家族性擴張型心肌病分子遺傳學研究進展

陳曉帥 張明秋

(吉林大學中日聯誼醫院心內科，吉林 長春 130000)

心肌病分為擴張型心肌病(DCM)、肥厚型心肌病、限制型心肌病和致心律失常型右室心肌病。DCM主要是一種以心腔擴大、心肌收縮功能障礙為主要特征的心肌疾病，臨床常表現為進行性充血性心力衰竭、心律失常、血栓栓塞甚至猝死,是心血管疾病中導致死亡和心臟移植的主要基礎疾病。其病因和發病機制至今尚不清楚，可以為特發性、病毒感染、家族或遺傳性、免疫性、酒精性或中毒性、圍生期等。如果DCM患者家族中有兩個或以上家族成員患有特發性DCM(IDCM)，則將其定義為家族性DCM(FDCM)。IDCM診斷的統一意見：一級親屬中至少有20%～35%的成員發病，其中涉及31個常染色體及2個X染色體關聯染色體的點突變，但這些點突變僅占引起DCM基因突變的30%～35%〔1〕。FDCM在DCM中的比例高達35%～48%〔2,3〕。而徐軍等〔4〕報道FDCM的發生比例僅為8.8%。有研究〔5〕提示FDCM預后較散發DCM差，6年生存率分別為6%和23%。5年生存率分別為51.5%和55.7%。遺傳學研究認為遺傳缺陷在FDCM發病中起重要作用。

1 FDCM的特點

FDCM具有如下遺傳特點：①遺傳與臨床表型異質性：不同家族不同基因的多種突變可以導致同樣的FDCM表型，同一家族相同基因的突變產生疾病特點的不一致性；部分病例表現為單純FDCM，部分伴有心臟傳導系統疾病的FDCM，部分年輕男性進展迅速的FDCM，可表現為肌無力、肌萎縮以及骨骼肌活檢發現典型肌營養不良表現，部分伴有感覺神經性聽力喪失的FDCM。此外,還有很多患者尚不能歸類，說明FDCM具有臨床表現型的異質性。②遺傳基因外顯不全：家族成員中的患病比例不一致, 很多成員僅為致病基因攜帶者而無臨床表現，僅在超聲心動圖檢查時表現出輕微的異常。研究表明,外顯性隨年齡而增大,常染色體顯性遺傳者在< 20歲時,外顯率僅10% ,但> 40歲時則高達90%〔6〕。③遺傳方式多樣性。包括常染色體顯性遺傳(56%)及隱性遺傳(16%)、X連鎖遺傳(10%)和線粒體遺傳〔6，7〕。常染色體顯性遺傳即患者的雙親之一往往是患者，家族成員中常有多例患者，可達半數以上，男女患病機會均等，其特點是有近50% 的外顯率；常染色體隱性遺傳，即患者的雙親都不是患者，但均是致病基因的攜帶者；X-連鎖遺傳，其特點是女性攜帶DCM 相關基因，但不發病，患者均為男性。

2 FDCM基因突變的可能機制

基因突變致FDCM的可能機制〔8〕主要分為以下6個方面：①致心肌細胞骨架結構改變的基因突變。例如Gerull等〔9〕由于C.62890 del G造成的肌聯蛋白框移突變。②致心臟肌小節蛋白結構和功能改變的基因突變。有臨床報告，編碼心肌肌鈣蛋白的基因(TNNC1)有4個罕見的變異:Y5H、M103I、D145E、I148V，這些變異通過改變cTnC的結構進而影響肌絲與鈣離子的結合能力〔10〕。③影響能量供給和調控的基因突變。敲除小鼠心肌細胞中該基因的研究結果顯示，TXNRD2基因突變可導致DCM的發生〔11〕。結構性SIRT1 的過度表達,損害了線粒體，并降低了小鼠的心臟功能〔12〕。④致細胞核膜成分改變的基因突變。核纖層蛋白A/C基因(LMNA)突變可以首先表現或者唯一表現為心臟受累，LMNA突變往往與竇房結、房室結等傳導障礙的心電生理異常有關，是阻滯型FDCM的最常見致病基因。有研究〔13〕表明，LMNA基因E82K顯著減少連接蛋白Cx43的表達并改變其分布。⑤導致離子通道結構和功能改變的基因突變：Ge等〔14〕發現了SCN5A基因新突變A1180V。該基因突變可能影響細胞內鈉離子穩態從而導致突變攜帶者DCM的發生。⑥其他途徑致DCM的基因突變：Wang等〔15〕的研究發現，利鈉肽受體NPR2 -T2077和β腎上腺素受體β1-Gly49多態性可能是IDCM易感因素。

3 FDCM常見及熱點基因突變

到目前為止，發現與FDCM 有關的突變基因超過20 個，包括心肌肌動蛋白基因、β-肌球蛋白重鏈基因、肌球結合蛋白C基因、結蛋白基因、心肌肌鈣蛋白T基因、心肌肌鈣蛋白I基因、心肌肌鈣蛋白C基因、α-原肌球蛋白基因、橫紋肌連接蛋白基因、δ-肌聚糖基因、間黏著斑蛋白基因、 抗肌萎縮蛋白基因、Tafazzin 蛋白基因、LMN A/C基因、線粒體基因、離子通道蛋白基因、受磷蛋白基因、富含半胱氨酸-甘氨酸蛋白3 基因和teletonin 蛋白基因等〔16〕。

3.1ACTC基因(肌動蛋白) ACTC是第一個被發現的常染色體顯性DCM的相關基因，也是最常見的FDCM的致病基因，位于常染色體15q14，含有6個外顯子, 編碼375個氨基酸的蛋白質。ACTC基因編碼肌小節細肌絲中的肌動蛋白。ACTC肌動蛋白在心肌細胞內具有雙重作用: 作為肌小節的重要組成成分，它直接與肌凝蛋白作用產生收縮力；同時也與其他細胞骨架蛋白連接，將產生的收縮力傳遞至細胞外基質。因此，肌動蛋白主要通過和細胞膜之間的相互作用而參與了肌肉的收縮，細胞的運動、分化、細胞質的移動、囊泡和細胞器的運動和細胞信號傳導，建立并維持細胞連接和細胞形態。在FDCM家系中發現了兩個ACTC基因的錯義突變。Olson等〔17〕發現在肌動蛋白單體的第1和第3亞區有錯義突變，改變了actin 與Z 帶及閏盤結合區的保守氨基酸序列，影響到肌動蛋白絲固定末端，影響肌小節與肌小節外細胞骨架的收縮力的傳遞。當心肌工作需要增強時，心肌細胞處于極度應激狀態，長期的應激狀態導致心肌細胞的死亡。

3.2TNNT2基因(肌鈣蛋白T) TNNT2 基因常染色體顯性遺傳基因，位于常染色體1q32，包含16個外顯子, 編碼288個氨基酸的蛋白, 編碼肌小節細肌絲蛋白, 心肌肌鈣蛋白T。有兩個主要的功能區:N 末端, 與原肌球蛋白相互作用；C末端, 結合原肌球蛋白、肌鈣蛋白C 和肌鈣蛋白I，在心肌細胞收縮和舒張過程中發揮作用。該基因的突變國內外研究較多，包括外顯子9～16的突變，可最終致FDCM。心肌肌鈣蛋白T基因不同的突變位點引起的臨床表型是有差異的，例如△K210心室擴張發生較早, 收縮功能降低, 常發生心力衰竭。R92L突變, 超聲檢查心臟廣泛肥大，完全外顯但沒有猝死。R141W突變,主要表現為中度到重度的DCM,心衰發生較早,超聲檢查幼年即有異常表現。R94L突變表現為顯著的心肌排列紊亂,常發生猝死而沒有心肌肥大。A104V突變,左心室壁中度肥大,猝死率高。而K273E突變可使家族性肥厚型心肌病(FHCM)向FDCM轉化。

3.3LMNA基因(lamin A 和laminC) LMNA基因常染色體顯性基因位于染色體的1q21.2～q21.3，基因組序列全長56.7 kb，含有12個外顯子，編碼lamin A 和laminC。這兩種蛋白與LMNB基因編碼的lamin B蛋白共同組成細胞的核纖層，核纖層在維持核膜完整性、提供染色體錨著位點、調節細胞的分化及核周期性的解體和重組裝過程中發揮重要作用。LMNA基因突變,如錯義突變、缺失突變和讀碼框移突變,可引起常染色體顯性DCM, 同時伴有骨胳肌疾病或傳導系統缺陷。LMNA突變可以首先表現或者唯一表現為心臟受累，這類患者首先表現為心房和心室電活動進行性延遲，進而出現傳導系統疾病、心室擴大、心力衰竭或猝死，也有少數患者以猝死為首發癥狀。LMNA突變是阻滯型FDCM的最常見致病基因〔18〕。FDCM伴傳導系統異常，但并不影響心肌輪廓的突變為R60G、L85R、N195K 和E203G，FDCM可影響心肌輪廓的突變R571S，FDCM既沒有傳導系統疾病史，也無體表肌營養不良的臨床表現為R644C的錯義突變。這6個序列的變化被認為是引起不同心肌疾病的原因〔19〕。另外，Brodsky 等發現外顯子6單核苷的缺失可導致嚴重的FDCM和心肌輪廓受累，而外顯子8的突變，在臨床都可出現嚴重的FDCM表現，但無心肌輪廓的改變。

3.4SCN5A基因(編碼鈉離子通道) SCN5A基因常染色體顯性遺傳基因，位于染色體3p21，包含28個外顯子，是人類V型電壓門控性鈉離子通道基因家族的成員，其編碼心臟鈉離子通道α亞基，主要在人類心臟組織中表達。心臟鈉離子通道對心肌細胞的興奮傳導起重要作用。SCN5A基因的突變可導致如Brugada綜合征、長QT綜合征、病態竇房結綜合征等多種心臟傳導系統疾病。McNair等〔20〕發現了SCN5A 基因D1275N 突變和擴心病表型呈共分離，Olson等〔21〕又發現T220I、D1595H、2550-2551insTG、R814W也和擴心病有關；其他和擴心病有關的SCN5A突變還有R814Q及復合突變W156X /R225W。Ge等〔14〕發現了SCN5A基因新突變A1180V。

3.5TNNI3基因(肌鈣蛋白I) TNNI3基因常染色體隱性遺傳基因，位于常染色體19q13,有8個外顯子,編碼210個氨基酸的蛋白質。心肌肌鈣蛋白I只表達于心臟組織。TNNI3是第一個被證實的FDCM常染色體隱性遺傳的致病基因,TNNI3基因的錯義突變(A2V),使肌鈣蛋白相互作用減弱從而使心肌收縮活動減弱,可引起常染色體隱性FDCM〔22〕。

3.6DMD基因(抗肌萎縮蛋白) DMD基因X連鎖遺傳基因，位于性染色體Xp21，含有79個外顯子，編碼3 685個氨基酸的蛋白，編碼抗萎縮蛋白。DMD基因突變引起X-連鎖的FDCM(XLFDCM),點突變、缺失突變、插入突變和倒置突變均有報道。肌營養不良蛋白其羧基末端通過肌營養不良蛋白的相關蛋白與細胞外膜的基底層相連，其氨基末端與細胞內骨架蛋白連接，是連接肌纖維的細胞骨架和細胞外基質的極其重要部分。DMD基因突變可使心肌細胞骨架與細胞外基質連接減弱或喪失,從而導致心臟收縮系統結構完整性的改變。單純心肌受累的XLFDCM 被認為是進行性肌營養不良(PMD) 的一種亞型。DMD基因第1外顯子的突變是最早發現的突變導致嚴重的FDCM而無骨骼肌的病變〔23〕。Franz等發現D的外顯子29的無義突變，可導致心肌收縮功能嚴重不全。而后發現第9外顯子的錯義突變，使蛋白質二級結構的β-片層結構替換成了α-螺旋，導致FDCM〔24〕。

3.7G4.5 基因(Taffzzins蛋白) G4.5 基因X連鎖遺傳基因，位于性染色體Xq28，有11個外顯子, 由于不同的剪接產生129～292個氨基酸的蛋白,編碼Tafazzin 蛋白。該基因突變致XLFDCM突變有錯義突變和缺失引起,目前對Taffzzins蛋白功能尚不清楚，但其在心肌與骨骼肌中廣泛存在。G4.5 基因突變可致X連鎖致死性嬰幼兒PCM，可能與barth syndrome 是等位基因。致死性嬰幼兒FDCM表現為男性嬰兒發生DCM和猝死。特征是: 嬰兒期死亡、嗜中性白細胞減少、線粒體異常。病理學表現為心肌肥大、心肌纖維彈性組織增生、心室腔擴張〔25〕。

3.8線粒體DNA(mtDNA) mtDNA突變所致疾病常呈母系遺傳,多合并有神經系統疾病。線粒體基因突變是一種影響能量供給和調控的基因突變。其FDCM的mtDNA點突變和缺失突變導致線粒體tRNA的結構異常或種類不全、mRNA不全等，導致呼吸鏈中多種酶的活性降低，影響心肌細胞的能量代謝。突變點涉及細胞色素氧化酶亞單位I、NADH 脫氫酶5、tRNA Ala、tRNA Arg等部位。敲除小鼠心肌細胞中硫氧還蛋白還原酶(TXNRD2)基因，線粒體功能受損，并降低了小鼠的心臟功能，可導致DCM的發生〔11，12〕。線粒體基因自發突變的概率較高，在正常衰老、酒精中毒和缺血損傷時均可出現線粒體基因缺失，線粒體遺傳疾病的發生不僅與突變的種類和數量有關，還與正常基因組的數量有關。mtDNA突變與FDCM 因果關系仍需進一步研究。

4 結 論

綜上，FDCM是多種基因突變引起的遺傳病, 許多基因的突變通過多個不同的病理、生理機制可以引起DCM，預后較差，生存率低。由于遺傳異質性與臨床表型異質性、遺傳基因外顯不全、遺傳方式多樣性，FDCM的識別和診斷具有一定的局限性。雖然通過對有缺陷的基因進行修復或用正常有功能的基因置換或增補缺陷基因,對FDCM患者的基因治療，取得了一定的成果，但基因轉染細胞的效率、表達的穩定性、安全性以及細胞在轉染后的增殖分化仍是研究需重點克服的問題。從基因水平探索DCM病因及發病機制，確定一套全面的診斷標準，對患者進行早期的診斷和臨床干預、減少基因缺陷或突變帶來的不良后果，同時指導特定基因的個體化治療將成為FDCM基因突變研究的重點。

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