新医学2012年7月第43卷第7期 511 综 述 亚甲基四氢叶酸还原酶基因多态性与不孕不育症的研究进展 鲁衍强芮欣忆 [摘要] 亚甲基四氢叶酸还原酶(MTHFR)是叶酸代谢与甲硫氨酸代谢中的一个关键酶, 其基因位点多态性会导致体内同型半胱氨酸水平升高和甲基化水平降低,参与男性不育和女性习 惯性流产的发生过程。该文就MTHFR的基因多态性与不孕不育症的相关性研究作一概述。 [关键词] 亚甲基四氢叶酸还原酶;基因多态性;不孕不育症;男性不育;习惯性流产 1 引 言 病、神经管缺陷、唇腭裂、先天性心脏病、妊娠期 不孕不育症正成为一个备受关注和亟待解决的 高血压疾病等多种疾病有关 。已发现MTHFR 世界性问题,根据WHO调查,目前全球约有15% 基因存在20余种多态位点,其中最常见的是 的育龄夫妇不能生育,其中男性因素和女性因素各 C677T和A1298C。第677位核苷酸由胸腺嘧啶 占一半。 (T)取代胞嘧啶(C)后,氨基酸发生错译,位 男性不育的病因具有多样性和复杂性的特点。 于催化区域的丙氨酸被缬氨酸代替,导致MTHFR 目前还有约40%一50%的不育处于原因不明状 的耐热性和活性下降。Goyette等 研究发现, 态_1],其中遗传因素一直是研究的一个热点。一 MTHFR加热至46℃持续5 min后,1Tr型剩余酶活 般认为男性不育很大程度上是参与精子发生过程的 性为22%,CT型剩余酶活性为56%,而CC型剩 相关基因功能障碍,导致生精异常所致。女性不孕 余酶活性为67%。第1298位核苷酸位于第7外显 的致病因素主要有遗传、内分泌、免疫、感染和解 子羧基端调节区域,腺嘌呤(A)被胞嘧啶(C) 剖异常等,习惯性流产被认为是一个重要原因。 替代后,导致谷氨酸被丙氨酸取代。Weisberg等 J 近年来随着分子遗传学的发展,国内外研究表 研究发现,A1298C多态性降低MTHFR酶活性效 明,亚甲基四氢叶酸还原酶(Methylenetetrahydro- 应稍次于C677T。亦有研究报道,MTHFR 1298AC folate reductase,MTHFR)的基因多态性与男性不 和cc个体均未见明显的血浆Hcy升高和叶酸降 育以及女性习惯性流产密切相关。现就相关研究进 低,而具有1298AC/677CT的个体表现出与6771Tr 展概述如下。 个体同样的血浆高Hcy和低叶酸水平,MTHFR活 2 MTHFR的生物学功能及基因多态性 性较野生型降低40%E9]。 MTHFR是人体内叶酸与甲硫氨酸代谢中的一 3 MTHFR基因多态性与男性不育 个关键酶,催化5,10一亚甲基四氢叶酸还原为5- 3.1 MTHFR基因多态性与男性不育的相关性 甲基四氢叶酸。5.甲基四氢叶酸是体内叶酸生物活 Chen等 叫研究发现,成年小鼠睾丸中MTH. 性的主要形式,有两方面的生物学功能:①作为 FR的表达明显高于肝脏、大脑等其他组织,提示 细胞内一碳单位的载体参与嘌呤和嘧啶的合成,并 它可能在精子发生过程中起到重要作用。另有研究 为DNA、RNA和蛋白质的甲基化提供甲基,影响 表明,MTHFR基因敲除后,小鼠出现了精子生成 正常的DNA代谢;②作为甲基供体,在甲硫氨酸 障碍,并失去了生育功能,进一步证实了MTHFR 合酶的催化下,以维生素B 为辅酶,使血液中的 基因参与了雄性生殖过程 。 同型半胱氨酸(Homocysteine,Hcy)再甲基化生 目前许多国家已有针对MTHFR基因多态性与 成甲硫氨酸,从而维持血浆Hcy的正常水平,避 男性不育的相关性研究,其中C677T位点研究较 免高Hcy血症的发生。 多。Singh等 对印度人群研究发现,MTHFR 研究表明,MTHFR基因多态性与心脑血管疾 C677T突变是男性不育的一个危险因素。韩国人群 DOI:10.3969/g.issrt.0253-9802.2012.07.027 中也发现MTHFR C677T多态性与男性不育相 作者单位:上海靶向分子医学研究所(200433) 关 。邱晓峰等 对宁夏汉族男性人群进行了研 512 新医学2012年7月第43卷第7期 究,发现不育患者与正常男性MTHFR C677T基因 型频率分别为:CC 27.7%比35.0%,CT 41.3% 比47.2%,TT 31.0%比17.8%,两组间基因型及 化,细胞内产生大量氧自由基,导致精子线粒体和 核DNA损伤,最终引起精子功能受损 。同时有 研究认为Hcy可抑制谷胱甘肽合成,破坏精液中 活性氧产生与清除的动态平衡,影响精子功能。另 等位基因频率分布比较差异有统计学意义(P< 0.01),提示MTHFR C677T多态性是宁夏汉族男 性不育的易感性风险因素。在四川、东北和皖南地 区的人群研究中也得到相同结论 15-17]。而对荷兰、 意大利和法国人群的研究发现,C677T多态性在不 有研究表明,高Hcy血症可引起睾丸中的血管过 早发生动脉硬化,影响睾丸的血液供应,导致生精 功能障碍 。叶酸是一种抗氧化剂,当体内呈高 Hcy水平时,如果摄人叶酸减少,体内无足够的叶 酸来抵制高Hcy产生的氧化应激,可致精子DNA 育组和对照组的频率分布差异并无统计学意 义¨ 。以上均为病例对照研究。意大利的Parac. chini等 自2004年起,对105例特发性男性不育 患者的生育结局进行了为期1年的随访,结果显 示:MTHFR C677T的三种基因型CC、CT、1TI’, 在46例配偶受孕者中的频率分布为39.1%、 45.7%、15.2%,在59例配偶未孕者中的频率分 布为18.7%、54.2%、27.1%。T/'基因型患者一 年内不育的风险明显升高(OR=3.7,95%CI 1.4 ~10.4),因此认为MTHFR 6771TI’基因型是男性 不育显著的危险因素。这是目前国外为数不多的关 于MTHFR多态性与男性不育的前瞻性研究,国内 尚未见有关前瞻性研究报道。 国内外对于MTHFR A1298C多态性在男性不 育人群中的研究较少。Park等 、Lee等 、 Dhillon等 研究发现,男性不育组与正常人的 A1298C突变率比较差异无统计学意义。研究发现, 1298C等位基因在病例组和对照组中的频率分布比 较差异有统计学意义;CC基因型在正常人中的频 率为1.52%,而在特发性男性不育中高达9.09%, 提示1298CC可能是男性不育患者的风险因子。 目前有关MTHFR基因多态性与男性不育的相 关l生研究,结果尚不一致。可能与种族之间基因型 频率差异及各人群所在的环境及营养状况不同有 关,或是由于样本数目及实验对象选择的标准不同 影响造成。 3.2 MTHFR基因多态性导致男性不育的发生机 制 MTHFR基因多态性可能通过高Hcy血症引起 男性不育 J。Hcy在体内有两条代谢途径:①再 甲基化生成甲硫氨酸;②转硫基生成胱硫醚。Hey 再甲基化时由5.甲基四氢叶酸提供甲基,而MTH. FR正是催化5,10一亚甲基四氢叶酸转变成5.甲基 四氢叶酸的关键酶。研究表明,MTHFR活性降低 可体内Hcy向甲硫氨酸的转化,导致血浆Hcy 水平升高 。Hcy具有细胞毒性,可以使巯基氧 受损,影响生育功能。 MTHFR基因多态性还可能通过影响DNA甲基 化引起男性不育。精子发生是一个复杂的过程, DNA甲基化是其重要的机制之一。MTHFR通 过参与甲硫氨酸循环,为DNA甲基化提供甲基, 使基因正确表达,保证体内精子的正常发生。 Oakes等 应用5.氮杂.2一脱氧胞苷抑制小鼠的 DNA甲基化,发现小鼠睾丸中精子活力及受精能 力均明显降低。Chan等 建立MTHFR./.模型发 现,MTHFR敲除的BALB/c种类的雄性小鼠生长 发育迟滞、生精功能障碍以及不育,检测发现其精 子中印迹基因甲基化紊乱,进一步证明MTHFR基 因多态性可能通过影响甲基化过程导致精子发生障 碍。 4 MTHFR基因多态性与复发性自然流产 4.1 MTHFR基因多态性与复发性自然流产的相 关性 MTHFR基因多态性与复发性自然流产的相关 性早已备受关注。1999年Lissak等 ” 研究表明, MTHFR 677CT和 rr型孕妇发生复发性自然流产的 危险性分别是CC型孕妇的8.75倍和9.33倍。王 亚文等 研究了MTHFR基因多态性在夫妻间的 不同存在形式与复发性自然流产之间的关系。结果 显示,夫妻双方都是CT或TT基因型,其基因型 分布与流产发生的危险性增高高度相关(OR= 2.941,95%CI 1.062~8.133);夫妻双方有一人 是677CT或1vr,另一人为CC,其基因型分布与流 产发生的危险性无关联(OR=0.819,95% 0.32—2.094);夫妻双方都是677CC,其基因型分 布与发生流产的危险性降低高度相关(OR= 0.188,95%C1 0.045~0.76]。提示子代携带 MTHFR 677CT或1Tr可能是胚胎早期发育异常的原 因之一,导致流产的发生。Zetterberg_3 的研究结 果同样表明胎儿MTHFR基因突变会导致自然流产 危险系数的增高,说明复发性自然流产可能与母亲 新医学2012年7月第43卷第7期 513 和胎儿基因之间的相互作用有关。这种基因之间的 协同作用对复发性自然流产病因学的影响逐渐成为 研究焦点。 4.2 MTHFR基因多态性导致复发性自然流产的 发生机制 酶及叶酸与先天性心脏病的关系[J].中国全科医 学,2005,8(18):1551—1553. [6] 左金玲,易建平,陈宝丽.妊娠高血压综合征基因 遗传学研究进展[J].中国妇幼保健,2011,26 (24):3822—3824. 导致复发性自然流产发生的机制可能有以下两 [7] GOYE rrE P,FROSST P,ROSENBLATF D S.et a1. Seven novel mutations in the methylenetetrahydrofolate reductase gene and genotype/phenol type correlations in severe methylenetetrahydrofolate reductase deficiency 个方面:①妊娠期孕妇血液处于高凝状态,胎盘 部位血管网络内血栓的形成可导致流产、妊娠期高 血压疾病等病理妊娠,因而凝血机制在复发性自然 [J].Am J Hum Genet,1995,56(5):1052—1059. 流产中的作用备受关注。MTHFR是常见的凝血相 关基因,677位点的突变使酶活性降低,体内Hcy 水平升高,从而引发高Hey血症,引起胎盘栓塞, 导致发生复发性自然流产。②MTHFR在叶酸代 谢、甲基供体生成和核苷酸重新合成过程中起重要 作用。叶酸代谢异常可诱导DNA甲基化的正常模 式发生畸变,进而将可能导致低效的DNA复制和 修复。由于突变使得体内叶酸缺乏,胎盘组织中的 MTHFR活性下降,引起胎儿生长发育必需的生物 成分DNA出现甲基化不足,并且DNA合成和修复 过程发生障碍,导致复发性自然流产 。 5小 结 MTHFR基因多态性存在地区和人种的差异, 其与不孕不育症的关系及作用机制仍有待进行多中 心、大样本的人群调查,以及长期的前瞻性研究。 自2008年起,中国疾病预防控制中心妇幼保健中 心在全国妇幼保健系统推广实施妇幼分子遗传医学 检验项目,其中的叶酸代谢障碍遗传检验通过检测 MTHFR C677T和A1298C的基因多态性,为开展 不孕不育的遗传病病因学研究以及辅助性病因诊断 提供了技术手段,为不孕不育症的临床干预和治疗 提供了指导。 [参考文献] [1]李博,兰风华.精子特异性表达基因的遗传多态性 与男性不育[J].中华男科学杂志,2008,14(4): 360—363. [2] 陈芳,郑红,许予明.亚甲基四氢叶酸还原酶基因 多态性与缺血性卒中[J].国际脑血管病杂志, 2008,16(11):870—875. [3] 保睿,吴建新.人类神经管缺陷分子遗传学研究进 展[J].中国优生与遗传杂志,2009,17(5):1-4. [4] 王苏梅,王建华,贾颐舫,等.山东地区非综合征性 唇腭裂患者MTHFR基因C677T的多态性研究[J]. 中国优生与遗传杂志,2011,19(5):6-8. [5] 石建,李芬.同型半胱氨酸、亚甲基四氢叶酸还原 [8] WEISBERG I,TRAN P,CHRISTENSEN B,et a1.A second genetic polymorphism in methylenetetrahydrofo- late reduetase(MTHFR)assoiated with decreased en— zyme activity[J].Mol Genet Metab,1998,64(3): 169—172. [9] ROBIEN K,ULRICH C M.5,10-Methylenetetrahydro- folate reductase polymorphisms and leukemia risk:a HuGE minireview[J].Am J Epidemiol,2003,157 (7):571-582. [10] CHEN Z,KARAPLIS A C,ACKERMAN S L,et a1. Mice deficient in methylenetetrahydrofolate reductase ex— hibit hyperhomocysteinemia and decreased ethylation ca- pacity,with neuropathology and aortic lipid deposition [J].Hum Mol Genet,2001,10(5):433 3. [11] KELLY T L,NEAGA O R,SCHWAHN B C,et a1.In— fertility in 5,10一methylenetetrahydrofolate reductase (MTHFR)-deficient male mice is partiMly alleviated by li ̄time dietary betaine supplementation[J].Biol Reprod,2005,72(3):667-677. [12] SINGH K,SINGH S K,SAH R,et a1.Mutation C677T in the methylenetetrahydrofolate reductase gene is a88o— ciated with male infertility in an Indian population[J]. Int J Androl,2005,28(2):115-119. [13] LEE H C,JEONG Y M,LEE S H,et a1.Association study of four polymorphisms in three folate-related en・ zyme genes with non—obstructive male infertility[J]. Hum Reprod,2006,21(12):3162-3170. [14] 邱晓峰,胡小平,李元杰,等.宁夏地区汉族MTH・ FR基因C677T多态性与男性无精和严重少弱精的 相关性分析[J].宁夏医科大学学报,2011,33 (7):625—628. [15] A Z C,YANG Y,ZHANG S Z,et a1.Single nucleotide polymorphism C677T in the methylenetetrahydrofolate reduetase gene might be a genetic risk factor for infertil— ity for Chinese men with azoospermia or severe oligozo— ospermia[J].Asian J Androl,2007,9(1):57-62. [16] 孙赫彤,张家颖,陆艳娟.亚甲基四氢叶酸还原酶 基因C677T多态性与男性不育的相关性[J].生殖 514 与避孕,2007,27(7):443 6. 新医学2012年7月第43卷第7期 and 1298A>C)polymorphisms and haplotypes with si— lent brain ifarctinon and homocysteine levels in a Korean [17] 杨本海,彭弋峰,皮静萍.亚甲基四氢叶酸还原酶 基因677c—T多态性与皖南地区汉人弱精症的关联 population[J].Yonsei Med J,2010,51(2):253— 260. 性[J].皖南医学院学报,2010,29(1):5—7. [18]EBISCH I M,VAN HEERDE W L,THOMAS C M,et a1.C677T methylenetetrahydrofolate reductase polymor- phism interferes with the effects of folie acid and zinc [26] AGARWAL A,MAKKER K,SHARMA R.Clinical rel— evance of oxidative stress in male factor ifertinlity:an update[J].Am J Reprod Immunol,2008,59(1):2— 11. sulfate on sperm concentration[J].Fertil Steril,2003, 80(5):1190-1194. [27] ROSSATO M.A genetic polymorphism and male fertility [J].Fertil Steril,2004,81(5):1429—1430. [19]STUPPIA L,GATYA V,SCARCIOLLA O,et a1.The methylenetethrahydrofolate reductase(MTHFR)C677T polymorphism and male infertility in Italy[J].J Endo— erinol Invest,2003,26(7):620-622. [20] RAVEL C,CHANTOT—BASTARAUD S,CHALMEY C, et a1.Lack of association between genetic polymor— phisms in enzymes associated with folatemetabolism and unexplained reduced sperm counts[J].PLoS One, 2009,4(8):e6540. l21 PARACCHINI V,GARTE S,TATOLI E.MTHFR C677T polymorphism,GSTM1 deletion and male infer— tility:A possible suggestion of a gene—gene interaction.9 [J].Biomarkers,2006,11(1):53-60. [22]PARK J H,LEE H C,JEONG Y M,et a1.MTHFR C677T polymorphism associates with unexplained infer- tile male factors[J].J Assist Reprod Genet,2005,22 (9—10):361—368. [23]DHILLON V S,SHAHID M,HUSAIN S A.Associa— tions of MTHFR DNMT3b 4977 bp deletion in mtDNA and GSTM1 deletion,and aberrant CpG island hyperm・ ethylation of GSTM1 in non・-obstructive infertility in In・・ dian men[J].Mol Hum Reprod,2007,13(4):213— 222. [24] 刘玲.亚甲基四氢叶酸还原酶及甲硫氨酸合成酶基 因多态性与男性不育[J].国际生殖健康计划生育杂 志,2011,30(3),222-225. [25]HAN I B,KIM 0 J,AHN J Y,et a1.Association of methylenetetrahydrofolate reductase(MTHFR 677C>T [28]OAKES C C,KELLY T L,ROBAIRE B,et a1.Ad— verse effects of 5-aza-2’一deoxycytidine on spermatogene— sis include reduced sperm function and selective inhibi— tion of de novo DNA methylation[J].J Pharmacol Exp Ther,2007,322(3):1171—1180. [29] CHAN D,CUSHNIE D W,NEAGA 0 R,et a1.Strain— speciifc defects in testicular development and sperm epi— genetic patterns in 5.10一methylenetetrahydrofolate re— ductase—deficient mice[J].Endoerinolgy,2010,151 (7):3363—3373. [30]LISSAK A,SHARON A,FRUCHTER S,et a1.Poly— morphism for mutation of cytocine to thymine at location 677 in the methylenetetrahydorfolate reductase gene is associate with recurrent early fetal loss『J].Obstet Gy— neeol,1999,181(2):126-129. [31] 王亚文,李芬,李义平,等.夫妻配对MTHFR基因 型分布与不明原因反复流产的关系[J].西安交通大 学学报(医学版),2002,23(4):357—359. [32] ZETTERBERG H.Methylenetetrahydrofolate reduetase and transcobalamin genetic polymorphisms in humans pontaneous abortion:biological and clinical implications [J].Repord Biol Endocrinol,2004,2(1):7—14. [33]宋绿茵,戚潜辉,佘达贤,等.同型半胱氨酸代谢相 关酶基因多态性与习惯性流产关系的研究[J].中华 围产医学杂志,2005,8(3):160—164. (收稿日期:2012-03-02;编辑:文轩)