叶酸代谢基因检测对于叶酸个性化营养干预的指导意义

前言

叶酸属于水溶性B族维生素之一，是人体必不可少的营养物质，其缺乏与高同型半胱氨酸血症、出生缺陷、巨幼红细胞性贫血等有关。为避免叶酸缺乏，根据《中国居民膳食指南2016》，成人一般应保证每天400μg叶酸的摄取，孕妇在此基础上每天增加200μg[1]。然而，近年来随着人们对叶酸代谢过程的研究深入，发现人体内叶酸代谢能力受叶酸代谢酶基因多态性的影响，基因突变可降低叶酸代谢酶活性，造成人体叶酸利用率降低。因此，应依据个人自身的叶酸代谢能力调整叶酸的摄取量和摄取方式。

一、叶酸的生理功能

叶酸化学名称为碟酰单谷氨酸，因首次由菠菜叶中提取得到而被命名。其主要生理作用是作为体内生化反应中一碳单位转移酶系的辅酶，起着一碳单位传递体的作用，参与体内众多生化过程。人体若缺乏叶酸，则影响核酸和蛋白质合成、降低DHA甲基化水平、引起同型半胱氨酸代谢障碍[2]。

同型半胱氨酸是蛋氨酸代谢中间产物，但不参与蛋白质合成，其接受来自5-甲基四氢叶酸的1个甲基形成蛋氨酸。若缺乏叶酸，会引起同型半胱氨酸向蛋氨酸的转化效率降低，增加体内同型半管氨酸水平，而高浓度的同型半胱氨酸会增加成人心、脑血管疾病、肿瘤患病风险。

并且，叶酸缺乏也是造成不良妊娠结局的危险因素之一。胚胎在母体中发育至3-4周时神经管闭合，缺乏叶酸会导致神经管畸形，表现为脊柱裂和无脑畸形等，并可能引起胚胎停育及自发性流产。同时由于叶酸缺乏会引起高同型半胱氨酸血症，增加妊娠高血压、先兆子痫等妊娠期并发症的患病风险[3]。

但叶酸补充过量，会干扰锌的吸收和掩盖维生素B12的缺乏，并且增加胎儿出生后罹患自闭症的风险。所以，维持体内适宜的叶酸水平，避免缺乏或过量很有必要。

二、叶酸的体内代谢及相关基因

食物中摄取的叶酸不能直接被人体利用，必须生成活性形式四氢叶酸才能进一步参与人体生化代谢反应。其基本代谢过程如图1，MTHFR、MTR和MTRR是叶酸代谢循环图中的关键酶。相关代谢酶基因突变，可降低叶酸代谢酶活性，造成人体叶酸利用率降低，最终引起叶酸缺乏，影响健康。

图1. 叶酸代谢图：备注：MTHFR，亚甲基四氢叶酸还原酶；MTR，蛋氨酸合成酶；MTRR，蛋氨酸合成酶还原酶；

2.1MTHFR

MTHFR编码亚甲基四氢叶酸还原酶，催化5,10-亚甲基四氢叶酸不可逆地转化为5-甲基四氢叶酸，其突变会导致该酶活性下降和耐热性降低，常见的突变形式有C677T和A1298G。有研究揭示，677位核苷酸的多态性是由于677位的C被T代替，导致高度保守的丙氨酸变成了缬氨酸。并且，携带该突变的纯合子或杂合子，其热敏感性降低。由于突变导致酶活性的改变，造成高同型半胱酸水平升高和叶酸水平降低，而通过给予叶酸膳食补充剂干预可以消除这些差异[5]。A1298C位点突变，也会影响酶的活性，但是不影响热敏感性。当C677T和A1298C突变同时存在时，MTHFR的特异性酶活性降低[6]。

2.2 MTR

MTR编码蛋氨酸合成酶，以维生素B12（钴胺素）为辅酶，由5-甲基四氢叶酸提供甲基，催化同型半胱氨酸转化为蛋氨酸。该基因存在多个突变位点，其2756位点A被G替代，导致天冬氨酸转化为甘氨酸，引起酶活性降低，造成同型半胱氨酸转化为蛋氨酸效率降低和高同型半胱氨酸血症，同时引起活性叶酸生成效率下降和叶酸缺乏风险增高[7]。

2.2 MTRR

MTRR编码蛋氨酸合成酶还原酶，其协同维生素B12维持MTR的还原活性。随着时间推移，MTR的钴胺素I辅因子被氧化形成钴胺素II辅因子，导致MTR失活。因此，需要MTRR将氧化的钴胺素II逆转为甲基-钴胺素III，以维持MTR的活性。有研究揭示，其66位点A被G取代，则相应的异亮氨酸转化为蛋氨酸，将导致其不能维持MTR活性，可协同MTR A2756G阻碍同型半胱氨酸转化为蛋氨酸和四氢叶酸再生成，导致高同型半胱氨酸血症和叶酸水平降低[8]。

三、当前膳食叶酸的摄入状况

根据《中国居民膳食营养素参考摄入量2013》，成年人每日叶酸的RNI为400µgDFE（dietary folate equivalent，膳食叶酸当量）[2]。根据《中国居民膳食指南》中示例，如果每天保证摄入400g各种蔬菜，且其中1/2以上为新鲜深色蔬菜，并包含豆类、谷物、蛋类、蔬菜、坚果，可提供约400µgDFE叶酸。

表1. 每日可提供400µgDFE叶酸的膳食搭配举例

然而多项调查显示，多数中国人膳食叶酸的摄入量仍旧达不到RNI。

天津针对17105名1～7岁儿童(男9170例,女7935例)的血浆叶酸含量检测发现，叶酸低于正常的发生率为12.5%，血浆叶酸含量随年龄增长而降低[10]。

北京大学公共卫生学院和北京市疾控中心在对北京地区3664名居民进行膳食叶酸摄入量调查时发现，北京地区居民平均叶酸摄入量为241.5±124.4 μg/(标准人·日)，大多数人的叶酸摄入水平只达到RNI的50%～65%；18岁及以上年龄组人群的摄入水平呈现下降趋势。

2013年在一项针对中国乳母叶酸缺乏状况的调查（总样本量为10331名）结果显示，我国乳母叶酸缺乏率为3.0%（56/1894）。居住在北方，少数民族、哺乳初期、居住地为农村、收入较低、食用过多薯类和较少谷米类等是乳母叶酸缺乏的危险因素。

另有调查显示北方人群叶酸缺乏率(37.0%)显著高于南方人群(5.8%)，且北方人群叶酸缺乏率夏秋季节为26.2%，显著低于冬春季节的48.0%。

基于我国目前叶酸摄入状况，应关注血清叶酸营养状况的改善。

四、基于叶酸基因多态性，营养干预的个性化调整

4.1基于叶酸基因多态性的叶酸缺乏风险等级划分

叶酸利用能力遗传检测项目涉及的基因和位点如表2：

表2. 各检测位点的基因型及基因型频率

备注：表格中数据来源于pubvar数据库。

根据各基因位点的功能、纯合，杂合及其出现频率，把叶酸缺乏风险等级进行划分，见表3：

表3. 叶酸缺乏风险等级

4.2 叶酸的个性化营养干预

基于对MTHFR基因、MTRR基因、MTR基因及其相关位点的检测，可以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），结合临床血浆叶酸水平，建议更准确的补充剂量和膳食调整方案。

4.2.1 一般人群

针对一般人群，以日常饮食为主、并叶酸补充剂为辅作为核心调整方向。针对个体，结合临床血浆叶酸水平做综合分析，制定个性化膳食方案。

表4. 一般人群的叶酸个性化增补方案

4.2.2 特殊人群

针对特殊生理阶段，如备孕产期妇女、老年人；患冠心病风险高者；居住北方地区，尤其是农村地区者；有生育过神经缺陷婴儿的妇女等，膳食与叶酸补充剂量需综合个体多方面因素来评估缺乏风险高低，依此确定叶酸补充剂量。

如备孕产妇可参考中国疾病预防控制中心妇幼保健中心建议的孕龄女性叶酸增补参考剂量[14]。

表5. 备孕及妊娠期的叶酸个性化增补方案

五、结语与展望

伴随着基因测序技术的不断优化和测序成本的降低，叶酸代谢能力的遗传检测将在人群中普遍开展。于个人而言，该检测可指导备孕、孕妇和普通人群的个性化叶酸营养干预，预防相关叶酸代谢性疾病；于社会而言，通过该检测，可一定程度上揭露特定人群的叶酸干预需求，通过大数据宏观层面分析，有力促进下游制造商对相关膳食补充剂、强化食品等的定向研发，并为我国居民膳食策略制定和优化提供数据参考。