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叶酸与神经变性疾病相关性研究进展
时间:2019-06-24 14:37    作者: 蓝海    浏览:

        神经变性疾病是一种常见于中老年人的神经退行性病变,包括阿尔茨海默病 ( Alzheimer dis-ease,AD) 、帕金森病( Parkinson's disease,PD ) 、肌萎缩侧索硬化 ( Amyotrophic lateral sclerosis, ALS ) 、多系统萎缩 ( Multiple system atrophy, MSA) 等。我国中老年人的生活质量已经受到上述疾病的严重影响,且随着每年患病人数的增加,受影响人群有扩大化趋势。维生素 B 复合体包含至少 10 余种维生素,叶酸作为其中之一,是一碳物质代谢 ( One-carbon metabolism,OCM ) 过程的辅助因子。缺乏叶酸会影响体内多种物质的合成与代谢,进而引起相关疾病的发生。

 

叶酸的作用及代谢障碍原因

       
       叶酸的作用及代谢途径 

       叶酸在保持神经细胞可塑性和维持神经元的完整性方面起重要作用。细胞能够通过两种独立机制获取叶酸:其一,叶酸受体是一种糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白,与叶酸亲和力强,能够通过内吞作用将叶酸转移进入细胞。此外,叶酸载体是一种具有跨膜运输作用的蛋白,可以与 5-亚甲基四氢叶酸还原酶(5-meth-ylene tetrahydrofolate dehydrogenase,5-MTHF ) 及叶酸结合 。叶酸受体及载体的功能与细胞对叶酸的需求量有关。在生物体内,叶酸能够通过促进高反应的含硫氨基酸,即同型半胱氨酸产生蛋氨酸参与蛋氨酸循环途径,随后转变为 S-腺苷甲硫氨酸( SAM ) 。而 SAM 能够为体内大多数物质生物合成代谢过程中进行的甲基化反应提供甲基。因此,生物酶、DNA、同型半胱氨酸等物质的甲基化过程均受叶酸水平影响 。

 



 

       叶酸代谢障碍的原因 

       有研究表明,遗传代谢与外界环境因素可共同导致人体内叶酸水平降低。其中,遗传因素主要指叶酸代谢过程中合成相关生物酶的基因缺陷,包括 5,10-亚甲基四氢叶酸还原酶 ( Methylene tetrahydrofolate reductase,MTHFR) C677T 位点以及 5,10-亚甲基四氢叶酸脱氢酶-Ⅰ( Methylene tetrahydrofolate dehydrogen-ase 1,MTHFD1) 基因突变,基因突变能够引起 5-MTHF 异常代谢而导致体内叶酸减少,其中以MTHFR 位点突变较为常见。由于地域差异,部分人口膳食结构的不均衡导致体内叶酸水平降低属于环境因素。除此之外,诸如恶性肿瘤、血液系统或消化系统疾病、内分泌激素水平改变等因素也能够引起叶酸水平降低。

 

叶酸与神经变性疾病相关性

 

       有学者通过流行病学研究提出,一碳物质代谢紊乱与神经变性疾病及神经精神类疾病有关,如神经管缺陷、阿尔茨海默病和帕金森病及其并发的痴呆或抑郁等心理疾病。叶酸作为 OCM 的辅助因子,具有促进中枢神经细胞增殖的作用,所产生的效果与使用剂量及使用时间有关 。此外,叶酸能够通过防止神经细胞凋亡,发挥神经保护作用。有学者发现,miRNA是参与细胞基因表达的重要调控因子,其中 miR-19 与调节细胞凋亡过程密切相关。叶酸通过防止 miR-19 下调以及介导 miR-19 下游相关蛋白 PTEN /AKT /p53 途径,保护神经细胞,减少凋亡。Nachum 等研究表明,叶酸缺乏能够削弱 γ 胱硫醚酶活性及其营养神经细胞的作用,体内许多神经、血管缺陷均可以由此过程引发,而在中枢神经系统内反应最为明显。

 

       叶酸与 AD 的相关性  

       有研究发现,韩国老年人群中轻度认知功能障碍患者体内叶酸水平较正常人偏低。意大利学者通过对 378 例晚发型AD 患者及 308 例健康者血叶酸水平对比研究得出结论,晚发型 AD 组患者体内血清叶酸水平较对照组明显降低。有欧洲研究人员提出,叶酸水平降低可能反映与认知功能障碍发病主要相关因素的改变,而与疾病发生无直接关系。然而,澳洲学者通过对 211 例 AD、133 例轻度认知功能障碍患者与 768 例健康对照组间叶酸水平的差异性的研究,提出 AD 患者体内红细胞叶酸水平较健康者明显减少,而血清叶酸水平无显著差异,提示红细胞内叶酸水平升高与长期情景记忆力减退有关。近来有研究表明,影响DNA甲基转移酶(DNA methyltransferase,DNMT ) 活性能够调节DNA 甲基化,而 DNMT 活性与近期记忆力的形成以及远期记忆力的维持均存在一定关系。然而,尸检结果提示,AD 患者海马区存在 DNA 甲基化的普遍下降。有学者通过对大鼠神经元细胞的研究发现,叶酸能够刺激 DNMT 基因及有关蛋白表达,增强 DNMT 活性。除此之外,叶酸还能够减少Aβ 蛋白产生,减慢 AD 的进展。

 



 

        叶酸与 PD 的相关性 

        亚洲学者研究发现,叶酸降低能够增加PD 患者的发病风险。然而,有学者通过比较土耳其当地33例男性及27例女性原发性帕金森病患者与 22 例男性及 20 例女性健康对照组血化验结果,提出 PD 患者叶酸水平与健康人群之间不存在显著差异。然而。叶酸缺乏所产生的高同型半胱氨酸血症,会对多巴胺能神经元产生毒性作用,加速PD 进展。Mancini等通过对 150 例帕金森病患者的研究发现,伴有叶酸缺乏的 PD 患者罹患周围神经病的比例明显升高,这可能与维生素缺乏导致的神经脱髓鞘性变性有关。

 

       叶酸与 ALS 的相关性  

       在Zoccolella 等校正了年龄、性别等影响因素后,对 62 例 ALS 患者和 88 例健康人群进行了对照研究,结果 ALS 组叶酸水平显著降低。有亚洲学者通过检测 150 例确诊或疑诊的 ALS 患者和130例健康对照者血叶酸水平,发现 ALS 组叶酸水平显著降低。

 

 

叶酸缺乏导致神经变性的机制

       
       叶酸缺乏与神经细胞凋亡及 DNA 损伤

       从细胞水平角度来看,叶酸缺乏及其继发的高同型半胱氨酸血症能够在体内产生多种有害反应,包括诱导 DNA 损伤以及 DNA 甲基化变异。叶酸在合成胸腺苷中尤为重要。叶酸缺乏会导致脱氧胸嘧啶 ( Deoxy-thymidine triphosphate,dTTP) 减少,而脱氧尿嘧啶 ( Deoxy-uracil triphosphate,dUTP)增多。dUTP 将引起尿嘧啶在 S 期错误插入DNA,进而近期细胞凋亡。此外,叶酸缺乏能够使体内 DNA 低甲基化以及蛋白磷酸化,主要引起细胞核苷启动子区 DNA 及 β 淀粉样物质、Tau蛋白等物质改变,进而导致神经系统变性疾病。

 

        叶酸缺乏与氧化应激及线粒体损伤 

        低叶酸水平和高同型半胱氨酸还能够增加体内氧化反应的发生,导致兴奋性氨基酸中毒和线粒体功能。有研究表明,PD障碍,进一步引起细胞凋亡患者的黑质神经元易受到氧化应激反应的攻击,从而发生变性 。叶酸缺乏能够引起神经元细胞内氧自由基( Reactive oxygen species,ROS ) 累积,Ca2 + 内流增多,进而影响神经元细胞代谢,引起细胞凋亡。叶酸与 mtDNA 合成及同型半胱氨酸 ( Homocysteine,Hcy) 浓度有关。线粒体为细胞有氧代谢提供能量,同时也容易受到氧化应激反应的影响。叶酸能够为线粒体 DNA 提供甲基来源,修复线粒体损伤,维护其功能。在细胞生存方面起重要作用,因此,在老化过程中可能也发挥重要作用。在小鼠中,所谓的“线粒体突变亚型”平均寿命变短,早期出现老化相关表现,例如体重减轻、皮下脂肪减少、头发脱落、骨质疏松以及生育,能力下降 。不同机制诱导的组蛋白缺乏 氧化应激电子传递链阻断以及 DNA 修复酶缺乏均为小鼠线粒体较高突变率的影响因素。实验证实,随着年龄增长,线粒体 DNA 缺失及突变增多,但在增加叶酸摄取的老龄动物体内该趋势有所减少 。

 
 



 

       近期有研究表明,发生在中老年人的神经退行性疾病和氧化应激攻击线粒体引起的功能减退有关。有实验证实,1-甲基-4-苯基 1,2,3,6-四氢吡啶( MPTP)   在脑内经单胺氧化酶 B ( MAO-B)催化转变为强毒性的 1-甲基-4-苯基-吡啶离子( MPP + ) 。MPP + 对多巴胺能神经元发挥毒性作用,多巴胺转运体( DAT   ) 选择性地将其摄入多巴胺能神经元内 抑制线粒体呼吸链复合物Ⅰ活性阻断 NADH 氧化磷酸化系统,使 ATP 生成减少,影响脑组织的能量供给,导致多巴胺能神经元变性、丢失,引发帕金森病,严重时可造成脑死亡。叶酸缺乏可加剧 MPTP 造成的多巴胺能神经元减少,同时可使体外培养的人多巴胺能神经元对鱼藤酮、铁离子的毒性作用变得更为敏感,提示叶酸降低能够增加神经元对各种毒素的敏感性,从而破坏多巴胺能神经元。


 

补充叶酸与神经保护治疗

 

        叶酸参与线粒体 DNA 的合成,进而影响中枢神经细胞的生长发育、功能和损伤修复等诸多过程。叶酸缺乏能够提高神经元对毒物的敏感性,加剧 MPTP 和鱼藤酮对多巴胺能神经元的毒性作用,使多巴胺能神经元破坏程度进一步加重,进而引起或加重帕金森病的病情。大多数哺乳动物自身不能合成叶酸,人类也不例外,因此,我们只能通过增加叶酸摄取量来提升体内叶酸水平。有学者通过对 PD 大鼠模型的实验研究发现,食物中叶酸缺乏会导致大鼠对多巴胺能神经元受 MPTP 的毒害作用尤其敏感,大鼠的运动能力显著下降,而补充叶酸的大鼠运动能力受影响程度较轻。除此之外,Graeber 等也通过动物实验研究证实,饲喂富含叶酸食物的 PD 大鼠模型病情进展较慢,服用叶酸或维生素 B 复合物能起到抗帕金森病作用。有研究通过观察临床中予叶酸降低或同型半胱氨酸升高的 PD 患者进行补充叶酸治疗,患者运动、非运动症状较前均有所改善 。在 7 项长达2 ~ 5. 4 年不等的相关随机对照试验中,有 6 项研究发现低叶酸水平患者补充叶酸后认知功能障碍较前改善。临床工作中检验血叶酸值简单易行,化验结果低于参考范围水平时,即可以口服叶酸予以纠正,进而避免叶酸缺乏继发产生的氧化应激、线粒体 DNA 损伤等病理过程而导致中枢神经细胞损伤。已证实补充叶酸可以在一定程度上延缓帕金森病的进展。此外,叶酸片价格低廉,易于被大众接受。

 

小结

 

       叶酸水平降低可以导致体内线粒体易于受到氧化应激反应的攻击破坏,从而导致细胞能量供给匮乏,严重者甚至发生细胞变性及死亡。已有大量动物及临床试验从不同角度向我们证实 AD发生发展与叶酸水平降低有关。

 

       PD作为神经变性病之一,虽然临床表现与AD 不同,但是疾病产生的本质均为由于遗传或环境因素导致的中枢神经细胞变性或死亡 。并且,有动物实验证实,叶酸水平降低可使多巴胺能神经元受 MPTP 影响的效果更加明显。因此,PD疾病的发生以及病情发展与生物体内叶酸水平降低间可能存在一定联系。然而,目前国外研究表明,不同人种之间,叶酸水平降低对 PD 作用程度不同。我国少有大样本临床研究叶酸水平与PD 之间的相关性。目前国内外研究对叶酸与帕金森病发生、发展是否相关尚存在争议,需要大样本临床研究及随访调查进一步证实叶酸对帕金森疾病的意义,进一步指导帕金森病的临床评估及治疗。

 

        肌萎缩侧索硬化症是运动神经元类疾病中为数不多的常于 45 岁以上起病的疾病。本病临床症状普遍进展较快,患者常常最终因呼吸肌麻痹或并发呼吸道感染而死亡。由于本病预后恶性程度高,长期随访率低,相关研究少,入组患者数量有限,且尚无动物实验支持,有关结论待进一步研究证实。

 

       总之,叶酸与神经变性病之间关系复杂。细胞学角度已经证明叶酸水平降低能够继发神经细胞功能障碍,甚至变性死亡。然而,仍需大量动物实验以及大样本、多中心的临床研究进一步证实叶酸与神经变性病的相关性。随着人们研究的深入以及现代科学技术的发展,希望逐渐明确二者之间的关系,进一步指导疾病的治疗,改善预后。



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