心房顫動(dòng)易感基因的研究進(jìn)展

周尚蓉，何鳳珍，陳宇晴，蔡鍵，班青麗，劉莉，，潘興壽

(1.右江民族醫(yī)學(xué)院，廣西 百色 533000；2.右江民族醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院心血管內(nèi)科，廣西 百色 533000)

心房顫動(dòng)(atrial fibrillation，AF)是指因心房不規(guī)則的跳動(dòng)最終導(dǎo)致心房正常收縮舒張周期改變的心律失常，其發(fā)病率隨年齡增長(zhǎng)呈急劇上升趨勢(shì)。當(dāng)今社會(huì)人口老齡化加速，故AF成為嚴(yán)重影響人類健康的疾病。2001—2012年的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)71～80歲人群AF的患病率為51～60歲人群的5倍，年齡>80歲人群的患病率為51～60歲人群的6倍[1]，提示AF對(duì)高齡老人的生命有巨大威脅。AF作為單因素導(dǎo)致患者死亡的發(fā)生率較低，合并其他疾病導(dǎo)致的死亡相對(duì)多見(jiàn)，合并的疾病以腦卒中和心力衰竭較為常見(jiàn)。目前AF的發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明，基因?qū)用娴臋C(jī)制是現(xiàn)階段的研究熱點(diǎn)。全基因組關(guān)聯(lián)研究(Genome-wide association study,GWAS)確定了許多與AF發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)增加相關(guān)的遺傳變異。Ellinor等[2]針對(duì)GWAS的研究結(jié)果，對(duì)與AF相關(guān)的染色體區(qū)域展開(kāi)了研究。在所有識(shí)別的區(qū)域中，具有最強(qiáng)關(guān)聯(lián)的單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism，SNP)不是由蛋白質(zhì)編碼，遺傳易感基因的致病性與AF的關(guān)聯(lián)可能通過(guò)影響附近基因的表達(dá)介導(dǎo)。每個(gè)識(shí)別區(qū)域的候選基因具有廣泛的功能，包括細(xì)胞結(jié)構(gòu)蛋白含有核膜的血影蛋白重復(fù)序列2(spectrin repeat containing nuclear envelope protein 2，SYNE2)、MYOZ1(myozenin 1)和SYNPO2L(synaptopodin 2 like)、鉀鈣激活通道亞家族N成員3(potassium calcium-activated channel subfamily N member 3，KCNN3)和超極化激活環(huán)核苷酸門控鉀通道4(hyperpolarization activated cyclic nucleotide gated potassium channel 4，HCN4)、配對(duì)類同源域轉(zhuǎn)錄因子2(paired like homeodomain 2，PITX2)、鋅指同源框蛋白3(zinc finger homeobox protein 3，ZFHX3)和PRRX1、細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白CAV(Caveolin)-1和CAV-2及調(diào)節(jié)內(nèi)分泌功能的基因雌激素受體β(estrogen receptor β,ESR2)、C9orf3。進(jìn)一步了解和認(rèn)識(shí)AF易感基因，對(duì)診斷、治療以及提高老年AF患者的生存率具有重要意義。現(xiàn)就AF易感基因的研究進(jìn)展予以綜述。

1 細(xì)胞結(jié)構(gòu)蛋白基因的分布及作用機(jī)制

SYNE2主要在心肌和骨骼肌中高表達(dá)，編碼一種核外膜蛋白，即Nesprin-2[3-4]。Ellinor等[2]的Meta分析發(fā)現(xiàn)，在新發(fā)現(xiàn)的AF易感基因中，位于染色體14q23的SYNE2基因編碼大量的Nesprin-2異構(gòu)體，這些異構(gòu)體在心臟和骨骼肌中高表達(dá)。Nesprin-2蛋白的作用定位于整個(gè)肌節(jié)，通過(guò)將細(xì)胞核錨定在細(xì)胞骨架上維持核結(jié)構(gòu)的完整性。通過(guò)候選基因方法發(fā)現(xiàn)，SYNE2基因突變?cè)谝恍┘I(yíng)養(yǎng)不良家系中分離，其導(dǎo)致骨骼肌萎縮、心肌病以及心臟傳導(dǎo)缺陷，可能與心房正常電生理活動(dòng)發(fā)生變化相關(guān)[5]。基于SYNE2基因編碼的幾種異構(gòu)體研究發(fā)現(xiàn)，敲除小鼠SYNE2基因的C端誘發(fā)了心肌病和神經(jīng)缺陷[6]。SYNE2基因的rs1152591位點(diǎn)與AF發(fā)病顯著相關(guān)，而rs1152591位點(diǎn)編碼產(chǎn)物是連接核膜和細(xì)胞骨架的Nesprin-2蛋白，該蛋白與核膜和細(xì)胞骨架相連[7]，表明SYNE2基因可能通過(guò)增加心房肌細(xì)胞搏動(dòng)中核-細(xì)胞骨架的連接和核應(yīng)激，誘發(fā)心房異常電生理活動(dòng)。

2 離子通道基因的分布及作用機(jī)制

2.1KCNN3基因與AF KCNN3基因位于染色體1q21，編碼電壓非依賴性鈣激活鉀通道，也可稱為SK3或KCa2.3。動(dòng)物和人體內(nèi)細(xì)胞鈣激活鉀通道分布廣泛，且能夠被胞內(nèi)極微量的鈣離子激活，根據(jù)電導(dǎo)能力高低可分為大電導(dǎo)、中電導(dǎo)以及小電導(dǎo)三類[8]。由KCNN3基因編碼的小電導(dǎo)鈣離子激活鉀離子通道是一種由細(xì)胞內(nèi)游離鈣離子和細(xì)胞膜電位控制的鉀離子通道。小電導(dǎo)通道在許多可激發(fā)的器官組織中表達(dá)，包括腦和心臟。KCNN3基因上相關(guān)位點(diǎn)的表達(dá)可導(dǎo)致離子通道的功能發(fā)生改變，從而進(jìn)一步改變心肌細(xì)胞的電生理活動(dòng)，導(dǎo)致AF的產(chǎn)生與維持。2010年Ellinor等[9]首次發(fā)現(xiàn)，KCNN3基因rs13376333位點(diǎn)與孤立性AF具有一定的相關(guān)性；隨后又有研究者證實(shí)，rs11584403位點(diǎn)與中國(guó)北方漢族人群AF發(fā)病有一定的相關(guān)性[10]。Shoemaker等[11]研究發(fā)現(xiàn)，KCNN3基因與AF導(dǎo)管消融后的復(fù)發(fā)無(wú)顯著相關(guān)性。Yao等[12]的Meta分析證實(shí)，KCNN3基因rs13376333的多態(tài)性將顯著增加孤立性AF和總AF的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，表明KCNN3基因rs13376333多態(tài)性可能在AF的發(fā)病中起重要作用。未來(lái)可從基因多態(tài)性入手，推測(cè)相應(yīng)位點(diǎn)與AF發(fā)病的相關(guān)性，針對(duì)該基因位點(diǎn)研究對(duì)應(yīng)的阻滯性藥物將有利于AF患者的治療。

2.2HCN4基因與AF HCN4基因在哺乳動(dòng)物心臟起搏區(qū)顯著表達(dá)[13]，其編碼的蛋白質(zhì)產(chǎn)物是一種由鉀、鈉超極化下激活的環(huán)核苷酸通道[14-16]。部分心動(dòng)過(guò)緩和病態(tài)竇房結(jié)綜合征患者HCN4基因發(fā)生了突變[17-18]；其中1例檢測(cè)到HCN4基因第5外顯子的1-bp出現(xiàn)雜合性缺失。2017年，日本研究者針對(duì)攜帶HCN4基因突變和SCN5A基因突變的家族性病態(tài)竇房結(jié)綜合征患者進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，攜帶HCN4基因的患者合并AF的風(fēng)險(xiǎn)明顯高于攜帶SCN5A基因的患者[19]。通過(guò)細(xì)胞轉(zhuǎn)染獲取HCN4基因的單克隆抗體進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，心肌細(xì)胞中線粒體通過(guò)進(jìn)入HCN通道的鉀離子和交換子介導(dǎo)鉀離子耦合維持電化學(xué)平衡，推斷心肌細(xì)胞中HCN通道能穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)一定數(shù)量的鉀離子進(jìn)入線粒體基質(zhì)，線粒體中鉀離子通道的開(kāi)放可以穩(wěn)定和保護(hù)心肌細(xì)胞，反之抑制則會(huì)促進(jìn)細(xì)胞死亡[20]。HCN4基因編碼產(chǎn)物作用于細(xì)胞膜調(diào)節(jié)鉀鈉離子進(jìn)出的機(jī)制為臨床使用HCN通道阻滯劑治療AF提供了新思路。目前單純攜帶HCN4基因與AF發(fā)病的機(jī)制尚未明確，有待進(jìn)一步研究。

3 轉(zhuǎn)錄因子基因的分布及作用機(jī)制

3.1PITX2基因與AF PITX2基因位于第4號(hào)染色體，編碼PITX2蛋白[21-22]。根據(jù)GWAS公布的AF易感基因，學(xué)者首次在冰島人群的染色體4q25中發(fā)現(xiàn)了與AF強(qiáng)相關(guān)的兩個(gè)SNP，這兩個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)分別為rs2200733和rs10033464，隨后研究者又進(jìn)行了第2次重復(fù)試驗(yàn)，這兩個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)又在瑞典人群和美國(guó)人群中得到驗(yàn)證；同時(shí)，該研究還發(fā)現(xiàn)rs2200733位點(diǎn)較rs10033464位點(diǎn)關(guān)聯(lián)更顯著[23]。在此基礎(chǔ)上，我國(guó)學(xué)者通過(guò)病例對(duì)照研究和突變擴(kuò)增系統(tǒng)-聚合酶鏈反應(yīng)或直接測(cè)序法構(gòu)建遺傳學(xué)模型驗(yàn)證PITX2基因與AF發(fā)病的相關(guān)性，結(jié)果顯示，rs17042171位點(diǎn)可能與中國(guó)中原地區(qū)漢族人群的AF易感性有關(guān)[24]。Krisztina等[25]的研究認(rèn)為，在高加索人群中PITX2的rs2595104位點(diǎn)多態(tài)性可能與AF發(fā)病無(wú)關(guān)，這一研究結(jié)論與在中國(guó)人群中的發(fā)現(xiàn)相反[26]。與其他AF易感基因相比，位于人染色體4q25的PITX2基因是目前AF發(fā)病相關(guān)性研究中研究最為全面的一個(gè)基因座，但其參與AF發(fā)病的具體機(jī)制尚未完全明確。

3.2ZFHX3基因與AF Kiliszek等[27]基于前期GWAS染色體4q25、16q22和1q21多態(tài)性與AF相關(guān)性進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，在波蘭人群中16q22與AF發(fā)病無(wú)明顯相關(guān)性，而染色體4q25和1q21有一定相關(guān)性，表明基因多態(tài)性在不同人群中分布不同。Li等[28]結(jié)合GWAS鑒定出兩個(gè)SNP，即ZFHX3中的rs2106261和rs7193343，以及KCNN3中的rs13376333；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在中國(guó)漢族人群中ZFHX3基因的rs2106261位點(diǎn)與AF發(fā)病顯著相關(guān)。以上研究提示，在不同人群中相同基因?qū)F發(fā)病的影響可能存在差異。基因與基因之間也存在互相作用，但具體分子機(jī)制尚不清楚。在歐洲血統(tǒng)人群中,GWAS鑒定的10個(gè)AF易感性位點(diǎn)中只有3個(gè)位點(diǎn)在中國(guó)人群中，這3個(gè)位點(diǎn)分別是ZFHX3的rs2106261(G/A替換)，PITX2附近的rs2200733(C/T替換)和CAV-1的rs3807989(A/G替換)；選擇性進(jìn)行基因-基因相互作用研究發(fā)現(xiàn)，PITX2基因與ZHFX3基因存在相互作用，主要為PITX2基因通過(guò)微RNA(microRNA，miR)-1正向調(diào)控ZHFX3基因，ZHFX3基因正向調(diào)控PITX2基因，這兩個(gè)基因產(chǎn)生了交叉的調(diào)控循環(huán)，表明基因表達(dá)的周期性交叉調(diào)節(jié)是復(fù)雜疾病性狀遺傳學(xué)中基因-基因相互作用的分子基礎(chǔ)[29]。在體外模型中將ZFHX3基因敲除后，心房肌細(xì)胞miRNA的表達(dá)發(fā)生明顯變化，具體表現(xiàn)為miR-133a和miR-133b顯著下調(diào)，從而導(dǎo)致心臟重構(gòu)和房性心律失常信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，而miR-133a/b模擬物可逆轉(zhuǎn)以上過(guò)程[30]?，F(xiàn)階段臨床治療AF主要采用射頻消融，而針對(duì)射頻消融術(shù)后AF患者與AF易感基因的研究較少。Tomomori等[31]對(duì)ZFHX3基因位點(diǎn)rs2106261與AF風(fēng)險(xiǎn)的相關(guān)性進(jìn)行回顧性分析發(fā)現(xiàn)，ZFHX3基因位點(diǎn)rs2106261的次等要基因(T)在日本陣發(fā)性AF患者進(jìn)行射頻導(dǎo)管消融后更有可能維持竇性心律的穩(wěn)定。然而，AF相關(guān)性易感基因是否有利于射頻消融后AF患者的恢復(fù)需深入研究。

4 細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白基因的分布及作用機(jī)制

CAV-1基因是質(zhì)膜微囊基因家族的第1個(gè)成員，其余成員分別為CAV-2基因和CAV-3基因。在心血管系統(tǒng)中，CAV-1和CAV-2表達(dá)于多種細(xì)胞和組織類型，其中在成纖維細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)最豐富，而CAV-3主要在心肌細(xì)胞表達(dá)[32-34]。在心肌纖維化過(guò)程中，轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)是關(guān)鍵的促纖維化細(xì)胞因子[35]，而CAV-1被證實(shí)是TGF-β1信號(hào)通路的抑制劑。敲除動(dòng)物的CAV-1基因，TGF-β1信號(hào)通路轉(zhuǎn)導(dǎo)活性增強(qiáng)，表現(xiàn)為更廣泛的膠原沉積并伴隨基質(zhì)金屬蛋白酶8和基質(zhì)金屬蛋白酶13信使RNA在心臟的表達(dá)減少[36]。心電圖的P波可作為心房電功能的度量，常作為心律失常的預(yù)測(cè)指標(biāo)。且平均P波持續(xù)時(shí)間和P波終末電勢(shì)增加可作為左心房擴(kuò)大的標(biāo)志物，兩者均與AF風(fēng)險(xiǎn)增加相關(guān)。Yi等[37]的研究也證實(shí)，CAV-1基因可通過(guò)調(diào)節(jié)心肌纖維化導(dǎo)致心臟結(jié)構(gòu)和功能改變。雖然CAV-1基因在心房中具有抗纖維化作用，但其導(dǎo)致AF發(fā)病的機(jī)制不清楚。

CAV-1基因和CAV-2基因在組織分布上十分相似，但CAV-2基因需要CAV-1基因才能完成膜定位。Zhu等[38]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，CAV-2基因在內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、骨骼肌成肌細(xì)胞(L6和BC3H1細(xì)胞系)、成纖維細(xì)胞和3T3-L1脂肪細(xì)胞中含量最高。在心肌細(xì)胞中，CAV-2基因和CAV-3基因共同作用完成質(zhì)膜微囊細(xì)胞功能。但CAV-2基因?qū)е翧F發(fā)病的具體機(jī)制需進(jìn)一步研究。

5 內(nèi)分泌調(diào)節(jié)基因的分布及作用機(jī)制

ESR2基因與雌激素結(jié)合，以雌激素依賴的方式激活含有雌激素的反應(yīng)元件[39]。ESR2基因參與調(diào)節(jié)許多復(fù)雜生理過(guò)程的轉(zhuǎn)錄因子，主要在卵巢、中樞神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、肺、男性生殖器、前列腺、結(jié)腸、腎臟以及免疫系統(tǒng)中表達(dá)。雌激素受體信號(hào)異常將導(dǎo)致多種疾病的發(fā)生，如癌癥、代謝和心血管疾病、神經(jīng)退行性變、炎癥以及骨質(zhì)疏松[40]，這些疾病在老年人群中發(fā)病率和死亡率較高。AF發(fā)病率與年齡密切相關(guān)，成年男性的患病率稍高于女性，但女性AF患者合并腦卒中的風(fēng)險(xiǎn)更高[41]。絕經(jīng)前女性AF的發(fā)病率較男性低，而絕經(jīng)后發(fā)病率明顯上升，提示高雌激素水平可能是AF發(fā)病的保護(hù)因素，雌激素的減少可能是絕經(jīng)后AF發(fā)病率升高的原因之一[42]。目前，有關(guān)ESR2基因與AF發(fā)病相關(guān)的機(jī)制尚未明確，結(jié)合雌激素對(duì)AF發(fā)病的影響，可針對(duì)老年絕經(jīng)后女性患者展開(kāi)進(jìn)一步研究。

6 小 結(jié)

隨著對(duì)AF發(fā)病機(jī)制研究的深入，有關(guān)AF的人類基因組數(shù)據(jù)在不斷增加，除了以上GWAS已經(jīng)公布的與AF發(fā)病相關(guān)的易感基因外，仍有許多未涉及的基因及位點(diǎn)。今后的研究中，如何把握基因多態(tài)性、基因突變將成為研究重點(diǎn)。研究者可通過(guò)提取AF患者的DNA進(jìn)行臨床研究，也可以在動(dòng)物上建立相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控模型，在這些易感基因中其他未被研究的SNP位點(diǎn)也有可能成為今后診斷或治療的新指標(biāo)。此外，通過(guò)研究已發(fā)現(xiàn)的基因也可以發(fā)現(xiàn)新的基因，甚至找到已有的基因與其他心臟電生理疾病的關(guān)聯(lián)。總之，基因?qū)用娴难芯繐碛袕V闊的應(yīng)用前景，其有利于從基因?qū)用嬖\斷AF，有利于臨床開(kāi)展靶向治療，也有利于改善AF患者生存現(xiàn)狀，極大程度上降低AF患者的死亡率，這對(duì)降低醫(yī)療費(fèi)用、節(jié)約醫(yī)療成本、改善預(yù)后有重要意義。