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user: 4. HCY转胱硫醚代谢基因 在转硫化途径中，HCY与丝氨酸在胱硫醚β合成酶(Cystathionine β-synthase， CBS)作用下形成胱硫醚，再经过胱硫醚-γ-裂解酶(Cystathionine gamma-lyase， CTH)进一步的生物反应生成半胱氨酸，然后分解成丙酮酸、硫酸和水 [ 4 ]。近期的研究表明，CBS和CTH基因缺陷或突变，均可导致HCY增高 [ 23 ]。 4.1. 胱硫醚β合成酶 CBS基因研究或许成为高调节HCY血症及相关的血管疾病的药物治疗提供靶向 [ 24 ]。CBS在HCY转变成胱硫醚的转硫酸路径中起着举足轻重的作用，成为影响HCY水平的一种限速酶，其蛋白质二级结构为，由63 KD为亚基的同源四聚体组成(见图1)。CBS对磷酸吡哆醛(pyridoxal phosphate， PLP)有依赖性。在维生素B6的催化下，CBS催化丝氨酸与HCY合成胱硫醚，实现HCY的降解进程。CBS基因位于第21号染色体短臂22区3带上，基因全长为碱基对23188 bp，含17个外显子，16个内含子。编码551个氨基酸残基的蛋白质 [ 25 ]。至2020年6月，在单核苷酸多态性位点单个碱基上变异与CBS氨基酸序列变异的研究，已经有rs706208 [C/T]，rs1051319 [C/G]和rs5742905 [C/T]等5558个可以改变CBS酶氨基酸序列的研究报道。为了确定所有蛋白质编码基因的组织特异性，对来自95位健康的组织样品的27种不同组织的进行了核糖核酸序列分析。CBS在高表达量组织和表达量(RPKM)分别为肝组织30.2 ± 3.1 (RPKM)，脑组织11.6 ± 9.3 (RPKM)，胰腺组织9.1 ± 0.6 (RPKM)，甲状腺组织8.5 ± 2.5 (RPKM)，子宫组织8.8 ± 2.2 (RPKM)，前列腺组织5.1 ± 1.9 (RPKM)，根据从570 donors，53份组织，用GTEx和eQTL测序显示，CBS基因总的表达量为602.89 (RPKM)，表达量最高是肝组织为84.56 (RPKM)，肝组织表达量占总表达量14.0% [ 26 ]。CBS基因在子宫组织的表达量要比前列腺组织的表达量高，提示男性同型半胱氨酸通常比女性高可能与男性对其转硫酸能力比较弱有关。CBS基因变异可以影响CBS活性，例如 图1. 胱硫醚β合成酶蛋白质结构图 CBS T833C位点的突变使其编码的异亮氨酸代替了苏氨酸，导致酶蛋白分子中磷酸吡哆醛(PLP)结合位点的构像变化，从而影响CBS与PLP结合。G919A突变使甘氨酸代替了丝氨酸，影响CBS的活性；第4外显子中的碱基丢失引起CBS活性完全丧失。胱硫醚β-合酶基因T833C，G919A位点突变均可导致血浆同型半胱氨酸浓度明显增高；胱硫醚β-合酶基因G919A和T833C基因突变与青年脑血管病发病无直接相关性。CBS844ins68突变可能不足以构成2型糖尿病的独立遗传性危险因子 [ 27 ]。 4.2. 胱硫醚-γ-裂解酶(Cystathionine gamma-lyase， CTH) EC = 4.4.1.1 CTH在胱硫醚转变成半胱氨酸的路径中发挥作用，成为影响HCY水平的一种限速酶。CTH在反式硫化途径中编码一种胞质酶，该酶将来自HCY衍生的胱硫醚转化为半胱氨酸。半胱氨酸在肝脏中为合成谷胱甘肽提供原料，CTH的功能是催化从蛋氨酸到半胱氨酸的反式硫化途径的最后一步，具有广泛的底物特异性。CTH将胱硫醚转化为半胱氨酸、氨和2-氧代丁酸酯。HCY残基的翻译后修饰(Cys-SH基团转换为Cys-SSH基团)引起的过硫基团的形成直接受H 2 S调节，此过程被称为过硫化作用。CTH将两分子半胱氨酸转化为胱氨酸和硫化氢(H 2 S)，也可以接受同型半胱氨酸作为底物，特异性取决于内源性底物的水平 [ 28 ]。CTH是心血管中产生的一种重要的内源性H 2 S酶，H 2 S存在于血管平滑肌细胞和内皮细胞之中。H 2 S在机体微循环调控中起着重要的作用，尤其是心血管系统正常生理、病理过程的调控以及相关并发症状中都起着重要的作用，由于CTH与H 2 S的密切关系，因此对CTH进行研究具有重要的意义。内源性硫化氢(H 2 S)具有与一氧化氮及一氧化碳相似的舒张血管和抑制血管平滑肌细胞增殖等生物学效应。H 2 S作为一种新型气体信号分子，具有和一氧化碳、一氧化氮相似但作用机制不同的舒张血管的功能，能缓解血管平滑肌收缩，扩张心脏冠状动脉，增加心肌的血流，减少心肌耗氧量，保护心肌功能，这种对高血压血管结构重建的调节作用结果有助于平稳机体的血压水平。CTH的过硫化作用，还可通过介导目标蛋白的巯基化作用，包括将目标蛋白的特定半胱氨酸残基上的-SH基团转化为-SSH，如甘油醛-3-磷酸脱氢酶(GAPDH)、酪氨酸磷酸酯酶非受体1型(PTPN1)和核转录κB亚基RELA (NF-κB3)，从而调节这些因子的功能。两分子半胱氨酸就会在脱氢酶的作用下转化为胱氨酸以形成二硫键；相反，当变性的蛋白质的原料需要回收时，二硫键就会在还原酶的作用下转化为巯基，胱氨酸也就转化为了半胱氨酸。CTH基因发生突变，造成HCY推积，轻者出现动脉硬化，重者导致胱硫醚尿症 [ 29 ]。CTH蛋白质二级结构为，由41 KD为亚基的同源四聚体组成(见图2)。CTH也对磷酸吡哆醛有依赖性，在维生素B6的催化下，CBS催化胱硫醚分解成半胱氨酸，α酮丁酸及氨，实现HCY的降解进程。CTH主要存在于肝脏中，是一种参与合成的酶，即胱硫醚-γ-裂合酶，催化胱硫醚脱氨水解成半胱氨酸的酶。CTH基因位于第1号染色体长臂31区1带上，基因全长为碱基对28584 bp，含13个外显子，12个内含子。编码405个氨基酸残基的蛋白质。在单核苷酸多态性位点单个碱基上变异与CTH氨基酸序列变异的研究，已经有rs583316 [A/C， T]，rs584229 [G/A]和rs1021737 [G/T]等7811个可以改变CTH酶氨基酸序列的研究报道 [ 30 ]。该基因的选择性剪接导致编码不同亚型的三种转录变体。为了确定所有蛋白质编码基因的组织特异性，对来自95位健康的组织样品的27种不同组织的进行了核糖核酸序列分析表明，CTH基因在高表达量组织和表达量(RPKM)分别为肝组织17.3 ± 2.9 (RPKM)，肾组织3.9 ± 1.4 (RPKM)，肾上腺组织4.0 ± 1.1 (RPKM)，甲状腺组织2.6 ± 0.5 (RPKM)，子宫组织1.9 ± 0.3 (RPKM)，前列腺组织1.3 ± 0.4 (RPKM)。根据从53份组织，570 donors，用GTEx和eQTL测序显示，CTH基因总的表达量为128.99 (RPKM)，表达量较高是肝组织为26.69 (RPKM)，肝组织表达量占总表达量20.7%。CTH基因在子宫组织的表达量要比前列腺组织的表达量高，提示男性同型半胱氨酸通常比女性高可能与男性对其转硫酸能力比较弱有关 [ 31 ]。 图2. 胱硫醚-γ-裂解酶蛋白质结构图 综上所述，HCY胡蛋氨酸在被激活并去掉一个甲基分子的代谢过程中产生的中间产物。影响甲基化，再甲基化或转硫化代谢等原因均可造成HCY推积，高同型半胱氨酸血症轻者出现动脉硬化，重者出现高胱硫醚尿症。CBS基因可将HCY转硫化成为胱硫醚，CTH基因可裂解胱硫醚成丙酮酸、硫酸和水，CBS和CTH基因可有效降低HCY水平，降低动脉硬化进展，保障机体健康。随着科技的不断发展，在基因层面上稳定HCY水平的方法是一个不错的方向，相信CBS和CTH基因变异与动脉硬化机制及其干预方法既可实现。