成纖維細胞生長因子同源因子1在心律失常發(fā)病機制中的研究進展

秦 桃，李 青，李菊香

(南昌大學第二附屬醫(yī)院 心血管內(nèi)科， 江西 南昌 330006)

心律失常是心血管疾病中重要的一組疾病。據(jù)統(tǒng)計，2016年美國心血管病死率占總病死率的30%，因心血管疾病導致死亡的人數(shù)約為275萬，而其中43.5%的人死于心源性猝死[1]。心律失常是心源性猝死的主要原因。雖然近年來有關心律失常的基礎研究和臨床治療手段取得了長足的進步，但由于對心律失常的確切發(fā)病機制缺乏全面的了解，發(fā)病率及病死率仍逐年增加。心臟的電重構、結構重構及神經(jīng)激素失調(diào)是心律失常發(fā)生發(fā)展的病理基礎[2]。電重構的主要特征為心臟動作電位的改變，鈉離子通道是心臟動作電位形成和興奮傳導的基礎。因此，鈉離子通道功能障礙會產(chǎn)生異常的動作電位，從而導致各種心律失常的發(fā)生。成纖維細胞生長因子同源因子1(fibroblast growth factor homologous factor 1, FHF1)作為一個新的鈉離子通道調(diào)節(jié)蛋白最初發(fā)現(xiàn)與神經(jīng)系統(tǒng)疾病密切相關，近年來越來越多的研究顯示FHF1可能與心律失常發(fā)生發(fā)展有關，本文就此作一綜述。

1 FHF1的生物學特性

成纖維細胞生長因子同源因子1(fibroblast growth factor homologous factor 1, FHF1)又名成纖維細胞生長因子12(fibroblast growth factor 12, FGF12),是成纖維細胞生長因子同源因子(fibroblast growth factor homologous factors, FHFs)中的一員，屬于成纖維細胞生長因子(fibroblast growth factors, FGFs)超家族。FHF1基因有兩個起始轉錄位點，可產(chǎn)生兩種信使RNA，被翻譯成具有不同氨基末端序列的蛋白質(zhì)，分別稱為A型和B型，彼此之間具有相同的核心結構域和C末端，但具有不同的N末端，其長度和氨基酸序列不同。A型包含較長的N端含有核定位序列，而B型不含核定位序列，定位于細胞質(zhì)[3]。FHFs有4個成員，分別為FHF1(FGF12)、FHF2(FGF13)、 FHF3(FGF11)和FHF4(FGF14)，與FGF的核心同源結構域具有序列相似性。FHF/FGF同源性序列具有30%～40%的氨基酸序列同一性，跨越編碼120～130個氨基酸的區(qū)域，該區(qū)域采用β-三葉形折疊。但是FHFs各亞型間的核心序列彼此更相似，具有65%的氨基酸序列同一性[4]。FHF與FGF的核心存在細微的結構差異，導致其不能結合或激活FGF受體。并且FHF N末端缺乏分泌信號序列，因此其不會被分泌至細胞外。FHF1不作為細胞外生長因子，而是細胞內(nèi)信號蛋白，與絲裂原激活蛋白激酶支架蛋白胰島腦-2(islet brain-2, IB2)結合[5]。除此之外FHF1還可與電壓門控鈉通道α亞基的C末端結合[6]，調(diào)節(jié)Na+電流，在疾病的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用。

2 FHF1與鈉離子通道

電壓門控鈉通道(voltage-gated sodium channel, NaV)是大分子復合物，由成孔α亞基，輔助β亞基和調(diào)節(jié)蛋白組成。α亞基包含N末端，4個結構域(Ⅰ～Ⅳ)和胞質(zhì)C末端，每個結構域包含6個跨膜區(qū)段(S1～S6)以及部分膜折返環(huán)。NaV的C末端具有多種功能，在通道的激活和失活中起關鍵作用[7]。

FHF1可與多種NaV結合，從而調(diào)節(jié)鈉離子通道的功能。在感覺特異性神經(jīng)元中，F(xiàn)HF1與NaV1.9 相互作用，可能會直接影響NaV1.9的功能或者其他鈉離子通道調(diào)節(jié)蛋白與NaV1.9的結合[8]。在小腦顆粒神經(jīng)元中，F(xiàn)HF1與NaV1.2、NaV1.6共定位于軸突的起始段，影響鈉電流，參與調(diào)節(jié)神經(jīng)動作電位的產(chǎn)生和傳導[9]。除了調(diào)節(jié)鈉離子電流，F(xiàn)HFs還影響細胞內(nèi)NaV通道轉運到質(zhì)膜和目標軸突起始區(qū)段。FHF1突變可導致神經(jīng)功能障礙，其導致的鈉離子通道功能變化是早發(fā)型癲癇及小腦萎縮的潛在機制[10]。新近發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)HF1可與心臟電壓門控鈉離子通道α亞基的C末端的近端區(qū)域結合，影響鈉離子通道的失活，成為心律失常發(fā)生發(fā)展的重要病理基礎[6]。

3 FHF1與心律失常

在心肌細胞膜去極化達到閾電位時，鈉離子通道激活開放，產(chǎn)生快速內(nèi)向的鈉離子流，形成動作電位的快速上升支，在膜去極化達0 mV時鈉通道開始失活，在動作電位平臺期時仍有慢失活的持續(xù)鈉離子電流參與[11]。鈉通道功能障礙使激活或失活曲線發(fā)生位移，鈉離子穩(wěn)態(tài)發(fā)生紊亂，則會產(chǎn)生異常的動作電位而導致各種心律失常。心臟鈉離子通道是各種遺傳性心律失常疾病的核心，包括長QT綜合征3型、Brugada綜合征、進行性心臟傳導系統(tǒng)疾病、病態(tài)竇房結綜合征等[12]。NaV1.5是心臟主要的鈉離子通道，由SCN5A編碼。不僅編碼NaV1.5的基因SCN5A突變與遺傳性心律失常有關，還發(fā)現(xiàn)編碼NaV 1.5調(diào)節(jié)蛋白的基因突變也可作為心律失常的新基因位點。例如，先天性LQTS 9型與鈉通道調(diào)節(jié)蛋白CAV3(caveolin-3)的突變有關聯(lián)[13]。FHF1與NaV1.5的結合發(fā)生變化可能會影響心臟鈉通道的表達和功能，作為遺傳性心律失常另一個尚未鑒定的基因位點。

3.1 FHF1與長QT綜合征3型

長QT綜合征3型(long QT syndrome type 3, LQT-3)是一種常見的遺傳性心律失常疾病，其主要特征在于心電圖的QT間期延長，T波/U波異常。LQT-3易產(chǎn)生惡性心律失常如尖端扭轉性室性心動過速，從而導致暈厥和心源性猝死。LQT-3由SCN5A突變或者編碼NaV 1.5調(diào)節(jié)蛋白的基因突變引起，該突變導致NaV 1.5失活減慢，動作電位平臺期出現(xiàn)持續(xù)性內(nèi)向電流增加[14]。

FHF1B在體內(nèi)和體外均可與心臟電壓門控鈉通道C末端的近端區(qū)域結合，影響鈉通道的失活，而不改變鈉通道的激活。在Nav1.5-D1790G突變導致的長QT綜合征3型患者中，LQT-3點突變D1790G消除了NaV1.5通道和FHF1B 之間的相互作用[6]，提示D1790G點突變的NaV1.5不受FHF1B調(diào)控，這可能是長QT綜合征3型發(fā)生的機制之一。與WT-NaV1.5相比，NaV1.5-p.H1849R突變體降低了鈉通道與FHF1的親和力，使鈉離子失活曲線向去極化方向轉變，失活明顯減慢，延長了動作電位時程[15]。Nav1.5-D1790G和NaV1.5-p.H1849R突變所導致的鈉離子通道障礙均與FHF1有關，且與LQT3表型一致，提示FHF1在LQT3的發(fā)生機制中起到潛在作用。

3.2 FHF1與Brugada綜合征

Brugada綜合征 (Brugada syndrome, BrS) 是一種常染色體顯性遺傳疾病。其特征在于心電圖的右心前導聯(lián)中的ST段呈斗蓬形或鞍形抬高。BrS患者無明顯結構異常，易產(chǎn)生心室顫動從而導致暈厥和心源性猝死，且常于夜間或靜息時發(fā)作。BrS由SCN5A突變或者編碼NaV1.5調(diào)節(jié)蛋白如Ankyrin-G的基因突變引起[16]，該突變導致心臟鈉離子通道功能喪失，表現(xiàn)為鈉離子電流密度降低。然而，迄今為止不到30%的Brugada病例確定了遺傳缺陷，這表明存在其他尚未鑒定的BrS基因座。

在102名具有表型陽性但基因型陰性的BrS患者中，發(fā)現(xiàn)了一種罕見的錯義突變，即有一例患者的FHF1B 上第7 位的精氨酸取代了谷氨酰胺(Q7R)[17]。與WT-FHF1相比，Q7R-FHF1對NaV1.5 的C末端的親和力降低2倍，使Na+電流密度減少，動作電位振幅降低。FHF1的內(nèi)含子3(-6insTT，rs199817584)中一個罕見的剪接位點突變[18]，導致所有攜帶 FHF1-6insTT變異的個體均表現(xiàn)出了BrS表型。提示FHF突變也是BrS發(fā)病機制中的重要遺傳因素。

3.3 FHF1與特發(fā)性室性心動過速

特發(fā)性室性心動過速(idiopathic ventricular tachycardia, IVT)是一種罕見的單行性室性心動過速，可見于無結構性心臟病的患者。IVT發(fā)病病因不明，但DPP6、RYR2等基因與IVT的發(fā)病顯著相關早已被證實[19]。提示遺傳因素在IVT的發(fā)生發(fā)展中起到了重要作用。

FHF2敲除的成年小鼠心電圖表現(xiàn)為QRS波增寬。在鈉離子通道阻滯劑氟卡尼處理后其QRS波較未用藥之前增寬，且誘發(fā)出了室性心動過速。而野生小鼠在氟卡尼處理之后未觀察到上述現(xiàn)象[20]。這提示FHF2與室性心律失常的發(fā)病機制有關。在特發(fā)性室性心動過速(VT)患者中發(fā)現(xiàn)了FHF1-p.P211Q突變體，其顯著下調(diào)FHF1蛋白的表達，影響FHF1與NaV1.5 C末端的結合[21]。證實FHF1突變與特發(fā)性室性心動過速的發(fā)病顯著相關。

3.4 FHF1與NaV1.5磷酸化修飾

NaV1.5可與多種蛋白質(zhì)相互作用，從而影響鈉離子通道的表達、分布和功能，可促進心律失常的發(fā)生。NaV1.5是各種翻譯后修飾的靶點，磷酸化修飾是目前NaV1.5研究最廣泛的翻譯后修飾。鈣/鈣調(diào)蛋白依賴性激酶II(CaMKII)，蛋白激酶A(PKA)，蛋白激酶C(PKC)，磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)和腺苷單磷酸激活蛋白激酶(AMPK)等多種蛋白激酶已被確認參與NaV1.5的磷酸化修飾。

NaV1.5 C末端被CaMKII磷酸化的同時，F(xiàn)HF2與NaV1.5的親和力下降，導致動作電位平臺期出現(xiàn)持續(xù)性內(nèi)向電流[22]。FHF1B對NaV1.2的激活和失活沒有顯著影響，但是在CaMKII抑制劑KN93處理的細胞中NaV1.2的電流幅度大大降低[9]，說明FHF1B與CaMKII協(xié)同調(diào)節(jié)NaV1.2的磷酸化，從而證實FHF對NaV的作用是磷酸化依賴性的。綜上所述，F(xiàn)HF1可能在NaV1.5磷酸化修飾過程中起到重要作用。

4 問題與展望

FHF1與NaV1.5的C末端結合，從而調(diào)節(jié)鈉離子通道的功能，可能是遺傳性心律失常新的基因位點，如長QT綜合征3型、Brugada綜合征、特發(fā)性室性心動過速等。鈉離子通道在心房顫動的病理生理過程中具有重要意義。目前尚不清楚FHF1在心房顫動患者心臟中的表達是否異常，這種異常又是否與心房顫動的發(fā)生發(fā)展有關。FHF1與其他心血管疾病的關系也需要進一步的研究來揭示。探討FHF1在心臟中的調(diào)節(jié)作用，從而為心血管疾病的防治提供新的潛在的分子靶標和更好的解決方案。