基因突變在先天性心臟病發(fā)病中的作用研究進(jìn)展

姜殿東，韓波

(山東大學(xué)附屬省立醫(yī)院，濟(jì)南250021)

先天性心臟病(CHD)是由于胎兒期心臟或大血管發(fā)育異常所導(dǎo)致的心血管畸形，占我國出生缺陷的首位，發(fā)病率約為2.5‰～7.7‰[1,2]。目前的研究表明CHD的發(fā)生是宮內(nèi)感染、環(huán)境因素、染色體異常、基因突變及表觀遺傳等多因素導(dǎo)致。隨著對心臟發(fā)育分子機(jī)制的研究和基因測序技術(shù)的發(fā)展，對CHD遺傳基礎(chǔ)的研究逐漸深入，發(fā)現(xiàn)了一系列參與心臟發(fā)育調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄、信號傳導(dǎo)和形態(tài)發(fā)生的關(guān)鍵基因，相關(guān)遺傳學(xué)分析進(jìn)一步證實(shí)單個(gè)或多個(gè)基因遺傳缺陷可導(dǎo)致CHD的發(fā)生，遺傳因素在CHD中的作用越來越受到重視。心臟的發(fā)育由特定的信號分子所激發(fā)，由組織特異性的轉(zhuǎn)錄因子介導(dǎo)，受許多基因時(shí)空特異性表達(dá)的調(diào)控。目前已報(bào)道至少有40多種基因突變與CHD的發(fā)生密切相關(guān)，涉及基因中研究比較全面的有NKX2.5、 GATA4、TBX5、TBX1、NOTCH1、CRELD1、TFAP2B基因。現(xiàn)就其研究進(jìn)展作一綜述。

1 NKX2.5基因突變

1998年Schott等[3]首次在具有CHD高發(fā)生率的4個(gè)家系中檢測到NKX2.5基因3個(gè)位點(diǎn)突變，證實(shí)NKX2.5基因是心臟發(fā)育過程中最早的表達(dá)的基因之一，在胚胎心臟的心肌細(xì)胞分化、房室分隔、傳導(dǎo)系統(tǒng)的形成以及成熟心臟各種功能的維持等方面均發(fā)揮重要的作用，也是最早被發(fā)現(xiàn)并證實(shí)與心臟發(fā)育關(guān)系最密切的基因。目前國內(nèi)外學(xué)者已至少檢測出NKX2.5基因的70多個(gè)突變位點(diǎn)與CHD相關(guān)[4～6]，這些突變位點(diǎn)廣泛分布于NKX2.5基因編碼區(qū)和非編碼區(qū)，且多個(gè)研究證實(shí)同一基因突變位點(diǎn)可有多種CHD表型，同一CHD表型又可對應(yīng)多種突變位點(diǎn)，提示NKX2.5基因可能在心臟發(fā)育的不同階段發(fā)揮著不同的作用，并且存在明顯的地域和人種差異。目前多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，NKX2.5基因突變會引起基因轉(zhuǎn)錄水平的下降，并影響其他與心臟發(fā)育相關(guān)基因發(fā)揮作用，從而導(dǎo)致 CHD 的發(fā)生。

與NKX2.5基因突變相關(guān)的CHD包括房間隔缺損(ASD)、室間隔缺損(VSD)、法洛四聯(lián)癥(TOF)、大動(dòng)脈轉(zhuǎn)位(TGA)、三尖瓣閉鎖(TA)、三尖瓣下移畸形(Ebstein畸形)、右室雙出口(DORV)等，其中以繼發(fā)孔型ASD最多見。Stallmeyer等[7]對121例各種類型的CHD患者進(jìn)行基因序列分析，分別在兩個(gè)ASD家系中發(fā)現(xiàn)兩個(gè)NKX2.5基因位點(diǎn)突變。Wang等[8]在3個(gè)常染色體顯性遺傳的ASD、VSD和TOF的家系中分別檢測出NKX2.5基因的3個(gè)位點(diǎn)突變。Mc Elhinney等[9]檢測了608例CHD患者NKX2.5基因突變情況，在其中18 例患者中發(fā)現(xiàn)12個(gè)突變，其中9例為TOF，3例為ASD，永存動(dòng)脈干(PTA)、DORV、TGA、主動(dòng)脈弓離斷(IAA)、左心發(fā)育不良綜合征(HLHS)、主動(dòng)脈縮窄(CoA)各1例。Goldmuntz等[10]對114例TOF患者進(jìn)行基因測序，在6例患者中發(fā)現(xiàn)了4種雜合子突變，并發(fā)現(xiàn)合并右位主動(dòng)脈弓或肺動(dòng)脈閉鎖(PA)的患者NKX2.5 基因突變發(fā)生率高于一般患者。

Gioli-Pereira等[11]在1例散發(fā)三尖瓣下移畸形的患者中發(fā)現(xiàn)了NKX2.5基因的一個(gè)突變，同時(shí)在其無CHD表型的父母中同樣檢測到了該突變。Granados-Riveron等[12]在1例散發(fā)性ASD患者中檢測到了NKX2.5與 MYH6基因的聯(lián)合突變，其中NKX2.5基因突變來源于無CHD表型的父親，MYH6基因突變來源于無 CHD 表型的母親。Granados-Riveron等[12]對331例患者進(jìn)行NKX2.5、TBX5和GATA4 聯(lián)合檢測，發(fā)現(xiàn)2個(gè)NKX2.5 突變，同時(shí)還有NKX2.5與 MYH6突變、GATA4與MYH6突變伴隨出現(xiàn)的多重雜合突變。據(jù)此可推測散發(fā)性單純型CHD更多是由于多基因聯(lián)合突變引起，單基因錯(cuò)義突變可能只增加CHD患病的易感性。

2 GATA4基因突變

GATA4基因可以調(diào)控多種心臟結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)，并通過其鋅指結(jié)構(gòu)與其他心臟特異性轉(zhuǎn)錄因子相互作用，高表達(dá)于胚胎心臟的整個(gè)發(fā)育過程及成熟心臟，影響胚胎心臟正常結(jié)構(gòu)的形成及功能的發(fā)揮，是心肌細(xì)胞增殖和分化過程中的重要轉(zhuǎn)錄因子，也是心臟前體細(xì)胞的最早期標(biāo)志基因之一[13]。GATA4基因是心臟發(fā)育過程中的一個(gè)劑量依賴型轉(zhuǎn)錄因子，只有表達(dá)量不低于正常水平的30%～50%才能維持心臟的正常發(fā)育和胚胎存活。目前已證明GATA4基因是NKX2.5基因的下游調(diào)控序列，共同參與心臟發(fā)育的調(diào)控[14]。

2003年Garg等[15]在兩個(gè)獨(dú)立的CHD家系中發(fā)現(xiàn)GATA4的兩個(gè)位點(diǎn)突變，首次證實(shí)GATA4基因突變是CHD的致病原因之一，目前研究證實(shí)可引起功能改變的突變位點(diǎn)有59個(gè)[16]。已證實(shí)GATA4基因的多個(gè)突變與多種類型的CHD有關(guān)，如ASD、VSD、房室間隔缺損(AVSD)、DORV、TOF、肺動(dòng)脈瓣縮窄(PS)、HLHS、動(dòng)脈導(dǎo)管未閉(PDA)等，尤其與間隔缺損關(guān)系密切[17,18]。汪希珂等[19]對66例VSD、84例ASD、48例單純性心臟圓錐動(dòng)脈干畸形患兒進(jìn)行GATA4、5、6基因檢測，在1例VSD和1例PTA患兒中均發(fā)現(xiàn)相同的GATA4基因雜合子突變。Okubo等[20]曾研究一個(gè)4代29人的家系，其中11人患有ASD，遺傳分析發(fā)現(xiàn)所有ASD患者均有相同的GATA4基因致病突變，家系非患者成員未發(fā)現(xiàn)這種突變。Chen等[21]在50例心臟間隔缺損患者中發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)GATA4基因雜合突變。劉興元等[22]對160例VSD患者進(jìn)行基因檢測，發(fā)現(xiàn)3個(gè)新的GATA4雜合錯(cuò)義突變。Xiong等[23]在TOF、VSD和PDA患者中發(fā)現(xiàn)了三種GATA4同義突變，這種沉默突變的意義尚未明確。

3 TBX5基因突變

1997年Basson等[24]最早明確TBX5為Holt-Oram綜合征(心-手綜合征)的致病基因，患者表現(xiàn)為ASD和上肢畸形，目前已發(fā)現(xiàn)TBX5的突變達(dá)60余種，在Holt-Oram綜合征中發(fā)現(xiàn)的突變類型有37種[25]，而且不同類型的TBX5基因突變可引起不同嚴(yán)重程度的心臟和上肢畸形。TBX5對心臟發(fā)育的主要作用表現(xiàn)在：發(fā)育初期參與心肌細(xì)胞的分化及房室腔的分化，后期參與室間隔的形成和傳導(dǎo)系統(tǒng)的發(fā)育，尤其是在心房和左心室的發(fā)育中起著獨(dú)一無二的作用[26]。心肌蛋白與TBX5基因相互作用共同參與心臟的發(fā)育。TBX5在心內(nèi)膜中表達(dá)的缺失可導(dǎo)致ASD[27]，TBX5轉(zhuǎn)錄時(shí)點(diǎn)的變化可導(dǎo)致室間隔發(fā)育異常，從而引起VSD和單心室(SV)[28]。目前研究與TBX5基因突變相關(guān)的CHD主要包括ASD、VSD、AVSD、HLHS、SV等。Liu等[29]對192例漢族小兒VSD患者進(jìn)行研究，認(rèn)為TBX5與VSD的發(fā)生密切相關(guān)。

4 TBX1基因突變

1997年Chieffo等[30]首次證實(shí)TBX1是Di Gemge綜合征(人類染色體微缺失綜合征)的致病基因，并將其定位于22q11.2。目前認(rèn)為，TBX1基因是22q11.2微缺失綜合征的核心基因。TBX1在胚胎發(fā)育的過程中參與了咽弓內(nèi)胚層的發(fā)育和排列、動(dòng)脈弓的重塑、神經(jīng)嵴細(xì)胞的分化和遷移過程，與維持心臟圓錐動(dòng)脈干正常發(fā)育密切相關(guān)[31]。TBX1的缺失可導(dǎo)致胚胎階段心臟流出道和主動(dòng)脈弓異常，主要引起圓錐動(dòng)脈干畸形，包括TOF、PA、IAA、DORV、PTA、TGA等，在不同種群間其發(fā)病率存在差異。在歐美人TOF及PA中 22q11.2 微缺失綜合征最為多見[32]，PA的TBX1微缺失陽性率可高達(dá)40%。龔立等[33]對30例PA患兒進(jìn)行TBX1基因檢測，發(fā)現(xiàn)3例TBX1微缺失患兒，其中2例合并VSD，1例室間隔完整。

5 PTPN11基因突變

PTPN11基因是Noonan綜合征的最常見致病基因[34]，約50%Noonan綜合征患者攜帶PTPN11錯(cuò)義突變，約80%Noonan綜合征患者合并心臟病變，以PS最常見，且常伴瓣膜發(fā)育不良，其他包括ASD、肥厚型心肌病(HCM)等[35]。PTPN11基因也是LEOPARD綜合征的主要致病基因，約90%LEOPARD綜合征患者攜帶PTPN11基因錯(cuò)義突變[36]，目前已發(fā)現(xiàn)11種錯(cuò)義突變[37]。LEOPARD綜合征絕大多數(shù)合并心臟病變，以HCM最常見，亦常合并心臟瓣膜病變，包括PS、二尖瓣狹窄(MS)、主動(dòng)脈瓣狹窄(AS)等[38]。此外，少數(shù)LEOPARD綜合征患者可合并ASD、VSD[39]。

6 NOTCH1基因突變

NOTCH1基因主要調(diào)控心臟心室腔和心室肌骨小梁的生長，NOTCH1基因突變也會影響上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化從而導(dǎo)致瓣膜疾病。Acharya等[40]證實(shí)在人的鈣化主動(dòng)脈瓣膜中激活的 NOTCH1顯著減少；Zeng等[41]發(fā)現(xiàn) NOTCH1基因表達(dá)水平的升高和不斷激活可以造成主動(dòng)脈瓣間質(zhì)細(xì)胞的鈣化反應(yīng)。目前已經(jīng)明確NOTCH1基因突變與二葉主動(dòng)脈瓣畸形有一定的關(guān)聯(lián)，可引起先天性AS、CoA、HLHS、TOF等[42]。一項(xiàng)研究報(bào)道發(fā)現(xiàn)TOF患兒NOTCH1基因表達(dá)水平高[43]。

7 CRELD1基因突變

CRELD1基因在心內(nèi)膜高密度表達(dá)，可能通過表皮生長因子(EGF)信號通路影響心內(nèi)膜墊發(fā)育，是第一個(gè)明確與AVSD發(fā)病相關(guān)的基因[44]。CRELD1基因突變主要與AVSD相關(guān)，其他相關(guān)CHD包括ASD、VSD等[45]。Robinson等[46]在50例AVSD患者中發(fā)現(xiàn)3個(gè)CRELD1基因錯(cuò)義突變。袁浪等[47]對67例AVSD患兒進(jìn)行基因測序，在伴21三體綜合征的患兒中檢出1個(gè)CRELD1基因錯(cuò)義突變。

8 TFAP2B基因突變

TFAP2B基因編碼神經(jīng)管嵴相關(guān)轉(zhuǎn)錄蛋白，其在動(dòng)脈導(dǎo)管和主動(dòng)脈弓的發(fā)育過程中呈現(xiàn)出時(shí)空特異性表達(dá)，通過調(diào)節(jié)心臟神經(jīng)嵴來源細(xì)胞的分化而影響動(dòng)脈導(dǎo)管的發(fā)育，從而導(dǎo)致PDA[48]。Chen等[49]對2個(gè)PDA家系進(jìn)行基因測序，發(fā)現(xiàn)了TFAP2B基因突變并產(chǎn)生移碼突變。陳軼維等[50]報(bào)道了國內(nèi)首例單純性PDA家系TFAP-2B基因突變情況，發(fā)現(xiàn)TFAP-2B基因突變可導(dǎo)致家族型PDA。

心臟的發(fā)育是一個(gè)由多細(xì)胞多基因相互作用的極其復(fù)雜的生物學(xué)過程。隨著遺傳學(xué)研究方法的迅速發(fā)展尤其是新一代測序和全外顯子組測序技術(shù)的發(fā)展，越來越多的CHD致病基因突變不斷地被發(fā)現(xiàn)，CHD的遺傳機(jī)制正被逐步揭開。對NKX2.5、GATA4、TBX5等基因突變篩查以及不同基因之間相互作用的研究，有助于發(fā)現(xiàn)新的心臟發(fā)育相關(guān)調(diào)節(jié)因子，明確CHD的潛在致病基因，為今后闡明 CHD 的發(fā)病機(jī)制、基因產(chǎn)前診斷和基因靶向治療等提供新導(dǎo)向。

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