SCN5A基因突變致相關(guān)遺傳性心臟病*

劉慧慧 單其俊

大量的研究發(fā)現(xiàn)，SCN5A基因的突變與多種心臟疾病有著密不可分的關(guān)系。筆者綜述SCN5A的結(jié)構(gòu)和功能及其在疾病中SCN5A突變潛在的病理生理的機制，以及SCN5A突變與相關(guān)心律失常等疾病在診斷和臨床部分治療上的相應進展。

1 SCN5A基因的結(jié)構(gòu)和功能

SCN5A基因是心臟鈉離子通道編碼基因的家庭成員，它編碼了心肌鈉離子通道的成孔離子傳導的α亞基。SCN5A是一個大組的基因，普遍存在于物種中，位于染色體3P21，有28個外顯子，編碼2 016個氨基酸，分子量為227 kD。鈉離子通道由SCN5A基因編碼，由一個細胞內(nèi)的N-末端、C-末端及4個結(jié)構(gòu)上同源的結(jié)構(gòu)域(DⅠ-DⅣ)相互連接而成。每個領(lǐng)域包括6個跨膜片段(S1-S6)，通過細胞外和細胞內(nèi)的回路相互連接。4個結(jié)構(gòu)域折疊成一個離子傳導的孔隙，S5和S6之間的細胞外的環(huán)即P環(huán)連成一片。據(jù)研究，P環(huán)調(diào)控離子的選擇性和滲透性。

2 SCN5A基因突變病理生理的機制

SCN5A編碼NaV1.5，即心肌鈉通道蛋白，NaV1.5指鈉通道家屬亞科1的成員5，此為電壓門控依賴性，門控被電壓轉(zhuǎn)變調(diào)控。NaV1.5優(yōu)先表達于心肌的閏盤，與其他一些蛋白相互作用，調(diào)節(jié)了生物合成、運輸、細胞膜的穩(wěn)定性，門控通道及NaV1.5蛋白的降解。SCN5A的突變會破壞NaV1.5的門控特性。心臟鈉離子通道中，Na+流從細胞外環(huán)境涌入心肌細胞，形成鈉離子內(nèi)向電流(INa)。INa是心房、心室、浦肯野肌細胞去極化的原因。當膜去極化，從鄰近細胞觸發(fā)帶正電的S4片段向外移動，導致通道的開放(即快速激活)。Na+快速進入細胞，即動作電位去極化狀態(tài)(0期)。激活的同時伴隨著失活，分為快失活和慢失活。有3期復極化時，一小部分的NaV1.5會持續(xù)開放或過早地再活化，分別平衡晚期鈉電流(INa-L)或窗電流。窗電流短暫發(fā)生于細胞膜充分去極化，再活化一些鈉離子通道。細胞膜在達到電壓之前，不可活化通道。在健康條件下，窗電流電壓范圍是窄的，在心臟電生理學起一個限制的作用。當SCN5A突變時，NaV1.5的門控特性也發(fā)生著變化。據(jù)研究表明功能缺失的突變，會導致SCN5A更低的表達水平或產(chǎn)生NaV1.5蛋白的缺陷；而功能獲得性突變會導致更多的鈉離子通過異常通道門控而涌入心肌。這些基因的異常均會致相應離子通道蛋白結(jié)構(gòu)和功能的異常，進而導致各式的遺傳性疾病。

3 與SCN5A基因突變相關(guān)的疾病

SCN5A基因突變引發(fā)心律失常，可分為功能缺失突變與功能獲得性突變。功能缺失突變形成無功能通道或通道的快速失活；和(或)減弱鈉通道的快速失活的過程，以Brugada綜合征(Brs)為典型代表。病竇綜合征(SSS)部分由功能缺失SCN5A突變引起。功能獲得性突變引發(fā)通道功能減慢或加快，和“晚期鈉電流”增加，從而致使動作電位時程延長，以長QT間期綜合征(LQTs)為典型代表。當功能缺失突變增加和功能獲得性突變均出現(xiàn)時，即出現(xiàn)了重疊綜合征。

3.1SCN5A與Brs 1992年，Brugada兄弟初次報道了一組病例，被命名為Brs。其特點為典型的右心前區(qū)ST段抬高與室性心律失常相關(guān)。心電圖示右胸導聯(lián)(V1～V3)ST段抬高，伴或不伴右束支傳導阻滯，多形性室性心動過速(簡稱室速)或心室顫動(簡稱室顫)，反復發(fā)作心源性猝死或暈厥。1998年Chen等[1]檢測6個家系，發(fā)現(xiàn)SCN5A存在3種突變。即第21外顯子上堿基位點3 944的堿基C被T替換，色氨酸取代精氨酸(R1232W)和28外顯子5 009堿基C被T替換，蛋氨酸替代蘇氨酸(T1620M)。同時，發(fā)現(xiàn)密碼子1 397處缺失1個堿基A，產(chǎn)生終止密碼子，致鈉通道缺失DⅢ/S6、DⅣ/S1-S6和羧基端部分。其中包含錯義突變、插入突變、缺失突變。近年來，也有不少研究報道了Brs的出現(xiàn)與SCN5A其他堿基突變的關(guān)系。2006年梁鵬等[2]發(fā)現(xiàn)了與BrsSCN5A基因的三個新突變，即V95I、A1649V、delF1617。因而，他們大膽提出中國人Brs的突變位點與外國人的突變位點不同。2012年劉福強等[3]針對3例Brs患者，對他們進行家系研究且明確分子遺傳學病因。發(fā)現(xiàn)1 192號密碼子第二位堿基由A置換G，致影響鈉通道蛋白。在此研究中還發(fā)現(xiàn)了R1192Q基因攜帶者人群，考慮與基因突變不全外顯有關(guān)。2017年陳燕玉等[4]報道了中國人Brs的SCN5A基因在第1 712位密碼子第1個堿基G→T改變，相應編碼的氨基酸由甘氨酸(G)突變?yōu)榘腚装彼?C)，從而發(fā)現(xiàn)了新突變位點,G1712錯義突變導致NaV1.5通道功能損壞，降低INa的門控特性[5]，延遲激活或更快地失活?，F(xiàn)如今基因診斷相關(guān)遺傳疾病的手段被廣泛應用，國際上發(fā)現(xiàn)Brs的發(fā)病與20多個基因的突變有關(guān)，例如有編碼鉀通道、編碼鈣通道以及與其他心臟離子通道相關(guān)的基因。但在我國基本上多數(shù)的Brs的發(fā)生與SCN5A突變有關(guān)[6]，因此在我國疑為Brs的患者,首先排除篩選出SCN5A突變的可能性，這里也不排除有其他的基因或因素綜合作用導致。因此，應用SCN5A基因突變致遺傳變異解釋所有的Brs有一定的局限性，在臨床決策中做相關(guān)基因咨詢以及分子診斷時，一些罕見的基因突變以及基因與基因的疊加效應致Brs的情況下做出診斷需要更加謹慎[7]。

Brs極其兇險，死亡率也高，疾病的預后較差。在Brs的診斷和治療方面仍是一個難題，科學家和臨床醫(yī)生做了大量的嘗試。眾所周知，Brs有其獨特的心電圖模式，分3型。然而，Ⅰ型最具典型性，對Brs的診斷具有診斷價值[8]。其特點為心電圖右心前導聯(lián)V1～V2呈穹隆形ST段抬高2 mm，隨之T波倒置，V1～V3未見等電位分離。在近些年，為了能夠更加快捷地找到典型的Brs心電圖波形，最先將心電圖右心前區(qū)導聯(lián)放置于胸前區(qū)的高位，運用了12導聯(lián)的24 h心電監(jiān)測進行篩查，同時在未見典型心電波形的情況下進行藥物激惹試驗[8]。在確診為Brs后，臨床上常植入埋藏式自動轉(zhuǎn)復除顫器(ICD)。經(jīng)過多年研究，SCN5A突變致NaV1.5通道功能損壞，從而導致INa的減少，而瞬時外向鉀電流(Ito)明顯增加，在心電圖上表現(xiàn)為J點抬高和ST段的抬高，此機制早已明確。針對Brs的病理生理機制提出了三種假說[9]：①去極化假說：右室流出道(RVOT)傳導緩慢可能與Brs心電圖和心律失常的發(fā)生發(fā)展有關(guān)。②復極理論：右室心外膜電流平衡向外轉(zhuǎn)移可導致復極化異常。③神經(jīng)嵴遷移理論:Brs可能與胚胎學過程中神經(jīng)嵴的異常表達有關(guān)。SCN5A基因突變致家族遺傳性Brs通過基因敲除或是引入治療基因突變相關(guān)的質(zhì)粒誘導通道的正常表達等方法只是治療的一方面設(shè)想，想付諸臨床還需較長的時間去深入探索。這樣的基因干預路線也是復雜的，畢竟Brs可能與其他基因或是基因與基因之間的疊加效應有千絲萬縷的聯(lián)系。遂目前最簡單看似易行的方式就是藥物治療替代ICD的治療。通過藥物減弱Ito電流，彌補基因突變導致的通道異常表達已被臨床廣泛應用。但是理想的且立竿見影的藥物在臨床應用中確實異常缺乏。目前應用最多的是奎尼丁，是一種Ia類鈉通道阻滯劑，減慢動作電位0相上升速度，延長動作電位時程，主要發(fā)揮對Ito的抑制作用。Valdivia等[10]相關(guān)研究顯示患者在植入ICD后，多次出現(xiàn)放電和暈厥事件，但加用奎尼丁后，ICD的放電次數(shù)減少。在后續(xù)的臨床研究中發(fā)現(xiàn)高劑量(900～1 500 mg/d)的奎尼丁對所有類型的Brs患者及電風暴均有效，而低劑量(200～600 mg/d)的奎尼丁的應用效果不如高劑量的使用情況[11]。其次是異丙腎上腺素的使用。異丙腎上腺素是β受體激動劑，可以減少患者的迷走張力，增加鈣的電流，降低心內(nèi)膜與心外膜之間的電位梯度，增加心率，可以降低Ito的電流[12]，使升高的ST段恢復正常。磷酸二酯酶Ⅲ型抑制劑如西洛他唑的作用原理類似于異丙腎上腺素，增加內(nèi)向鈣的電流，使升高的ST段回落。臨床上使用這些藥物均可減少室性心律失?；騃CD電風暴的復發(fā)。目前藥物的循證醫(yī)學資料并不算十分充足，有相關(guān)報道提示受體阻滯劑在Brs的治療中是無效的，甚至可能是有害的[12]。丙比胺、美西律、4-氨基吡啶、克拉霉素的應用[12]均在相關(guān)機制上抑制了Ito，且在一定程度上達到了治療Brs的作用。

3.2SCN5A與LQTs LQTs特點為QT間期延長，ST-T易變，室性心律失常，暈厥和猝死的一組綜合征，該癥候具有家族遺傳性。細分LQTs，可分為十幾種，不同的LQTs其臨床表現(xiàn)不同，致病基因也完全不同[13]。遺傳性LQTs最多見為LQT1、LQT2、LQT3。LQT1、LQT2與鉀電流相關(guān)，LQT1的致病突變基因是KCNQ1，LQT2致病基因是KCNH2。LQT3則主要與SCN5A突變相關(guān)，使平臺期非失活的鈉離子電流延遲，從而延長動作電位時程。LQT3各方面均不同于LQT1與LQT2。LQT3多發(fā)生于心率緩慢時，QT間期的延長。QT間期反映了由鈉、鈣、鉀等不同的心臟離子電流協(xié)調(diào)的心室動作電位的復極化。當鉀電流減少(功能喪失)或鈉或鈣電流增加(功能增加)是由離子通道或相關(guān)蛋白突變引起時，動作電位持續(xù)時間延長，在12導聯(lián)心電圖上表現(xiàn)為QT延長[14]。即有研究發(fā)現(xiàn)，由Na+的持續(xù)涌入，通過Na+-Ca2+交換致Ca2+超載，從而對心臟的收縮、舒張有不利的作用。在2016年，有作者報告一例LQTs的老年女性，父親及兒子均有猝死史。通過基因檢測發(fā)現(xiàn)攜帶SCN5A基因突變A1185T和AKAP9基因突變R3255G[15]。由于患者親屬均有猝死史的原因，因而推測A1185T突變攜帶者具猝死高風險。由于LQTs分型復雜，且仍然存在很多并未報道或是正在發(fā)現(xiàn)的與疾病相關(guān)的基因序列，這在診斷或是治療方面都存在一定的困難，這樣的變異性還有待于研究建立基因型-表型的關(guān)系，才可以用于臨床[14]。但是相比于Brs，基因測序在LQTs的診斷上更有重要的臨床意義，同時發(fā)現(xiàn)SCN5A的基因覆蓋度是最好的[16]，這對診治LQT3非常有幫助。結(jié)合相關(guān)心電圖以及電生理檢查，進一步的基因檢測發(fā)現(xiàn)更多的基因以及堿基突變的位點，加強臨床醫(yī)生的診斷和早期的干預，同時針對心電圖正常且電生理證據(jù)不明朗時，基因的檢測結(jié)果顯得尤為重要。因此，在基因突變無癥狀的攜帶者中，基因的檢測能夠讓臨床醫(yī)生對LQTs患者的危險分層、治療方案的制定、預后的判斷更有信心[17]。LQTs是基因突變性疾病，主要問題在于基因。早在2007年便有文章敘述對先天性LQTs相關(guān)突變基因的克隆以及真核表達載體的構(gòu)建，并且取得了成功，對基因病致病機制的研究以及相關(guān)基因的結(jié)構(gòu)和功能有較好的認識，為基因的治療提供了有利的條件[16]。目前針對該病的治療手段有β受體阻滯劑、外科左側(cè)交感神經(jīng)節(jié)切除術(shù)、植入ICD、起搏器治療和基因治療。β受體阻滯劑能夠有效減少心血管事件，尤其是LQT1和LQT2[18]。在LQT3的患者中，使用β受體阻滯劑造成心率減慢，INa-L、動作電位時程及跨膜離散度增大，可促進早期后除極等觸發(fā)激動，最終發(fā)生心臟事件，因此很少作為LQT3的首選[19],聯(lián)合用藥時多使用非選擇性的且有鈉通道阻滯作用的β受體阻滯劑如心得安，較少使用選擇性阻滯劑如倍他樂克。臨床上多使用利多卡因、氟卡尼、雷諾嗪等相關(guān)藥物，目前藥物的使用還需要根據(jù)每個病人年齡、性別、QTc持續(xù)時間和之前的癥狀等來判斷[18]。針對SCN5A突變致LQTs的基因特異性治療還需要深入研究，且每個患者的治療效果也不盡相同。在LQTs中，反復發(fā)生心臟驟?；蚴菚炟实幕颊?，建議行心臟左側(cè)交感神經(jīng)節(jié)切除術(shù)。在服用了β受體阻滯劑后仍有癥狀者，多使用心臟起搏治療。2016年李國棟等[20]在研究中發(fā)現(xiàn)美托洛爾聯(lián)合心臟起搏器比單用心臟起搏器更好，疾病的發(fā)作頻率有所下降。在面臨高危人群時即QTc間期≥539 ms時只有植入ICD[21]。然而并未發(fā)現(xiàn)植入除顫器對LQTs的治療有十分有效的影響，除顫器的不恰當放電更會導致惡性心律失常和其他惡性事件的發(fā)生。

4 其他SCN5A相關(guān)疾病

4.1SSS SSS由竇房結(jié)及其鄰近組織病變引起竇房結(jié)起搏及傳導功能的障礙。該綜合征多以老年人為主。有小鼠的模型發(fā)現(xiàn)SCN5A功能缺失的突變，正與SSS相關(guān)。2013年，張季謙等[28]的研究表明：SCN5A基因突變是導致竇房結(jié)起搏功能異常的主要原因。在兔子模型中研究外界環(huán)境對SSS的調(diào)節(jié),在基因測序中，發(fā)現(xiàn)位于SCN5A基因兩個位點(T220I和delF1617)異常使Na+電流減少，從而影響竇房結(jié)起搏功能。2009年相關(guān)中國南方漢族文獻[29]顯示D1819D多態(tài)位點也可能與SSS發(fā)生關(guān)聯(lián)，CC是保護基因型，C等位基因為保護基因，T等位基因為易患基因。SSS的致病基因?qū)W難以用散在的病例探究清楚，而以一個家系為單位去探究可能是最好的模型。熊夢婷等[30]于2015年報道了一家系SSS與SCN5A發(fā)病的關(guān)系，此家系涉及15名成員，對家系中成員遺傳基因進行深入的研究，經(jīng)測序發(fā)現(xiàn)SCN5A外顯子17以及HCN4外顯子8的兩個同義突變。我們知道SSS是多見的，而家族性SSS則是非常少見的，因此，明確家族性SSS病因?qū)χ委熀皖A防SSS起著重要的作用。SSS多用阿托品、異丙腎上腺素、氨茶堿等藥物治療，當緊急情況時，一般應急處理時需起搏治療。近年來，中西醫(yī)結(jié)合的治療取得了較好的成效，研究發(fā)現(xiàn)麝香保心丸和氨茶堿合用治療SSS的效果比單用氨茶堿的效果更好[31]。因此，中西醫(yī)結(jié)合的治療還是值得提倡的。

4.2特發(fā)性心房顫動 特發(fā)性心房顫動(簡稱房顫)也與多基因有關(guān)，其中與SCN5A功能缺失突變有一定的關(guān)聯(lián)。有相關(guān)研究推測相關(guān)機制：①通過延長動作電位持續(xù)時間，促進早期去極化發(fā)生；②通過心臟舒張期間期增強Na+進入心房肌，從而促進延遲后去極化發(fā)生[32]。多基因突變與特發(fā)性房顫有關(guān)，如Mink38G[33]等位基因及ACE[34]基因I/D多態(tài)性。2012年劉川等[35]通過病例對照分析，發(fā)現(xiàn)SCN5A基因A1673G多態(tài)性與孤立特發(fā)性房顫有關(guān)，對房顫相關(guān)研究又有了一個深入的認識。

4.3SCN5A重疊綜合征 近些年的研究表明，單個SCN5A基因突變可引起2個及以上疾病特征存在，即所謂的“SCN5A重疊綜合征”。在一個家系，發(fā)現(xiàn)同時表現(xiàn)為BrS、LQT3及DCM重疊。2015年高潔等[36]研究鈉通道重疊綜合征相關(guān)基因SCN5A在H9C2細胞中的表達，推測SCN5A突變可影響鈉通道而影響功能，從而致多個臨床表型。因此，當多個遺傳性心臟病出現(xiàn)于同一病人時，我們需要仔細排查并考慮可能與SCN5A的突變有密切關(guān)系，在條件允許的情況下，讓病人做基因組測序和家族譜系的遺傳篩查。

5 結(jié)語

SCN5A突變與Brs、LQTs、DCM、SSS、特發(fā)性房顫等疾病的發(fā)生有一定的關(guān)聯(lián)。SCN5A突變影響鈉離子通道和相關(guān)蛋白的表達從而導致一系列的心臟離子通道病。如今通過基因測序和分子遺傳的手段診斷疾病，基因靶向治療和相關(guān)的替代療法來彌補基因缺陷的研究取得了一定的成果，在臨床上有助于提高醫(yī)生對疾病預防、診治、預后的認識判斷，制定出更科學的管理策略。此外，科學家還應進一步闡明SCN5A相關(guān)疾病的遺傳結(jié)構(gòu)，識別可能影響SCN5A突變最終結(jié)果的新的遺傳和非遺傳因素。這些因素的識別有助于更好地了解SCN5A突變的臨床外顯率和表達率的變異性，并預測SCN5A突變載體的表型和疾病嚴重程度[37]。