第307位甘氨酸變?yōu)榻z氨酸[10,11,12]，影響Hcy與酶的結(jié)合[17,18]，此位點突變可能會導致高同型半胱氨酸血癥，并且與腦卒中密切相關(guān)[15]。
CBS T833C位點的突變，位于外顯子8，引起其第287位的異亮氨酸取代了蘇氨酸，使酶與PLP（蛋白脂蛋白）不能結(jié)合，患者對維生素B6敏感[19]。突變者中風風險增高，且在中國人群中較為顯著[15]。
CBS844ins68位點的突變常見于西方人群，且對Hcy濃度的影響程度較受爭議，多數(shù)觀點認為無影響，亦有觀點認為有影響[17,18]。
C699T位于第5 外顯子，C1080T位于第10外顯子，這兩個位點均屬于同義突變，不引起氨基酸的改變，但是該位點常與轉(zhuǎn)錄上游區(qū)某些可影響酶蛋白表達的變異位點連鎖。有研究表明這兩種突變對Hcy水平升高無關(guān)，并有研究指出他們可能均為良性突變，可降低Hcy濃度[24,25]。
rs234 713位于CBS的內(nèi)含子區(qū)，該多態(tài)性導致G到A的改變，但與Hcy的代謝的關(guān)系，并未得到深入研究，有研究發(fā)現(xiàn)，其雜合突變顯著降低Hcy水平[8,9]。
rs2851391位于CBS的內(nèi)含子區(qū)，該多態(tài)性導致C到T的改變，純合突變顯著升高Hcy水平
3、甜菜堿同型半胱氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶（BHMT）
rs3733890位于BHMT的外顯子區(qū)，此突變會導致谷氨酰胺變?yōu)榫彼?，此位點突變可能不會影響其蛋白的二級結(jié)構(gòu)，對折疊及后續(xù)蛋白功能影響不大，對酶的活性不能產(chǎn)生明顯影響[8，9]
4、胱硫醚γ裂解酶（CSE）or CHT
CSE的編碼基因位于1號染色體p31.1，CSE主要存在心臟、肝臟、腎臟及血管平滑肌細胞中，血管內(nèi)皮細胞中也存在少量CSE[10,11,12]。在其第12外顯子處存在常見的錯義突變?yōu)镚1364T（rs1021737），該多態(tài)使CSE基因編碼的第403位氨基酸由絲氨酸變?yōu)楫惲涟彼?/span>[10,11,12,16]。同時加拿大的一項研究發(fā)現(xiàn)，此位點的突變使人群血漿總同型半胱氨酸升高，且純合突變者Hcy濃度明顯高于其他基因型患者[16]。
CSE基因的另一個SNP rs482843位于CSE基因的啟動子區(qū)，是RNA聚合酶特異性識別和結(jié)合的DNA序列，控制基因表達的起始時間和程度，它本身不控制基因活動，通過與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合控制基因的活動。研究表明基因的啟動子突變，將導致基因表達的調(diào)節(jié)障礙，因此它的結(jié)構(gòu)變化直接關(guān)系到轉(zhuǎn)錄效率，從而導致后續(xù)的翻譯效率受損。關(guān)于CSE基因的SNPrs482843突變與疾病的關(guān)聯(lián)目前少有研究，突變主要是堿基突變，426位的等位基因A突變?yōu)镚[10,11,12]。
5、次甲基四氫葉酸脫氫酶(MTHFD)
MTHFD在四氫葉酸一碳單位交換的三個連續(xù)反應中起催化作用，MTHFD基因缺陷可能會影響酶活性，妨礙葉酸代謝，使Hcy再甲基化途徑受阻，導致Hcy積累。人類MTHFD基因編碼了一種單一的蛋白，具有三種酶的活性（5,10亞甲基四氫葉酸脫氫酶，5,10次甲基四氫葉酸環(huán)式水解酶，10甲酸四氫葉酸合成酶），這三種酶在葉酸代謝中起著重要的作用，MTHFD基因也被認為是神經(jīng)管畸形的候選基因。
MTHFD基因定位于14q24，編碼935個氨基酸。已知人類MTHFD基因突變有G878A和G1958A。G878A型突變在研究實驗中很少被檢出。G1958A（rs2236225）突變可導致653位編碼的精氨酸變換為谷氨酸，。由于改密碼子編碼的氨基酸位于酶活性區(qū)域，因此推測該位點突變可能通過改變蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)，使MTHFD酶活性升高，從而使葉酸轉(zhuǎn)化為四氫葉酸增加。在荷蘭、土耳其等西方人群的研究顯示，此位點在人群中的突變率為50%左右，雜合型比例較高；而中國人群的突變率明顯低于西方人群，25%左右。研究未顯示，突變者的Hcy水平受到影響[26,27,28]
6、磷脂酰乙醇胺-N-甲基轉(zhuǎn)移酶(PEMT)
PEMT的酶活性主要在肝臟內(nèi)完成，PEMT能夠在腺苷甲硫氨酸提供甲基的情況下催化磷脂酰乙醇胺合成磷脂酰膽堿，生成的磷脂酰膽堿主要用于維持體內(nèi)膽堿平衡，同時腺苷甲硫氨酸生成腺苷同型半胱氨酸，進而生成Hcy[29,30,31]。
在PEMT基因敲除小鼠中，血漿Hcy濃度下降50%。當PEMT基因過度表達時，Hcy水平增加40%，可以認為PEMT基因在甲基代謝調(diào)控方面具有一定作用[30，31]。但在另一項對PEMT基因敲除動物模型的研究發(fā)現(xiàn),PEMT基因缺失的純合子小鼠肝臟不能表達任何PEMT活性,即使通過飲食補充膽堿,也不能獲得正常體內(nèi)需要的膽堿代謝產(chǎn)物,最終發(fā)展至脂肪肝[32,33]。
PEMT G774C位點位于編碼該基因的啟動子區(qū)域，該位點多態(tài)性引起人體對膳食甲基供體膽堿的需要量增加，可增高膽堿缺乏引起的器官功能障礙，如脂肪肝、肝損傷、肌肉損傷的發(fā)生風險。研究顯示，GC及CC突變型具有較高的膽堿水平和較低的Hcy水平，而膽堿可以通過氧化成甜菜堿，參與體內(nèi)的甲基化反應，因此推測其突變?yōu)橛欣蛔?，可能是該突變抑制了PEMT的活性[30,31]。
PEMT G175A位點的多態(tài)性也較常出現(xiàn)，該位點的變異導致氨基酸置換，從而引起部分編碼PEMT活性缺失[32,33]。PEMT活性下降，磷脂甲基化減少，Hcy含量也可能隨之下降[29]
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