精神分裂症相关MTHFR基因研究现状Δ
【关键词】 精神分裂症；亚甲基四氢叶酸还原酶；基因研究
自1961年Pollin W等［1］在杂志上报道精神分裂症患者口服负荷剂量蛋氨酸（Met）后症状恶化，经检测发现血浆同型半胱氨酸（Hcy）水平升高；近来研究发现亚甲基四氢叶酸还原酶（MTHFR）C677T基因突变使丙氨酸（Ala）被缬氨酸（Val）取代,导致酶的耐热性和活性下降,血浆Hcy水平升高,而高Hcy血症与心、脑血管疾病、神经精神性疾病等发病有关。本文就MTHFR基因多态性及Hcy与精神分裂症的关系综述如下。
1 MTHFR与一碳单位代谢
1.1 叶酸与Met循环 叶酸是各种酶中最活跃的基团-辅酶家族的重要成员，它几乎参与了所有生命的生化代谢过程。典型的一碳单位传递体的运行过程是Met在三磷酸腺甙(ATP)的作用下变为活性Met，活性Met提供出一个一碳单位甲基，形成Hcy。后者再与5甲基四氢叶酸中的一碳单位甲基合成Met，使5甲基四氢叶酸转变为四氢叶酸。四氢叶酸再与其他生物化学代谢过程生成的一碳单位甲基结合，重新形成5甲基四氢叶酸。
Hcy是蛋氨酸代谢的中间产物，体内Hcy有两条代谢途径:(1)Hcy在胱硫醚缩合酶(CBS)和胱硫醚酶的催化下生成胱氨酸,需维生素（Vit）Ｂ6参与。(2)Hcy在叶酸和VitＢ12的辅助下再甲基化重新合成Met,此过程需蛋氨酸合成酶(MS)、MTHFR的催化。导致血Hcy水平升高的因素有饮食和遗传两方面,饮食因素主要是由于膳食中叶酸和VitＢ12的缺乏,而遗传因素主要与MTHFR活性降低有关。
叶酸在这个代谢循环过程中的重要性在于，如果叶酸缺乏，5甲基四氢叶酸合成不足，那么Hcy向Met的转换就会发生障碍，相继引发出一系列病理变化：Hcy堆积，导致碳单位甲基生成减少， 这就直接影响50多种重要物质的合成。高浓度的Hcy能损害血管的内皮细胞，成为重要的心脑血管致病因素。Hcy作用于敏感的胚胎神经细胞，可造成无脑畸形和脊柱裂等不可逆损害。
1.2 一碳单位代谢中MTHFR调节作用 甲基形成或核苷酸的合成过程中一碳单位是通过对MTHFR活性调节由S腺苷蛋氨酸（SAM）控制的。当SAM水平降低时，MTHFR活性升高直接作用于一碳单位代谢库启动甲基的生物合成。相反，SAM升高则抑制MTHFR活性；从而增加核苷酸合成过程中可利用的一碳单位数量。食物中缺乏核黄素将直接影响MTHFR活性，缺乏叶酸、VitB12、VitB6、胆碱、Met将间接影响MTHFR活性，以上过程均通过改变细胞内Met循环发生。
MTHFR催化510亚甲基四氢叶酸转变为5-甲基四氢叶酸，在Hcy甲基化转变为Met的过程中是血浆中叶酸和主要的甲基供给体。当Met转变为SAM后，叶酸起源的甲基基团再将甲基导入至包括DNA在内的化合物中。也就是MTHFR作为合成嘌呤、嘧啶、脱氧胸腺嘧啶从头合成过程中一碳单位代谢的重要调节酶。
MTHFR活性也受MTHFR基因中SNP调节，其中最常见的是在核苷酸第677位点上C/T置换，造成Ala/Val转换；拥有一或二个T等位基因的个体分别占30%和65%，与677CC基因型相比，体外均为低活性的MTHFR,MTHFR677TT基因型与叶酸水平降低、DNA低甲基化、血浆Hcy水平升高相关，尤其是叶酸水平降低，可能在心血管疾病、恶性肿瘤及神经系统发育异常中起关键作用［2］。
2 MTHFR基因定位及多态性
2.1 MTHFR基因定位 Goyette等［3］首先用逆转录聚合酶链反应(RTPCR)的方法分离出人类MTHFR的cDNA。人类MTHFR基因定位于染色体1ｐ36.3,包括11个外显子,其cDNA序列的全长为2.2Kb［4］。
2.2 影响MTHFR活性常见突变类型 人类MTHFR基因的主要产物是分子量为77000μ的具有催化活性的蛋白质。MTHFR基因C677T是最常见的突变,C677T的等位基因突变位点位于第677个核苷酸,胸腺嘧啶(Ｔ)取代胞嘧啶(Ｃ),氨基酸发生错译,缬氨酸代替丙氨酸,导致不耐热MTHFR活性下降,引起血Hcy水平升高。Ｃ突变为Ｔ后产生了1个限制性内切酶Hinf I的酶切位点,据此特征可将其分为3种基因型:CC型(野生型)最多见,其次是CT型(杂合子型),TT型(纯合子型)最少。这种基因突变使MTHFR在温度≥37℃时活性下降。研究发现TT型突变对酶的活性影响最大,而酶活性越低则血Hcy水平越高。TT型突变酶的活性在37℃时为CC型酶活性的40～50%,46℃时为35%,杂合子突变酶活性的下降程度居CC型与TT型之间［5］。McQuillan等［6］研究了1111例，平均年龄52a,发现MTHFR基因TT型突变者(10%)的血浆Hcy水平(14.2μmol/Ｌ)比CT型(12.3μmol/Ｌ)和CC型(11.6μmol/Ｌ)显著升高。叶酸可以调节血Hcy水平,具有TT型突变的人,如果同时叶酸摄入不足可引起血Hcy水平升高［5］。
MTHFR基因除Ｃ677Ｔ突变影响酶的活性外,A1298C突变亦可影响酶的活性,此外还有多个少见的突变位点有待进一步研究。最近一项研究显示在正常人群中C677T纯合子突变率在意大利人中最高,为18%,加拿大、美国、澳大利亚人为10%～14%,日本人为11%,非洲黑人的纯合子突变率最低为0,生活在巴西和美国的黑人纯合子突变率为1%～2%［7］。
3 MTHFR基因多态性与精神分裂症关联分析
3.1 MTHFR在半胱氨酸的代谢中有非常重要的地位,它催化Ｎ5,Ｎ10亚甲基四氢叶酸还原成Ｎ5甲基四氢叶酸,而后者将甲基转给Hcy使其生成Met。MTHFR的缺陷必将导致Hcy向Met的转化发生障碍。人们发现人群中MTHFR基因内存在一个多态位点,即677Ｃ→Ｔ的改变,由于该突变会造成此酶活性下降及耐热性降低而导致叶酸代谢紊乱。Regland等(1994)［8］报道1例青年精神分裂症患者血清Hcy水平显著升高，当静脉反复注射VitB12后病情改善，而没有给与VitB12病情恶化；同时也发现杂合子缺乏人MTHFR活性降低，MTHFR活性降低则导致亚甲基四氢叶酸缺乏，进一步Hcy甲基转化为蛋氨酸减少。
3.2 人群中MTHFR基因具有高度多态性，其纯合突变占5%，且该酶热稳定性降低30%。［8］许多研究和病例报道MTHFR基因编码热不稳定性T677等位基因纯合子与高同型半胱氨酸血症相关，并推测可能是精神分裂症的高发病率相关［9］。
3.3 Regland等（1997）［10］又研究了11名精神分裂样精神病，其中6男1女均为热不稳定MTHFR纯合子；T677纯合突变对服用VitB12无反应，而对服用叶酸有反应，即血清Hcy浓度维持正常；如果单独给纯合突变这VitB12，则血清Hcy浓度降低；由此他们认为这提示热不稳定MTHFR纯合子可能是精神分裂样精神病的发病风险因素，且可能与叶酸缺乏有关。
3.4 Susser等(1998)［11］进行了一项研究比较了精神分裂症组与对照组同型半胱氨酸水平，将他们分为正常叶酸水平组与低叶酸水平组，结果发现在低叶酸水平两组有显著差异。由此提示支持精神分裂症存在同型半胱氨酸代谢失衡假说。
3.5 Kruman (2000)［12］报道同型半胱氨酸能够导致神经元中DNA的损伤，促进细胞凋亡及其对兴奋性中毒的超敏反应。口服负荷剂量蛋氨酸曾经报道恶化精神分裂症，此都是因转变为同型半胱氨酸所致。
3.6 Arinami T等（1997）以297名精神分裂症患者、32名重度抑郁患者、40名双向障碍患者及419名对照者为研究对象，发现T677纯合等位基因在精神分裂症组、单相抑郁症组与对照有显著差异，提示MTHFR基因变异在日本人群中与精神分裂症和抑郁症相关［13］。就临床表现、长期服用抗精神病药物效应及临床结局而言，精神分裂症表型异质性可能反映其遗传异质性或修饰基因，临床研究证实对药物反应良好与较差者相比，与较高的女/男比率、多巴胺神经递质传递紊乱和长期良好的结局。Joober等（2000）以长期应用抗精神病药物反应良好者、反应不良者及健康人作对照研究MTHFR基因C677T发现精神分裂症药物反应良好者纯合突变TT等位基因与对照有显著差异，药物反应不良者与对照无差异；他们也认为MTHFR基因包含在精神分裂症的发病机制中，该类患者多以对经典药物起效快、反应好、长期预后较好为特点［14］。
3.7 Horvath A等［15］（2001）以单个家系为研究对象，其中患者年轻时患有肺栓塞，祖父也患有肺栓塞，其母罹患精神分裂症，其姨姨患有先天脊柱裂，出生时即死亡；其妹妹也患有脊柱裂，同时检测他们MTHFR杂合突变，发现所有患病者中均携带有杂合突变基因，无症状成员则没有此突变发现，不可思议的是所有患病者均存在高Hcy血症；他们认为叶酸治疗有基因突变基因携带者可以预防心脑血管疾病、抑郁症、精神分裂症及神经管缺陷发生。这进一步证明MTHFR杂合突变导致热稳定性差、酶活性降低高于普通人群的理论。
3.8 Sazci A等［16］（2003）研究了130精神分裂症患者与226名健康人对照MTHFR基因C677T和A1298C,结果发现T677等位基因患者组与对照组差异有显著性，T677T/A1298A、C677T/C1298C基因型在精神分裂症患者中显著增加；因此他们认为MTHFR T677等位基因和T677T、T677T/A1298A是精神分裂症的发病风险因素。
3.9 Kunugi H等（1998）［17］和Wei J等（1999）［18］分别均以病例对照方法在日本人群和人群未能重复Arinami T的结果；Virgos C等（1999）［19］也以病例对照研究未能发现西班牙人中MTHFR T677C纯合突变及血浆Hcy浓度无显著性。
3.10 Deng H等（2002）［20］以105对精神分裂症同胞对和10个简单核心家系为研究对象，运用XDT和MAPMAKER/SIBS检验未能发现MTHFR T677C有显著性，仅仅可能是精神分裂症的易感基因。
3.11 Muntjewerff JW等（2003）［21］研究是否精神分裂症也同叶酸代谢紊乱及MTHFRC677T有关,结果发现与对照相比，患者血浆叶酸水平低于对照，而红细胞水平升高；VitB6、VitB12则与对照无差异；但升高的血浆Hcy水平与MTHFR T677C基因突变无关。但升高的叶酸水平可能是精神分裂症的独立风险因素。
4 结语
综上所述,目前国内外对精神分裂症MTHFR基因及其它微效基因的研究结果相互矛盾。虽然由于技术手段的局限性,单个特异性基因作为精神分裂症的危险因素的假说不能完全被排除,但是构成精神分裂症易感性的更大可能是很多无特异性的基因共同作用的结果，也可能是存在一个或几个作用较大的主基因加上微效基因，外加环境因素共同作用所致。目前多数学者认为精神分裂症可能是由于多基因及环境因素的非线性相互作用而影响大脑发育和功能而引起的。不少研究支持精神分裂症是多基因遗传,即这种遗传是由于许多基因的积累作用造成的,没有显性、隐性基因那种明显的传递,但有一个阈值,超过这个阈值就出现异常。精神分裂症的发生是遗传易感性和环境因素共同作用的结果。也许这种多基因遗传没有特异性的基因,即在一般人群中这种不正常的基因也存在,但较少,然而由于环境因素的影响,基因表达水平会出现异常。
5 展望
精神分裂症的分子遗传研究仍然在进行之中,在目前的研究中主要有三方面的问题:①现有遗传分析方法难以提供有力的检验效能和适合的标准。②是精神分裂症具有高度异质性,在不同人群即或同一人群,疾病的发生都可能由于不同的基因作用所致,难以找到遗传上同质的研究人群。③精神分裂症是一种复杂的多基因遗传病，多个参与致病的微效基因由于各自所起的作用相对较小而难以被检测出来，同时环境因素对疾病的发生也起着重要作用。解决的途径除了遗传分析方法外,近年来研究者们已经开始重视采用一些特质性指标来进行表型分型,找到同质的研究人群,这些指标包括高发家族史、低发病年龄、受损的神经生理指标如P50听觉诱发电位、神经心理测试异常如反映认知功能的Wisconsin指标异常等等。随着人类基因组计划的飞速发展,揭示精神分裂症分子遗传机制的将不遥远。
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