房顫相關轉錄因子的研究進展

尹莘涵 袁曉晨

【摘要】心房顫動（AF）是臨床上最常見心律失常之一。近幾年來，全基因組關聯分析技術（GWAS）快速發展，在非家族性房顫患者和普通人群中確定了許多與房顫風險增加的遺傳變異。這些基因變異在不同程度上對心血管系統的發育和正常心臟電活動產生影響，并最終導致房顫的發生。雖然目前心房顫動的發生和維持機制尚未完全闡明，但已有大量研究證實轉錄因子PITX2、ZFHX3、PRRX1、TBX5在其中發揮重要作用。通過對房顫相關轉錄因子的研究，可以明確房顫的遺傳學基礎，可以提供房顫治療的新

方向。

【關鍵詞】心房顫動；轉錄因子；PITX2；ZFHX3；TBX5；PRRX1

【中圖分類號】R541 【文獻標識碼】A 【文章編號】ISSN.2095-6681.2019.12..04

Research progress of transcription factors in atrial fibrillation

YIN Shen-han1，YUAN Xiao-chen*

（Department of Cardiovascular Medicine， Affiliated Hospital of Yangzhou University，

Jiangsu Yangzhou 225000，China）

【Abstract】Atrial fibrillation （AF） is the most common arrhythmia encountered in clinical practice.In recent years，with the rapid development of genome-wide association study（GWAS），more genetic loci have been revealed for non-familiar or common AF.These variants exert influence on the development of cardiovascular system and normal cardiac electrical activity in different levels，and eventually contribute to the occurrence of AF.Although the mechanism of occurrence and maintenance of atrial fibrillation has not been fully elucidated，a large number of studies have proved that transcription factors -PITX2，ZFHX3，PRRX1，and TBX5 play important roles in atrial fibrillation.Through the study of transcription factors in atrial fibrillation， we can learn the genetic basis of atrial fibrillation and a new direction for atrial fibrillation treatment.

【Key words】Atrial Fibrillation；Transcription Factor；PITX2；ZFHX3；TBX5；PRRX1

心房顫動（atrial fibrillation，AF）是臨床上最常見心律失常之一。據估計，2010年全球大約有3350萬房顫患者[1]。至今，已有大量研究證實房顫具有遺傳傾向，尤其是在沒有基礎心臟疾病的患者中，稱為孤立性房顫。然而，大多數房顫患者擁有常見和罕見的遺傳變異組合，臨床上易表現為獲得性心臟或全身性疾病，這被稱為“典型”房顫，估計占所有房顫病例的70%～95%以上。

房顫是一種由遺傳因素和環境因素相互作用引起的復雜疾病。早期通過連鎖基因分析及候選基因方法在家族性房顫中鑒定了罕見房顫易感基因，主要包括鉀離子通道基因（比如KCNQ1，KCNE2，KCNH2，KCNJ2，KCNA5）和鈉離子通道基因（比如SCN5A，SCN4B）。此外，一些非離子通道基因突變也與房顫有關，包括編碼connexin40蛋白的GJA5基因，編碼核孔蛋白復合體的NUP155基因，編碼心鈉肽的NPPA基因等，但這只占房顫患者的很小一部分。

近幾年，全基因組關聯分析技術（genome-wide association study，GWAS）快速發展。GWAS是應用基因組中數以百萬計的單核苷酸多態性（single nucleotide ploymorphism，SNP）為分子遺傳標記，進行全基因組水平上的對照分析或相關性分析，通過比較發現影響復雜性狀的基因變異的一種新策略。目前通過GWAS，研究者們在非家族性房顫患者和普通人群中確定了許多與房顫風險增加的遺傳變異，它們中的一些位于編碼序列中，介導編碼的蛋白質，一些在非編碼區域中并影響相鄰基因的表達。這些變異對心血管系統的發育和正常心臟電活動產生影響，并最終導致房顫的發生。其中，轉錄因子在房顫的發病機制中發揮重要作用，本文將重點介紹GWAS鑒定的房顫相關轉錄因子的研究進展。

1 PITX2

2007年，Gudbjartsson[2]等人第一次通過GWAS在冰島人群的4q25染色體區域上發現了2個SNP與房顫強相關：rs2200733和rs10033464，二次重復試驗在冰島人群以及瑞典人群、美國人群中得到驗證，并且發現，rs2200733比rs10033464關聯更顯著。隨后在中國香港人群的重復試驗中也發現rs2200733與房顫的強相關性，但rs10033464的相關性不顯著。2010年，Steven A[3]等人通過大規模的薈萃分析在歐洲人群4q25染色體上鑒定出兩個新的房顫易感基因位點：rs17570669 和rs3853445。此后，研究者在4q25染色體上陸續鑒定出不同SNP位點，但在不同人群的重復試驗中其與房顫相關性存在差異，其中，rs2200733被認為與房顫關聯最強。此外，Simon C[4]等人在2個獨立的隊列中發現rs2200733和rs10033464也與冠脈搭橋手術后的術后房顫獨立相關。而Husser[5]和M. Benjamin[6]先后在孤立性房顫和典型房顫患者群體中證明了rs2200733可獨立預測導管消融后房顫的復發，可用作選擇房顫消融患者的臨床工具，并在中國漢族人群中得到驗證[7]。Matthew J[8]發現rs2200733與房顫患者的PR間期延長相關，而PR間期延長是房顫的危險因素。

4q25是房顫風險研究中被研究的最全面的基因座。雖然該基因座與房顫之間的關聯機制尚不清楚，但這些研究為該關聯的潛在機制提供了有價值的見解，并為調查其他房顫風險基因座提供了框架。研究者們已在4q25上鑒定出至少4個與房顫相關的獨立基因座。通常情況下，4q25基因座中的主要SNP位于非編碼區，所在的連鎖不平衡區域內無功能性基因的表達，其最近的PITX2基因可能是潛在的房顫候選基因。PITX2是同源結構域轉錄因子，是一種在胚胎發生過程中至關重要的轉錄因子。PITX2的表達在出生后顯著降低，目前，導致PITX2產后失活的機制尚不明確，可能與隨年齡增長而引起的壓力和體積超負荷以及氧化應激等各種危險因素的調解有關[9]。Tao[10]等人研究發現，出生后PITX2的失活導致R-R間期異常，并參與包括閏盤，離子通道和細胞膜穴樣內陷等細胞連接組織基因的差異表達。

在脊椎動物的胚胎發育期間，PITX2是左側信號傳導途徑的最后一步，其建立了身體左右不對稱發育。PITX2功能的完全喪失導致多種心臟畸形，包括左心耳，房室間隔和室間隔缺損的異構，以及包括前主動脈在內的流出道缺陷[11]。在人和小鼠中，PITX2通過選擇性剪接編碼3種不同的蛋白質亞型：PITX2a、PITX2b和PITX2c。只有PITX2c在發育中的心臟和胚胎中不對稱表達，并且該亞型的特異性缺失可以導致先前描述的先天性畸形[11]。人類PITX2c基因由3個外顯子組成，編碼324個氨基酸的蛋白質[12]。

已有許多實驗證明PITX2在房顫發病中發揮重要作用。Mommersteeg[13]等研究發現，PITX2c敲除小鼠無法形成肺心肌袖。心肌袖是指纏繞于與心房相連的靜脈主干根部的心肌組織，是作為異位興奮灶引發局灶性心房顫動的關鍵解剖部位，也是臨床上射頻消融的起始位置。此外，Kirchhof[11]還發現小鼠中PITX2c表達降低會縮短心房動作電位持續時間并誘導房顫。而在成年小鼠中，PITX2特異性缺失增強與房顫相關的離子通道表達，主要包括鉀通道基因KCNQ1的表達增加，這會改變心房的復極化，縮短有效不應期，促進動作電位的觸發和傳導。除改變心房離子通道的表達外，PITX2還可下調竇房結的特異性基因表達，例如Shox2，HCN4和Cav3.1，并上調基因程序特征性工作心肌表型，例如Nkx2.5，Cx40，Cx43，ANP和Kir2.1。因此，可推測PITX2功能喪失突變通過誘導心房和肺心肌轉換為竇房結樣表型而形成有利于房顫的電生理學基質，從而使患者易患房顫[12]。

PITX2指導心臟的不對稱形態發生，參與形成肺靜脈，抑制了竇房結發展，涉及可能導致房性心律失常的基因的調節，是目前最強的房顫候選致病基因。

2 ZFHX3

2009年，2個獨立的GWAS薈萃分析先后在歐洲人群16q22染色體上發現了位于鋅指同源異構體3（ZFHX3）基因內的房顫易感基因位點rs7193343[14]和rs2106261[15]。2011年，李[16]等人利用中國基因數據庫，在中國漢族人群中證實rs2106261與房顫存在顯著相關，而rs7193343與房顫無關，盡管這兩個SNP位于相同的內含子——ZFHX3內含子1中。這結果強調了在不同種族群體的復制研究中分析同一基因或基因組區域中的多個SNP的重要性。2013年，Liu[17]等人研究了中國漢族人群ZFHX3基因變異體在房顫中的作用，發現rs2106261和rs6499600與房顫顯著相關，而在歐洲人群中與房顫強相關的rs16971436在中國人群呈邊緣顯著相關。2015年，Zhai[18]等人在不同人群的薈萃分析中發現在高加索人群中，rs7193343與房顫相關，但在亞洲人群中無明顯相關。以上研究再次證實了房顫易感基因位點的種族差異性。

ZFHX3編碼一種名為AT基序結合轉錄因子1（Atbf1）

的轉錄因子，最初被描述為肝臟中人甲胎蛋白（AFP）基因表達的增強子[18] 在包括心臟在內的許多組織中具有可變表達，可調節骨骼肌和神經元發育。

ZFHX3可能通過多種機制導致房顫的發生。首先，ZFHX3可以調節PITX2活性[19]。其次，ZFHX3通過誘導血小板衍生生長因子受體（PDGFR）-β的表達和保護免受氧化應激，促進神經元的存活，并與突變相關的轉錄因子3（RUNX3）相關，并反應轉化生長因子（TGF）-β信號轉導，這是纖維化的重要介質[19]，而纖維化在房顫發生中發揮重要作用。除此以外，炎癥作為房顫的獨立危險因素，在房顫發生和維持的病理生理機制中起重要作用，ZFHX3可與活化STAT3蛋白抑制劑（PIAS3）的末端相互作用，通過與活化的酪氨酸磷酸化STAT3二聚體結合從而阻止DNA與復合物結合。STAT是信號轉導和轉錄激活因子，在起搏誘導的房顫豬模型中，STAT作為不同炎癥信號傳導途徑的主要下游介質介導炎癥過程。研究者在起搏誘導的持續性房顫中觀察到STAT3的表達增加，并且ZFHX3的下調可以激活STAT3，這表明ZFHX3可以調節心房電活動并且有助于房顫的發生[20]。此外，鈣調節在房顫病理生理中發揮重要作用，研究發現敲除ZFHX3的心房肌細胞鈣穩態失調，房性心律失常增加，這也可能是導致房顫發生的原因[21]。已有研究表明，ZFHX3還可調節內皮細胞中不同生物過程中的蛋白質酰基化。酰基化作為錯誤折疊和受損蛋白的第三種質量控制，是多種心臟病和心力衰竭的發病機制，ZFHX3也可能通過介導相關蛋白的酰基化在房顫中發揮作用[22]。

ZFHX3可能通過調節PITX2活性，介導炎癥及纖維化，調節鈣穩態，介導相關蛋白的酰基化等多種途徑導致房顫的發生。

3 TBX5

2010年，Hilma Holm[23]在歐洲人群中通過GWAS確定了一個與PR間期、QRS持續時間延長相關的變異位點：rs3825214。該位點位于TBX5基因的最后一個內含子中，并在冰島和挪威病例對照研究中證實了TBX5與房顫的相關性。2013年，TBX5中的rs3825214被證明與中國漢族人群中的孤立性房顫相關[24]。另一項整合GWAS，順式-eQTL和功能評估等多種技術的大規模研究復制了歐洲人和日本人中TBX5和房顫之間的關聯[25]。

TBX5屬于進化上保守的T-box轉錄因子家族，是參與心臟傳導系統發育的轉錄因子。TBX5顯性突變是

Holt-Oram綜合征的基礎，其特征之一包括房顫風險增加[26]。研究發現，在沒有其他心臟病變的成年性小鼠中，特異性敲除TBX5可以導致心房基因調控網絡功能障礙和房顫[27]。此外，TBX5可以調節許多基因的表達，包括ANP和CX40。其中，ANP調節多種離子通道的表達，縮短心房動作電位持續時間。而CX40的表達改變可能會增加傳導異質性，從而為房顫創造基質[28]。最后，TBX5還可以與TBX3相互作用，TBX3控制竇房結基因程序，誘導起搏器活動并改變心房肌的異位自動性[20]。

4 PRRX1

2012年，Ellinor PT[29]通過meta分析發現PRRX1基因上的單核苷酸多態性位點rs3903239與房顫的風險相適應，但最近在中國漢族人群和希臘人群的重復試驗中并未發現該位點與房顫相關[30，31]。

PRRX1位于染色體1q24，編碼同源轉錄因子，在發育心臟中的結締組織中高度表達[29]。PRRX1對于形成肺靜脈至關重要，在PRRX1敲除小鼠模型中肺血管發育不全。肺靜脈起源的異常電活動可以在許多病理條件下觸發和維持房顫，肺靜脈中心肌的分布和結構也會影響房顫的射頻消融[20]。PRRX1調節變異是否與發展過程中肺靜脈結構或功能的先天性改變相關，或者與生命后期改變的活動相關聯尚不清楚，需要進一步研究。

最近，Tucker[32]發現在人胚胎干細胞衍生的心肌細胞和胚胎斑馬魚中，抑制PRRX1可導致心房動作電位持續時間的縮短，這種電生理的改變可能促進房顫的發生。PITX2和PRRX1的功能研究共同表明通過調節肺心肌發育或功能可能增加房顫風險。雖然PITX2位于多個房顫 GWAS相關基因的上游，并且可以改變這些基因的功能，但PRRX1未被PITX2修飾，PITX2和PRRX1之間未發現遺傳相互作用[30]。雖然PRRX1可能與房顫相關，但具體機制仍需進一步研究。

5 總結與展望

在過去幾年中，與房顫遺傳學相關的研究數據迅速增加。其中，GWAS已經確定了許多與房顫相關的常見遺傳變異，并且相關研究仍在繼續發展，以更好地了解各種基因和房顫之間的關聯。但這些變異增加房顫易感性的直接機制仍然知之甚少。其中，轉錄因子在房顫的發病機制中發揮重要作用，這些突變和SNP及其潛在的致病機制將有助于制定房顫的靶向治療策略。房顫相關轉錄因子調控模型的建立可以進一步了解房顫遺傳學意義，調控的確切靶點可能成為房顫治療的新方向。

此外，通過進一步研究已發現的基因并發現新基因，可以更好地了解房顫發展的遺傳模式和遺傳基礎。最終的目標是以某種方式將遺傳風險因素的知識整合到臨床實踐中，比如利用基因技術診斷房顫尤其是隱匿性房顫進行早期干預，降低房顫并發癥例如卒中等栓塞事件的發生，改善預后，節約醫療成本，這也更符合精準醫學的發展需求。盡管基因檢測前景巨大，但目前還沒有建立可用于臨床實踐的統一遺傳風險分層方法。為此，我們仍需要在該領域繼續進行研究，以確定基因與房顫的更強關聯，并且需要更好地了解房顫病理生理特征，從而更好的服務于臨床。

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本文編輯：趙小龍