Формы фолатов

Фолаты должны поступать в организм человека с пищей 1. В клетках фолаты связывают отдельные атомы углерода, необходимые для синтеза оснований ДНК и аминокислоты метионина 1.

Фолиевая кислота — синтетическая форма, входящая в состав обогащённых пищевых продуктов и витаминных добавок, — становится активной лишь после того, как дигидрофолатредуктаза (DHFR) восстановит её до тетрагидрофолата (ТГФ) 21.

Тимидилат и пурины

Делящиеся клетки используют отдельные атомы углерода для синтеза тимина, входящего в состав ДНК, и пуриновых оснований 1.

Тимидилатсинтаза переносит атом углерода с 5,10-метилен-ТГФ на дУМФ; при этом образуются дТМФ и дигидрофолат (ДГФ) 1.

Тимидилатный циклЦитозоль, ядро и митохондрии
123Тетрагидрофолат (ТГФ)5,10-Метилен-ТГФДигидрофолат (ДГФ)
  1. Тетрагидрофолат (ТГФ)5,10-Метилен-ТГФСерингидроксиметилтрансфераза (SHMT1, SHMT2)L-Серин → глицин, Пиридоксаль-5′-фосфат
  2. 5,10-Метилен-ТГФДигидрофолат (ДГФ)Тимидилатсинтаза (TYMS)дУМФ → дТМФФторурацилПеметрекседФолат отдаёт углерод и два электрона, восстанавливающие его до метильной группы
  3. Дигидрофолат (ДГФ)Тетрагидрофолат (ТГФ)Дигидрофолатредуктаза (DHFR)НАДФНМетотрексатВосстанавливает и фолиевую кислоту до ДГФ, в печени человека — медленно

Метотрексат блокирует DHFR, и фолаты накапливаются в форме ДГФ 1.

MTHFR и вариант 677C>T

Фермент MTHFR превращает часть клеточного пула фолатов в метилфолат, который служит источником метильных групп для синтеза метионина 3. Распространённый вариант кодирующего его гена, 677C>T, снижает стабильность фермента 3.

Активность фермента в экстрактах клеток гомозигот TT составляет около 30% от уровня, характерного для генотипа CC 3. Гомозиготами TT являются около 10–15% людей европейского происхождения и японцев 3. Этот вариант — самая частая генетическая причина лёгкой гипергомоцистеинемии 3.

Метионинсинтаза и витамин B12

Для работы метионинсинтазы необходим витамин B12 4. Этот фермент переносит метильную группу с метилфолата на гомоцистеин, в результате чего вновь образуется метионин и высвобождается фолат 42.

Фолатный цикл, метильная ветвьЦитозоль
123Тетрагидрофолат (ТГФ)5,10-Метилен-ТГФ5-Метил-ТГФ
  1. Тетрагидрофолат (ТГФ)5,10-Метилен-ТГФСерингидроксиметилтрансфераза 1 (SHMT1)L-Серин → глицин, Пиридоксаль-5′-фосфатВ митохондриях ту же реакцию катализирует SHMT2
  2. 5,10-Метилен-ТГФ5-Метил-ТГФМетилентетрагидрофолатредуктаза (MTHFR)НАДФН, ФАДНеобратима in vivo; ингибируется SAM; Ala222Val (677C>T) быстрее теряет ФАД
  3. 5-Метил-ТГФТетрагидрофолат (ТГФ)Метионинсинтаза (MTR)Гомоцистеин → метионин, МетилкобаламинДинитрогена оксид (закись азота)Единственный путь расхода 5-метил-ТГФ; при дефиците B12 — метилфолатная ловушка

При недостатке B12 метилфолат накапливается, поскольку никакая другая реакция его не расходует, а реакция MTHFR в обратном направлении не идёт 2. Эта «метилфолатная ловушка» приводит к функциональному дефициту фолатов 25.

S-аденозилметионин и гомоцистеин

Из метионина образуется S-аденозилметионин — главный донор метильных групп 6. После каждого переноса метильной группы остаётся гомоцистеин, который либо вновь превращается в метионин, либо расщепляется с образованием цистеина 6.

Восстановление фолиевой кислоты и фолатный цикл одноуглеродных фрагментовЦитозоль гепатоцитов и делящихся клеток
  1. Фолиевая кислота
  2. Дигидрофолатредуктаза (DHFR)НАДФНМетотрексатВ печени человека медленна и вариабельна; восстановленные фолаты пищи её минуют
  3. 7,8-Дигидрофолат
  4. Дигидрофолатредуктаза (DHFR)НАДФНМетотрексатВосстанавливает также дигидрофолат, образуемый тимидилатсинтазой (TYMS)
  5. Тетрагидрофолат
  6. Серингидроксиметилтрансфераза (цитозольная SHMT1, митохондриальная SHMT2)Превращение серина в глицин, Пиридоксаль-5′-фосфатОтветвление: TYMS переносит этот атом углерода на дУМФ, образуя дТМФ для ДНК
  7. 5,10-Метилентетрагидрофолат
  8. Метилентетрагидрофолатредуктаза (MTHFR)НАДФН, ФАДНеобратима in vivo; ингибируется SAM; вариант 677C>T снижает активность
  9. 5-Метилтетрагидрофолат
  10. Метионинсинтаза (MTR)Метилкобаламин, Превращение гомоцистеина в метионинДефицит B12 замедляет эту стадию, и фолат накапливается в форме 5-метил-ТГФ
  11. Тетрагидрофолат

В 15 рандомизированных исследованиях с участием 71 422 человек, за которыми наблюдали от 1 года до 7,3 года, снижение уровня гомоцистеина с помощью витаминов B6, B9 или B12 не предотвращало инфаркт миокарда 7. Инфаркт развился у 7,1% участников, получавших витамины, и у 6,0% получавших плацебо (относительный риск 1,02; 95% ДИ 0,95–1,10) 7. Инсульт отмечен у 4,3% и 5,1% участников соответственно (0,90; 0,82–0,99); нескорректированная абсолютная разница составила 0,8 процентного пункта, а число больных, которых необходимо лечить, — около 125 7.

Мегалобластная анемия

При недостатке фолатов или B12 костный мозг не может нормально синтезировать ДНК, и в крови оказывается слишком мало эритроцитов, причём эти клетки крупнее обычных 12.

Низкая концентрация 5,10-метилен-ТГФ замедляет синтез тимидилата, и ДНК-полимераза встраивает в ДНК урацил 5. У взрослых с дефицитом фолатов (n = 8) ДНК клеток крови содержала в восемь раз больше остатков урацила, чем у лиц из контрольной группы (n = 14) 5. Дефицит B12, кроме того, может вызывать миелонейропатию, обусловленную демиелинизацией; при дефиците фолатов она почти никогда не встречается 2.