叶酸代谢遗传检测的意义

小丫

近年来，不育不孕与新生儿出生缺陷发生率呈逐年上升趋势，引起了医疗及政府相关部门的高度重视。中国疾病预防控制中心妇幼保健中心于2007年先后三次向全国妇幼保健院发出关于开展“妇幼保健遗传检测服务项目”的函，特别强调：“随着人类基因组计划和国际人类基因组单体型图计划的完成，在发达国家基因检测技术也逐渐成为健康医疗体系中的一部分，并已证明能有效降低个人患病风险，同时节约医疗开支”。同时指出：“为了提升妇幼保健服务的技术含量，将最新的预防检测技术及时应用于妇幼保健服务。”首期推出了以“孕期叶酸需求遗传检测”为代表的15项“妇幼保健遗传检测服务项目”。卫生部于2009年6月发出了关于《增补叶酸预防神经管缺陷项目管理方案》的通知，进一步加大了预防新生儿出生缺陷宣传和管理力度，对各级卫生部门提出了具体要求。

叶酸缺乏是导致新生儿出生缺陷的主要原因。导致机体缺乏叶酸有两个方面的原因：一是叶酸摄入量不足，二是由于遗传（基因）缺陷导致机体对叶酸的利用能力低下（叶酸代谢通路障碍）。
( ~& s" z8 E8 C# F  D1 l/ A2 [9 _5 u科学研究证明，通过基因检测技术手段，对人体MTHFR基因及MTRR基因做检测，可以及早发现不同个体对叶酸的吸收利用水平，从而筛查出容易引起叶酸缺乏的高危人群，实现个性化增补叶酸（因人而异地确切给出叶酸补充计划和补充量），从而增强叶酸补充依从性，同时加强产前检查，以降低新生儿出生缺陷风险。
而现实生活中，有超过50%的女性是在无意中受孕的。当知道受孕后，增补叶酸的关键期往往已滞后了2-3个月，不利于胎儿神经管缺陷的有效预防。从另一方面，，叶酸增补不应仅仅局限在女性，男性补充叶酸有着同等重要的意义。科学研究证明，男性体内缺乏叶酸，会导致精子质量降低，精液中精子携带的染色体数量异常，引起新生儿出生缺陷。机体叶酸水平低下，也是引起不育不孕、自发性流产的重要原因之一。因此，新婚夫妇准备怀孕前，至少应该做一项“孕期叶酸需求（女性）”及“高同型半胱氨酸血症（男性）”的基因检测，这样更有利于优孕。
4 m$ b, I0 |3 y附：叶酸代谢能力（孕期叶酸需求/高同型半胱氨酸血症）遗传检测项目简介
9 k) |2 c. |& B3 G# H+ j, |- e一、项目概述及背景
! f+ g; Z5 D* _) C中国是世界上出生缺陷的高发国家之一，每年的出生缺陷儿数量约占全世界的２０％。中国政府批准，从2005年开始，每年9月12日是我国“预防出生缺陷日”。据中国疾病预防控制中心统计资料显示，我国是新生儿出生缺陷的高发国家，每年有80万—120万名出生缺陷儿，平均每30秒就有一名缺陷儿出生。其中，除20%—30%患儿经早期诊断和治疗可以获得较好生活质量外，30%—40%患儿在出生后死亡，约40%将成为终身残疾。这意味着每年将有40万家庭被卷入终生痛苦的漩涡中。
资料显示，四川省每年约有超过4万名的出生缺陷患儿，并呈逐年增长趋势。
国家计生委副主任江帆说：“我国每年出生缺陷患儿的治疗费用高达数百亿元，维持最基本生活费用高达数百亿元，给国家造成的间接费用约数千亿元”。更为引人关注的是，尽管国家花费巨大投入积极采取预防措施，但近年来全国出生缺陷率有增无减，上升趋势十分明显
; k" \. X3 F" R中国优生科学协会副会长、北京大学人口研究所所长郑晓瑛介绍，我国常见的出生缺陷有神经管畸形、先天性心脏病、唇腭裂、尿道下裂等。出生缺陷的发生原因十分复杂，有些还不为人类所认识，但主要是遗传因素、环境因素或二者的共同作用。郑晓瑛进一步指出：“我国是全球神经管畸形高发国家，最常见的就是脊柱裂儿和无脑儿，原因是母体叶酸缺乏。中国育龄妇女体内叶酸缺乏较普遍，每3个育龄妇女就有一人缺乏叶酸。”
; w1 o! h. Z2 w5 R叶酸属B族维生素，是合成核酸所必须的元素，是细胞生长和组织修复所必需的物质，更是胚胎发育过程中不可缺少的营养素。近年来大量研究已经证实，叶酸缺乏是导致出生缺陷的主要原因。叶酸的临床功能除了预防胎儿神经管缺陷外，还能降低孕妇妊娠高血压、自发性流产和胎儿宫内发育迟缓、早产以及新生儿低出生体重等发病率。
科学研究发现，叶酸利用能力受遗传结构（基因）影响，如果与叶酸代谢相关的酶活性偏低（即相关基因功能异常），这一人群如按常量（400微克/天）补充叶酸，机体叶酸水平也会不足。遗传体质的差异导致了机体对叶酸利用能力的差异，因此，叶酸增补应因人而异，增补过多或过少都不利于胎儿健康和孕妇健康。随着生命科学技术的发展，叶酸利用能力基因检测与风险评估于2008年即已被中国疾病预防控制中心妇幼保健中心列为临床应用指南（参见《妇幼保健医疗临床遗传检测项目资料汇编》第六卷临床应用指南之二十一《叶酸利用能力》）。这一崭新的生命科学技术成果近两年来已在国内部分妇幼保健院取得较大成效，为个体化（差异化）增补叶酸、预防新生儿出生缺陷提供了更高水平的科学手段和临床依据。
但是，在临床应用中发现一个普遍存在的问题，即50%以上的孕妇是在无意中怀孕的，增补叶酸的时间往往滞后至少2~3个月（怀孕前三个月即应开始增补叶酸），错过了补充叶酸的关键时期，不利于预防胎儿神经管缺陷。因此，应该提倡叶酸增补从新婚开始（在发达国家，新婚期即开始了叶酸的增补）。
男性增补叶酸对优生有着同等重要的意义。科学研究进一步表明，叶酸摄入不足，男性机体叶酸水平偏低，主要会导致两方面的不良后果：一是精子密度低、活性下降、勃起功能减弱，二是精液中携带的染色体数量异常（过多或过少，即精子中出现“非整倍体”），引起唐氏综合症或流产。
# h7 K: D5 m& J4 u% x' l% F综上所述，通过最先进的科学手段检测每对新婚夫妇对叶酸的利用能力，不仅可以实现个性化增补叶酸，还可以增强新婚夫妇增补叶酸的意识和依从性，从而更有效地降低新生儿出生缺陷风险。
二、研究成果介绍
科学研究证实并且机理研究清楚的与甲基类维生素（叶酸及维生素B12）代谢密切相关的基因是MTHFR和MTRR。5,10-亚甲基四氢叶酸还原酶（MTHFR）、甲硫氨酸合成酶还原酶（MTRR）等基因变异引起的相应的酶活性降低可阻抑同型半胱氨酸转化为甲硫氨酸，导致低叶酸血症和高同型半胱氨酸血症，从而增加新生儿出生缺陷风险或自发性流产等风险。

1、MTHFR基因
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1.1 基因简介
$ h3 v  p& w& ]6 G6 ]MTHFR全称5,10-methylenetetrahydrofolatereductase（5,10-亚甲基四氢叶酸还原酶），位于一号染色体lp36.3位置。MTHFE全长19.3kb，mRNA全长7105bp，共有外显子12个，编码共有657个氨基酸编码子的蛋白。
% T$ H, Y0 j0 @% s
1.2 基因分子生物学功能
亚甲基四氢叶酸还原酶催化5,10-亚甲基四氢叶酸转换成5-甲基四氢叶酸盐，使之能为同型半胱氨酸提供甲基甲硫氨酸。该酶是人体叶酸代谢中的一个十分重要的酶。
9 v9 V0 ^4 n  D1 t8 }7 ]
2 X) p5 |5 a! v# T9 m4 a1.3 基因与疾病
3 ]/ v1 }: Q& z0 s叶酸及其代谢中间产物在机体生理生化反应中具有重要作用，一旦机体发生叶酸缺陷或者叶酸代谢酶的缺陷，就会导致细胞周期不正常，DNA、蛋白质甲基化反应异常、DNA碱基无法正常合成等多种生化反应异常，从而直接或间接地导致新生儿或胎儿神经管缺陷以及成年人的癌症、心血管疾病的发生。

1.4 基因多态性位点
rs1801131

1.4.1 概述
rs1801131是位于第一号染色体MTHFR基因第八个外显子上第1298（1337）核苷酸的一个A/C多态，引起MTHFR基因编码的蛋白质第429个氨基酸由Glu变为Ala。在世界人群中的该多态的频率分布，A占77%，C占23%。中国人群中的分布A占81%，C为19%。
1 Y9 j& g0 a! P0 A- T
: z4 a- x* _6 s/ Q. g1.4.2功能
研究发现，rs1801131位点的多态性是影响该酶的活性的一个重要因素。携带MTHFR 1298C等基因的酶活性为野生型的68%左右，因而阻碍了叶酸代谢，引起一系列疾病发病风险增加。
1 ~% S6 d& m& F5 e2 K$ k( }rs1801133

6 W# q4 I7 N0 U: s3 t8 F( f1.4.3 概述
rs1801133是位于第一号染色体MTHFR基因第五个外显子上的716（677）位mRNA上一个C/T多态，引起MTHFR基因编码的蛋白质第222个氨基酸由Ala（A）变为Val（V）。在世界人群中的该多态的频率分布，A占78%，T占22%。中国人群中的分布A占67%，C为34%。

1 K+ x$ ^: V/ [+ t1.4.4 功能
研究发现，MTHFR 677位点的多态性是影响该酶活性的一个重要因素，导致酶活性和热稳定性下降。若以个体携带677CC基因型时其MTHFR活性为100%，携带CT基因型的活性则为CC的71%，基因型为TT型的只有34%。

+ p- S5 g# Y$ n1 y& v) P% B; X1 o1 o2、MTRR基因   
1 _& R7 ?0 q. ^( o
2.1 基因简介
MTRR全称5-methyltetrahydrofolate-homocysteinemethyltransferase reductase,编码甲硫氨酸合成酶还原酶，位于5p15.3-p15.2。MTRR基因全长32021 kb，mRNA全长3274bp，共有15个外显子，编码具有726个氨基酸的蛋白质。
; ]. T5 ]; R" G8 a& ~- \
2.2基因分子生物学功能
甲硫氨酸是蛋白质合成和一碳代谢的必须氨基酸，它的合成是由甲硫氨酸合酶（MTR编码）催化的，而甲硫氨酸合酶因为辅助因子维生素B12被氧化而最终失活。MTRR编码的甲硫氨酸合成酶还原酶能够通过还原型甲基化作用重新生成具有功能活性的甲硫氨酸合酶。
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甲硫氨酸合成酶还原酶是具有电子转移作用的铁氧化还原蛋白-NADP（+）还原酶（ferredoxin-NADP（+）reductase，FNR）家族成员。

MTRR突变是造成叶酸/甲基维生素缺乏症的主要病因。主要突变型有122M(A66G)、S175L、其它一些片段插入缺失和点突变。其中A66G是最主要和研究最多的突变。
+ O! ?" W& s) I9 a; s7 @* ~
6 L1 {5 b0 y; ~+ x$ }2.3 基因与疾病
MTRR突变是造成叶酸/甲基维生素缺乏症的主要病因，也是同型半胱氨酸、叶酸代谢异常的主要原因之一。而同型半胱氨酸、叶酸代谢与许多疾病（Down综合症-先天愚型、神经管疾病、心血管疾病等）相关，因此MTRR突变被认为是这些疾病的高风险因素。
8 Q% f. u2 U, M' W  j7 d
: x3 L6 p: V& O5 ^2.4 基因多态性位点
1 N# T3 J3 x% H  E, ~9 q2.4.1 概述
* f' ?% ?: U! u4 m; `9 O4 K7 }% hrs1801394是位于5p15.3-p15.2之间的MTRR基因第2个外显子处的一个A/G多态，引起MTRR基因编码的蛋白第22个氨基酸由Ile变为Met（Ile22Met）。在dbSNP数据库中，世界人群中的该多态的频率分布为，A占57.4%，G占42.6%左右。在中国人群中该多态的频率分布为：A占76%，G占24%左右。
* \3 t" U0 m4 C0 A0 z8 H$ R1 K
2.4.2 功能
0 j7 F/ v; }( ?4 F: [5 O3 xrs1801394位点是MTRR上的主要突变，引起甲基维生素缺乏症，并经常用来研究与脊柱裂、Down综合症、神经管缺陷、白血病等疾病的关系。

3、叶酸利用能力遗传检测项目涉及的基因及位点

叶酸利用能力遗传（基因）检测是生命科学研究成果的转化应用。叶酸利用能力遗传检测项目涉及的基因及位点如下表所示：
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4、风险分级

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) \2 _7 L8 \  Z9 `) m* v$ ? 综上所述，对MTHFR基因、MTRR基因及其相关位点的检测，可以直接发现被检测者叶酸代谢方面的遗传缺陷（即叶酸的利用能力），从而根据风险高低（相关代谢酶的活性程度）建议更准确的补充剂量。如由中国疾病预防控制中心妇幼保健中心组织的孕期叶酸利用能力检测所提供的增补参考量：
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3 H6 n" t+ H' y! ]1 f1 O! L  [# }男性叶酸增补方法及注意事项
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特别提示：对叶酸的增补剂量并非越多越好。大量研究发现，过量补充叶酸会导致以下不良后果：
5 n( E: N' E7 q( s) d1、导致体内锌缺乏。锌是多种酶的活化剂，因此，孕母过量补充会导致胎儿生长缓慢，出生体重过低。男性过量补充反而会导致男性精子活性降低。
' j4 P8 X' ^) [2、掩盖维生素B12缺乏。
3、增加结肠腺瘤病变风险。