突變基因在擴張型心肌病中作用的研究進展▲

鄧百路 宋 博 盧 謙 葉少武 劉 莉

(1 右江民族醫(yī)學院研究生學院，廣西百色市 533000，電子郵箱：nishidbl@163.com；2 右江民族醫(yī)學院附屬梧州市人民醫(yī)院心血管內(nèi)科，廣西梧州市 543000；3 右江民族醫(yī)學院附屬醫(yī)院心血管內(nèi)科，廣西百色市 533000)

心肌病是一類具有心肌細胞成熟障礙、電生理傳導功能障礙、心肌細胞代謝異常等表現(xiàn)的心臟疾病。擴張型心肌病(dilated cardiomyopathy，DCM)和肥厚型心肌病是心肌病中最常見的類型。DCM是以左室或雙心室擴大、心室壁變薄、心室收縮功能障礙為主要特點的一種原發(fā)性心肌病，是引起心源性猝死和心力衰竭的重要原因，也是全世界心臟移植的主要原因[1]。DCM發(fā)病以中青年為主，且病死率、猝死率較高[2]。患者出現(xiàn)心悸、胸悶、呼吸困難、下肢水腫等臨床癥狀后，1年病死率高達25%，5年病死率升至50%[3]。以往常將DCM的發(fā)病歸因于病毒或細菌感染、藥物、遺傳、環(huán)境等多種因素的共同作用。近年來研究表明，基因突變與DCM的發(fā)病具有密切關(guān)系。因此，本文針對近年來DCM致病的相關(guān)基因突變做一綜述。

1 DCM相關(guān)基因的概述

在DCM的遺傳學病因中，涉及編碼細胞骨架、心肌細胞纖維化和控制核膜蛋白離子通道基因的遺傳突變占比較高[4]。由于基因突變而致病的DCM患者常伴有家族遺傳史，超過40%的DCM患者具有家族遺傳性[5]。有學者進行了家族性DCM的遺傳學研究，共發(fā)現(xiàn)40多種基因突變與發(fā)病相關(guān)[4]，其以常染色體顯性遺傳為主，少數(shù)為隱性遺傳或性染色體遺傳[6]。近年來，針對DCM致病相關(guān)基因的研究飛速發(fā)展，目前已明確超過40個染色體位點與該疾病相關(guān)，根據(jù)DCM致病相關(guān)基因編碼的蛋白在DCM中的具體作用，可將其大致分為細胞骨架及結(jié)構(gòu)相關(guān)基因、心肌細胞膜蛋白及離子通道基因、心肌細胞間質(zhì)基因、其他基因(包括各種轉(zhuǎn)錄因子及肽類)，表1總結(jié)了近20年發(fā)現(xiàn)的DCM相關(guān)基因。

表1 DCM致病相關(guān)基因及其染色體定位

2 DCM致病相關(guān)的基因突變

隨著分子生物學的發(fā)展，與DCM致病相關(guān)的基因庫越來越豐富。FHOD、RBM20、SPEG為近年來新發(fā)現(xiàn)的、且研究較多的DCM相關(guān)基因，故本文重點針對這3個基因進行綜述。

2.1 FHOD基因 FHOD基因主要編碼FHOD蛋白，其有FHOD1和FHOD3兩種亞型。近年的研究顯示，F(xiàn)HOD1和FHOD3基因編碼的蛋白擁有調(diào)節(jié)微管和肌動蛋白肌絲組裝的能力[14]。Formin家族蛋白的結(jié)構(gòu)特征是存在同源結(jié)構(gòu)域1和2，兩者通過末端相互誘導方式聚合在肌動蛋白肌絲上，構(gòu)成肌動蛋白的細胞骨架結(jié)構(gòu)[44]。在以往的觀點中，F(xiàn)HOD1、FHOD3均與心肌細胞成熟有關(guān)[45]。Kühn等[46]研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)HOD1和FHOD3在活體內(nèi)不同部位細胞中的表達活性存在差異，F(xiàn)HOD1在脾臟中高表達，而FHOD3在心肌和骨骼肌中呈高表達。Sanematsu等[14]通過敲除FHOD1基因外顯子序列，證實了即使只有極少量FHOD1蛋白表達的情況下，小鼠的心肌細胞仍能發(fā)育成熟，成年后小鼠并沒有明顯的DCM患病傾向。因此，目前認為與DCM相關(guān)的FHOD蛋白亞型主要為FHOD3[47]。

FHOD3可調(diào)節(jié)心肌細胞中的肌節(jié)組織，它以條紋形式定位于肌動蛋白細絲，可促進心肌細胞中肌動蛋白絲的聚合；若FHOD3基因表達下調(diào)會嚴重影響肌原纖維的完整性[14]。既往研究表明，F(xiàn)HOD3基因編碼的肌原纖維僅限于成人心臟中的Z-帶[48]。但在近年來，有學者通過特殊染色方式定位FHOD3蛋白，可以在發(fā)育階段的肌原纖維中找到該蛋白，其主要存在肌動蛋白與Z-帶之間。Fujimoto等[48]通過基因轉(zhuǎn)染方式將野生型的FHOD3基因轉(zhuǎn)染至FHOD3基因突變的幼年小鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)小鼠心肌細胞肌原纖維可發(fā)育成熟，大量的FHOD3蛋白排列于肌動蛋白肌絲上，且沒有發(fā)生DCM的跡象。Ushijima等[49]發(fā)現(xiàn)，敲除心臟中的FHOD3后，圍生期小鼠在出生后約10 d發(fā)生DCM引起的心源性猝死，經(jīng)免疫組化檢測發(fā)現(xiàn)其心肌存在肌原纖維成熟及組成障礙，這表明FHOD3對于出生后的心臟發(fā)育至關(guān)重要。由此看出，F(xiàn)HOD3基因突變主要通過影響心肌肌原纖維成熟及結(jié)構(gòu)異常導致心肌功能受損而引起DCM。

目前關(guān)于FHOD3基因突變與DCM易感性的臨床研究相對較少。Esslinger等[50]通過對比2 796名DCM患者和6 877名正常人的基因組，發(fā)現(xiàn)6個新的基因多態(tài)性位點(包括FHOD3)，并證實了FHOD3 rs2303510位點 G>A突變與DCM的發(fā)生有關(guān)。Arimura等[51]從家族性DCM患者中檢出FHOD3雜合序列變異，并證實FHOD3 rs3809993位點C>T突變及FHOD3 rs3744903位點T>C突變與DCM的發(fā)生相關(guān)。隨著DCM患者FHOD3基因測序的逐步開展，越來越多的突變位點被發(fā)現(xiàn)，進一步為FHOD3基因突變與DCM易感性相關(guān)提供了證據(jù)，并完善了DCM患者的FHOD3突變基因庫。目前，關(guān)于FHOD3基因與DCM之間關(guān)系的臨床研究仍有較大空缺，在基因診治快速發(fā)展的時代，完善FHOD3基因與DCM的相關(guān)研究有非常大的意義。

2.2 RBM20基因 RBM20基因位于人基因組的10號染色體上，由14個外顯子組成。RBM20蛋白是一種RNA結(jié)合蛋白，由1 227個氨基酸殘基組成，分子結(jié)構(gòu)主要包括3個部分，即鋅指、RNA識別基序和富含精氨酸/絲氨酸的結(jié)構(gòu)域[12]。RBM20蛋白在人體內(nèi)作為一種剪接因子，在心臟和骨骼肌中呈現(xiàn)高表達狀態(tài)[52]。目前已發(fā)現(xiàn)49種基因的外顯子組成呈RBM20依賴性[53]。在心臟中，RBM20蛋白協(xié)助多種心肌蛋白正常表達，如肌聯(lián)蛋白基因和鈣/鈣調(diào)節(jié)蛋白依賴型蛋白激酶Ⅱ型亞基δ基因、FHOD3基因、LIM結(jié)構(gòu)域結(jié)合蛋白3基因、LIM結(jié)構(gòu)域7基因等，都需經(jīng)過RBM20蛋白剪接后才可轉(zhuǎn)錄為相應(yīng)的蛋白[54]。Titin是一種巨大的肌節(jié)蛋白，其作為肌節(jié)中的分子彈簧，具有維持細胞靜息張力和電活動、穩(wěn)定收縮蛋白及傳導收縮力等多種生物學功能，是構(gòu)成肌小節(jié)的重要組成部分[52]。

Titin的錯誤編碼可導致肌小節(jié)完整性破壞，最終由于心肌細胞的收縮功能障礙引起DCM[55-58]。當RBM20基因突變而異常編碼后，通過與含有UCUU序列的RNA元件結(jié)合來抑制Titin前mRNA外顯子的剪接，可導致Titin基因異常拼接，最終Titin蛋白異常增大，并失去正常生物活性[57]。RBM20基因的異常編碼同樣也可引起FHOD3基因異常剪接，致病機制與Titin相似[53]。相關(guān)前沿研究顯示，RBM20基因突變具有通過誘導多能干細胞錯誤分化引起多種疾病的能力，RBM20基因突變或低表達可引起多能干細胞表現(xiàn)出類似DCM患者心肌細胞的分子缺陷；此外，RBM20基因異常表達的心肌細胞排列紊亂、長度異常，有些甚至出現(xiàn)肌纖維斷裂現(xiàn)象[58-59]。RBM20最近被提出作為心肌病藥物干預的潛在靶標，原因是在小鼠實驗中增強RBM20基因和RBM24基因的表達可逆轉(zhuǎn)心臟的肥大重塑[60]。RBM20是目前少數(shù)已識別的剪接因子之一，剪接蛋白因子基因突變所致下游RNA的異常剪接而引起DCM發(fā)病的機制，改變了醫(yī)學界對心肌病分子學致病機制的認識。但RBM20基因在剪接中的作用還有很多是未知的，仍有待進一步研究。

2.3 SPEG基因 SPEG是肌球蛋白輕鏈激酶蛋白家族的成員，位于人類基因組2號染色體上，含有51個外顯子，該基因編碼的蛋白是肌節(jié)的重要組成部分。目前發(fā)現(xiàn)該基因在平滑肌、骨骼肌、心肌中均有表達，在心肌呈高表達。SPEG基因突變引起DCM發(fā)病的機制，考慮主要與橫管發(fā)育、連接膜復合物磷酸化、心肌間質(zhì)纖維化、鈣離子處理等方面有關(guān)。

連接膜復合物是質(zhì)膜和肌漿網(wǎng)之間心肌細胞中激發(fā)-收縮偶聯(lián)的重要結(jié)構(gòu)，其功能與鈣離子處理有關(guān)，正常情況下SPEG可以使連接膜復合物磷酸化，使其發(fā)揮正常功能，維持心肌細胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)。SPEG基因突變時，連接膜復合物磷酸化缺失，進而引起連接膜復合物的功能異常。

SPEG基因是肌細胞特異性基因之一，該基因缺陷可導致心肌纖維化增加、心肌肌管破壞和細胞收縮能力減弱等[61-62]，進而導致DCM。Shu等[61]研究發(fā)現(xiàn)，SPEG基因敲除后小鼠的DCM患病率顯著提高，且免疫組化結(jié)果顯示，其心肌細胞肌原纖維排列紊亂，包括疏松排列、無組織排列，并出現(xiàn)成熟減少、局灶性纖維化和間質(zhì)纖維化增加，同時在骨骼肌纖維中出現(xiàn)了中心放置的細胞核。Agrawal等[19]的動物實驗也證明了SPEG基因位點突變后在橫紋肌纖維中心出現(xiàn)異常定位的細胞核，其改變與DCM、中央核細胞病有密切關(guān)聯(lián)。Quick等[63]的研究顯示，心力衰竭終末期患者的SPEG基因表達減少，部分DCM患者可見心肌纖維化，因此認為SPEG基因的表達異常與心肌細胞纖維化有一定的相關(guān)性。

由于鈣處理對心臟發(fā)育和功能至關(guān)重要，因此對鈣處理相關(guān)的基因突變進行研究可進一步解釋SPEG基因突變?nèi)绾螌е翫CM[62]。肌漿/內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣ATP酶2(sarcoplasmic/endoplasmic reticulum calcium ATPase 2a,SERCA2a)作為鈣離子ATP轉(zhuǎn)運泵，主要存在于心肌細胞中，其在心肌細胞內(nèi)主要通過消耗ATP引起大量鈣離子內(nèi)流，維持肌漿網(wǎng)內(nèi)的高鈣狀態(tài)；當SERCA2a離子通道出現(xiàn)功能障礙時，可引起鈣離子回收障礙，肌漿網(wǎng)內(nèi)鈣離子濃度明顯下降，心肌收縮能力明顯下降[64]。SPEG蛋白與該離子通道存在協(xié)同作用，通過激活、增強SERCA2a離子通道對鈣離子運轉(zhuǎn)能力，從而使肌漿網(wǎng)處于高鈣狀態(tài)[65]。Quan等[66]的研究表明，當SPEG基因表達障礙時，SERCA2a的鈣離子運轉(zhuǎn)能力出現(xiàn)明顯異常，雖仍保留一部分鈣離子運轉(zhuǎn)能力，但肌漿網(wǎng)內(nèi)鈣離子濃度明顯降低。

3 小 結(jié)

過去對DCM致病基因的研究多局限于直接導致心肌細胞成熟障礙等方面。近年來，間接影響而導致DCM的基因逐漸成為研究熱點，以上游元件為主的調(diào)節(jié)蛋白異常而引起DCM發(fā)病的研究成為未來的趨勢。但目前DCM仍無特效治療方案，研究基因突變來解釋DCM的發(fā)病機理顯得尤為重要。推動DCM遺傳學、分子生物學的發(fā)展不僅對其診斷及早期鑒別高危人群有較大意義，對于未來DCM個體化治療更是不可或缺的一部分。