家族性心房顫動家系攜帶NEXN和JPH2基因突變分析

馬宗賓 趙永輝 劉倩玲 張智文

(河南大學人民醫院 河南省人民醫院 華中阜外醫院，河南 鄭州 450003)

心房顫動(房顫)是臨床常見的一種心律失常，人群中房顫的發生率約為0.4%，房顫的患病率及發病率均隨年齡增長而逐步增加，中國房顫患者年齡<60歲男女患病率分別為0.43%和0.44%，年齡>60歲男女患病率分別增長至1.83%和1.92%[1]。房顫患者發生缺血性腦卒中的風險是非房顫患者的4～5倍，因此闡明房顫發生的分子生物學機制是目前治療房顫的關鍵。房顫的發生通常與心臟病理有關，這些病理包括高血壓心臟病、心肌病、瓣膜病或動脈粥樣硬化等，但它也可在無先前心臟病理或任何已知危險因素的情況下出現[2]，這類情況下的房顫通常被稱為孤立性房顫。孤立性房顫中有家族史者稱為家族性房顫，家族性房顫與基因變異密切相關。本研究應用全外顯子測序技術結合Sanger測序法對1例房顫患者及其家系成員進行基因篩查，確定該家族房顫相關致病基因及變異類型，進一步闡述了房顫發病的分子生物學機制，對房顫的早期診斷、遺傳干預以及對房顫的基因組學研究具有重要的臨床指導意義。

1 對象及方法

1.1 研究對象

本研究共納入研究對象111例，其中先證者及其家系三代成員10例(男性7例，女性3例)，健康組共101例(男性60例，女性41例)。房顫診斷標準符合《2019 AHA/ACC/HRS房顫患者管理指南》。先證者是1例55歲男性患者(Ⅱ-3)(見圖1)，間斷心悸和胸悶4年，多于活動后發生，當地醫院診斷為“陣發性房顫、高血壓”，每日口服美托洛爾緩釋片47.5 mg，效果不佳，心電圖顯示：心律失常、快速性房顫。于河南省人民醫院行“經心導管射頻消融術”，術后未再發房顫。先證者父親(Ⅰ-1)間斷胸悶和心悸，最初心電圖檢查顯示“頻發房性期前收縮，短陣房性心動過速”，后發展為陣發性房顫。先證者哥哥(Ⅱ-2)4年前同樣因間斷心悸就診于當地醫院，心電圖顯示“快速性房顫”，2年前于本院行射頻導管消融術后恢復竇性心律，未再復發。先證者的弟弟(Ⅱ-5)和妹妹(Ⅱ-7)近2年來存在活動后心慌等癥狀，就診于本院，心電圖均顯示“持續性房顫”，房顫持續2年余，口服藥物治療，均未行射頻導管消融術。先證者外甥(Ⅲ-4)有晨起突發胸悶不適，初次就診時心電圖未見明顯異常，但6個月的隨訪后，其動態心電圖呈陣發性房顫發作。

注：○表示為女性，■●表示為發病者，□表示為男性，/表示為已死亡，↘表示為先證者。

1.2 方法

收集先證者及其家系的臨床資料，包括病史采集和體格檢查，采集12導聯心電圖和超聲心動圖，繪制家系圖譜(見圖1)。所有研究對象簽署知情同意書后，采集其外周血標本，提取送檢樣本的基因組DNA，經片段化、連接接頭、擴增純化后，使用雜交捕獲方法制備DNA文庫，然后采用高通量測序平臺檢測人類全外顯子組中20 099個基因的外顯子區域及旁側內含子區域(20 bp)。將測序數據與人類基因組hg19(GRCh37)參考序列進行比對，并對目標區域的覆蓋度和測序質量進行評估(受檢者參數見表1)。

參照2015年版美國醫學遺傳學與基因組學學會(ACMG)指南對變異的致病性評估，當檢出的致病或可能致病變異存在于常染色體隱性基因中時，實驗室通過高通量測序以及Sanger測序法確保該基因編碼序列的覆蓋率為100%。確定致病基因后對先證者家系其余成員進行相同位點檢測，通過與患者妻子及100例健康人相應基因位點對照得出結論。最后使用Polyphen2、MutationTaster和Provean三種軟件進行突變基因功能檢測，利用Swiss-Model軟件分析突變前后的蛋白質三維結構模型。

2 結果

通過對先證者進行基因測序發現先證者存在NEXN基因雜合變異c.919C>A(p.P307T)和JPH2基因雜合變異c.1088G>A(p.R363H)。

NEXN基因雜合變異導致核苷酸編碼的序列第919位堿基由C變為A，導致編碼的307位氨基酸由脯氨酸突變為蘇氨酸(p.P307T)(圖2)。JPH2基因雜合變異導致核苷酸編碼的序列第1 088位堿基由G變為A，導致編碼的363位氨基酸由精氨酸突變為組氨酸(p.R363H)(圖3)。

圖2 NEXN基因c.919C>A雜合變異位點

圖3 JPH2基因c.1088G>A雜合變異位點

對該家系除先證者外其余9位家庭成員及101例健康人員分別進行NEXN基因和JPH2基因掃描發現，先證者家系有4例攜帶NEXN基因突變(Ⅰ-1、Ⅱ-2、Ⅱ-7和Ⅲ-4)，2例攜帶JPH2基因突變(Ⅰ-1和Ⅱ-9)，其中先證者父親同時存在上述兩種突變(表2)。先證者妻子(Ⅱ-4)及100例健康對照者中未檢測出NEXN基因c.919C>A(p.P307T)變異及JPH2基因c.1088G>A(p.R363H)變異。

表2 先證者家系其余成員變異基因攜帶及發病情況

兩種突變所在區域的氨基酸序列高度保守，Polyphen2、MutationTaster和Provean三種軟件預測該位點的NEXN基因雜合變異和JPH2基因雜合變異均為有害變異。Swiss-Model軟件預測突變后的蛋白質結構導致蛋白功能的改變，從而引起疾病的發生(圖4和圖5)。

圖4 NEXN基因c.919C>A(p.P307T)突變蛋白的結構模擬圖

圖5 JPH2基因c.1088G>A(p.R363H)突變蛋白的結構模擬圖

3 討論

房顫的發生受多種因素影響，遺傳是其中重要的因素之一，具有家族性房顫史者，若一級親屬確診房顫，則本人罹患房顫的風險增加約40%[3]。房顫的病理生理機制主要是心房重構、自主神經調節、房顫時心房肌組織腎素-血管緊張素-醛固酮系統活性升高等方面[4]，房顫患者多表現為心悸、頭暈、胸悶和乏力等癥狀。本研究在1個房顫家系中發現NEXN基因c.919C>A(p.P307T)雜合突變和JPH2基因c.1088G>A(p.R363H)雜合突變。生物信息學預測該突變可能是新的致病基因。

NEXN基因編碼Nexilin，Nexilin是一種心臟Z盤蛋白，其功能是保護心臟Z盤免受肌節內產生的力，Nexilin突變使心臟Z盤不穩定，導致擴張型心肌病[5]。有研究證實NEXN是中國漢族人群中一種新型的冠狀動脈疾病易感基因[6]。目前證實NEXN基因相關疾病為擴張型心肌病1CC型和肥厚型心肌病20型，是常染色體顯性遺傳。臨床表現主要為心臟擴大、左心室肥大、室間隔增厚、房顫、降低的左室收縮功能和左室舒張功能等[7]。NEXN基因的p.P307T變異未在相關臨床病例中被報道過。依據美國ACMG變異分類指南[8]，這個變異為“3類-意義未明”，結合患者的臨床表現，推斷NEXN基因的p.P307T變異為房顫致病基因變異位點。

JPH2基因編碼Junctophilin-2蛋白(JPH2蛋白)，JPH2蛋白主要分布在心肌組織，是存在于心肌細胞膜L型鈣通道與肌質網RyR2(心肌細胞釋放鈣離子的通道)間的膜偶聯復合物，是可興奮細胞和參與細胞內鈣信號轉導的重要亞細胞結構[9]，對細胞內鈣穩態調控發揮重要作用。JPH2基因的改變會導致胞內鈣信號傳導異常，繼而引起心力衰竭、心肌病和心律失常等一系列疾病。有研究[10]發現JPH2基因在房顫時明顯下調，這表明房顫使JPH2蛋白功能下調，心房肌興奮收縮脫偶聯，興奮收縮偶聯效率降低，細胞內鈣調節紊亂，進而影響心房肌的收縮功能。Sabater-Molina等[11]研究發現JPH2基因突變可導致擴張型心肌病。Beavers等[12]研究證實JPH2基因中的E169K突變會導致RyR2穩定性受損，導致房顫。目前JPH2基因的p.R363H變異未在相關臨床病例中被報道過。依據美國ACMG變異分類指南[8]，這個變異為“3類-意義未明”。結合患者的臨床表現，筆者推斷JPH2基因的p.R363H變異為房顫致病基因變異位點。

綜上所述，本研究利用二代測序技術在1個中國房顫家系中發現了NEXN基因c.919C>A(p.P307T)雜合突變和JPH2基因c.1088G>A(p.R363H)雜合突變，該突變位點在中國未見報道。該家系三代成員10人中有6人為房顫患者，2人同時攜帶上述兩種突變，而101例健康人均不存在上述突變，該突變位點可能是該家系房顫的致病基因。利用二代測序技術對房顫患者家系進行檢測，有助于明確房顫患者及其家系成員遺傳易感性，篩查家族性房顫的突變基因，對房顫家系成員的早期診斷具有明確價值，對突變攜帶者進行早期干預及治療具有重要的指導意義[13]。但本研究尚存在一定局限性，本研究中該家系存在NEXN和JPH2基因變異，這種變異與患者家系成員發生房顫密切相關，但目前未能進一步進行相關動物實驗證實此類基因變異導致房顫發生的具體機制。