擴張型心肌病基因型-環(huán)境-表型研究進展

劉 雯，舒先紅,3*

1.復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院心超室，上海 200032 2.上海市心血管病研究所，上海 200032 3.復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院心內(nèi)科，上海 200032

擴張型心肌?。―CM）是一組表現(xiàn)為單側(cè)或雙側(cè)心腔擴大伴收縮功能障礙的異質(zhì)性疾病。其臨床發(fā)病率約為1/250，多為散發(fā)，35%的患者有明確家族史，而約50%的患者病因不明確［1-3］。DCM患者臨床表現(xiàn)個體差異性大，表現(xiàn)為不同程度的心腔擴大和心功能障礙，部分患者以惡性心律失常、傳導(dǎo)阻滯為主，伴或不伴其他系統(tǒng)疾病，猝死率高。其主要病理表現(xiàn)為心肌細胞凋亡、自噬異常、線粒體功能異常、炎癥反應(yīng)等，組織學(xué)表現(xiàn)為心肌壞死和纖維化［4］。DCM可歸因于遺傳和非遺傳因素，非遺傳因素包括炎癥、感染、心動過速、甲狀腺功能亢進等。其臨床病理表現(xiàn)的復(fù)雜性給臨床醫(yī)生對患者預(yù)后的評估及進展機制的闡明帶來了重大挑戰(zhàn)。

隨著基因二代測序技術(shù)的發(fā)展，DCM基因組學(xué)被逐漸揭示，目前已有40多個致病基因被報道，如編碼肌小節(jié)、細胞骨架蛋白、離子通道、線粒體、橋粒等的相關(guān)基因［5-6］。同時，隨著對基因致病機制的研究，該疾病的遺傳異質(zhì)性（不同基因突變導(dǎo)致相同的臨床表型或相同的基因突變導(dǎo)致不同的臨床表型）以及表觀遺傳學(xué)在其進展過程中的調(diào)控作用也逐漸被發(fā)現(xiàn)。本文將DCM遺傳學(xué)基礎(chǔ)、發(fā)病機制及調(diào)控機制主要研究進展進行綜述。

1 DCM的遺傳學(xué)基礎(chǔ)和發(fā)病機制

DCM的遺傳方式多種多樣，以常染色體顯性遺傳為主，其他包括常染色體隱性遺傳、X連鎖遺傳和線粒體遺傳等。DCM致病基因編碼一組心肌異質(zhì)性成分，包括細胞骨架、肌小節(jié)、離子通道、線粒體及橋粒等（表1）。目前最常見的致病基因依次為TTN、MYH7、LMNA、TNNT2、RBM20［5-6］。

表1 擴張型心肌病相關(guān)基因

1.1 肌小節(jié)相關(guān)致病基因 TTN基因編碼已知在心臟中表達的最大蛋白（達35000個氨基酸），即肌聯(lián)蛋白。該蛋白從Z盤到M帶跨越了肌節(jié)長度的一半，與細絲和粗絲一起組成肌節(jié)，被稱為“第三絲”。TTN能調(diào)節(jié)肌節(jié)收縮和信號傳遞，并通過其彈性結(jié)構(gòu)域（PEVK結(jié)構(gòu)域）影響心臟的舒張功能。在心臟中，TTN基因通過可變剪切編碼多個異構(gòu)體。其中，N2A異構(gòu)體占比越高，心臟順應(yīng)性越好；而N2B異構(gòu)體比例增高，心臟的順應(yīng)性變差。TTN基因突變是DCM最常見的基因突變，在家族性和散發(fā)患者中的突變率分別是25%和18%［7］。其突變以截斷突變?yōu)橹?，目前只有小部分的錯義突變被報道［8］。在純合突變小鼠中，TTN缺失會導(dǎo)致肌小節(jié)發(fā)育異常，導(dǎo)致小鼠在胚胎早期即死亡，而雜合小鼠的表現(xiàn)不盡相同；蛋白組學(xué)分析提示TTN突變后會上調(diào)野生型小鼠TTN的表達，使小鼠在正常情況下沒有明顯的心臟結(jié)構(gòu)及功能異常表現(xiàn)，而在面對應(yīng)激時，會出現(xiàn)心臟擴大、收縮功能異常及纖維化等表現(xiàn)［9］。因此，攜帶TTN突變的DCM患者臨床表現(xiàn)常不明顯，大部分患者表型較輕，只有少數(shù)患者表現(xiàn)為惡性心律失常、明顯纖維化和線粒體功能異常［7,8,10］。另外，編碼肌小節(jié)其他基因，如MYH7、TNNT2、TNNI3、MYH6、MYBPC3、TNNC1也 可 以 導(dǎo) 致DCM［11-12］。肌小節(jié)基因突變常導(dǎo)致肌小節(jié)收縮和鈣離子循環(huán)失衡，導(dǎo)致患者出現(xiàn)心功能異常，而因其對鈣離子的敏感性不同，會導(dǎo)致心肌向擴張或肥厚兩個不同方向發(fā)展，其中DCM患者對鈣離子的敏感性多降低［13］。

1.2 細胞骨架相關(guān)致病基因 LMNA編碼層纖維蛋白A/C，該蛋白是一種廣泛表達的核內(nèi)膜蛋白，參與多種細胞活動，包括調(diào)節(jié)基因表達、維持正常核結(jié)構(gòu)的作用。LMNA突變是一種常染色體顯性遺 傳，在DCM患 者 中 占6%～8%。LMNA突 變 可發(fā)生在編碼區(qū)任何位置，主要以錯義和框架突變?yōu)?主［14-16］，且伴隨高心律失常風(fēng)險，包括竇房結(jié)、房室結(jié)功能障礙、房顫、室速、室顫等［17］。LMNA編碼的核纖層蛋白可以通過網(wǎng)蛋白和鈣調(diào)蛋白與細胞骨架（中間絲、肌動蛋白）相連，對維持細胞結(jié)構(gòu)有重要作用。LMNA基因敲除小鼠的心肌細胞結(jié)構(gòu)明顯紊亂［18］。除維持細胞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性外，LMNA還參與調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄，LMNA突變會導(dǎo)致相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄水平改變。在小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，LMNA N195K突變可導(dǎo)致HF1b/Sp4（參與心臟傳導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)育）表達減少，導(dǎo)致小鼠心肌組織電流信號減弱，該現(xiàn)象也為LMNA突變攜帶者易出現(xiàn)房室傳導(dǎo)阻滯提供了依據(jù)；同時，在LMNA突變的iPSC細胞上發(fā)現(xiàn)存在鈣離子水平失衡，這為心律失常發(fā)生提供了基礎(chǔ)［19］。

細絲蛋白C（FLNC）是細胞骨架重要組成部分，參與肌節(jié)與細胞膜及細胞間的連接，同時參與細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)［20-21］。FLNC突變外顯率較高且患者容易出現(xiàn)心肌纖維化及惡性心律失常［22］。在斑馬魚模型中，F(xiàn)LNC突變（I2160F）可導(dǎo)致心肌細胞Z盤和肌小節(jié)結(jié)構(gòu)紊亂［23］；而其純合無義突變可導(dǎo)致青鳉魚在胚胎晚期就出現(xiàn)心室破裂和骨骼肌退行性變［24］。另外，中間絲、肌營養(yǎng)不良蛋白復(fù)合體（DMD、SGCD等）、橋粒蛋白（DSG2、DSC2、DSP、PKP2）［25-27］、Z盤（MYPN、CSRP3、ACTN2、BAG3、ANKRD1等）［28-29］等細胞骨架相關(guān)基因的突變均可導(dǎo)致DCM。

1.3 離子穩(wěn)態(tài)相關(guān)的致病基因 PLN基因編碼的受磷蛋白（跨膜蛋白，52個氨基酸）可通過自身磷酸化調(diào)節(jié)肌漿網(wǎng)Ca2＋-ATP酶(SERCA)，在心肌細胞鈣穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)中起重要作用。目前，PLN中的幾個顯性突變已證實與DCM相關(guān)［30］，其中R14del突變最常見，該突變首先在新西蘭和德國被報道［31-32］。R14del突變可以導(dǎo)致心肌舒張期肌漿網(wǎng)Ca2＋ATP酶對鈣離子再攝取減少，從而出現(xiàn)鈣超載，導(dǎo)致心律失常的發(fā)生［33］。在PLN突變的iPSC細胞中，觀察到在核周和細胞質(zhì)中有大量異常的PLN蛋白聚集及其自噬降解異常［34］。

SCN5A基因編碼跨膜鈉離子通道，在維持心肌動作電位方面有重要作用。該基因既往在Brugada綜合征、特發(fā)性室顫、家族性房顫患者中 被 發(fā) 現(xiàn)［35-36］，也 存 在 于DCM患 者 中［37］。攜帶SCN5A突變的DCM患者有較高的心律失常風(fēng) 險［37］。攜帶SCN5A突變基因的小鼠出現(xiàn)持續(xù)異常心房和心室鈉電流，后期出現(xiàn)心臟收縮功能降低和房顫［38］。

1.4 其他致病基因 RBM20是一種RNA結(jié)合蛋白，在心房和心室中均高表達。RBM20基因突變占DCM相關(guān)基因突變的1%～5%［39］。在心臟中，RBM20介導(dǎo)包括TTN蛋白在內(nèi)的蛋白剪接，其突變可能與TTN截斷突變有相似之處［40-41］。RBM20突變細胞肌節(jié)變薄，與TTN突變的iPSC心肌細胞有類似表現(xiàn)［42］；另外，線粒體相關(guān)基因（CPT2、TAZ等）［43］、RAF1、EYA4、LAMP2等 基 因 突 變與DCM的相關(guān)性均有報道［44-45］。

臨床中，偶有攜帶雙突變的病例報道。相對于單基因突變攜帶者，多基因突變攜帶者往往臨床表現(xiàn)更嚴(yán)重。如：LMNA突變的家系中，合并TTN截斷突變者的臨床表型更重［46］；MYBPC3多突變攜帶者表型出現(xiàn)時間早，甚至出現(xiàn)在新生兒時期［47］。部分突變攜帶者除心臟表現(xiàn)外，還合并全身其他系統(tǒng)疾病或表現(xiàn)為特殊的臨床綜合征，如LMNA、DES、DMD、SGCD突 變 攜 帶 者 常 合 并骨骼肌營養(yǎng)不良［27,48-49］；DSP上某些特定位點的突變會導(dǎo)致Carvajal綜合征，患者臨床表現(xiàn)為心臟擴張、羊毛狀毛發(fā)和皮膚角化［50］。TAZ突變導(dǎo)致線粒體功能異常，攜帶者發(fā)生以骨骼肌病、中性粒細胞減少、生長遲緩以及心臟擴大為特征的Barth綜合征［51］。

2 DCM基因型和表型的關(guān)系

DCM患者有顯著的遺傳異質(zhì)性。如PLN R14del突變在新西蘭攜帶者中可引起嚴(yán)重的臨床表型［32］，而在波蘭人群中引起的表型較輕［52］；TNNI3、TTN、DES可 導(dǎo) 致DCM，也 可 導(dǎo) 致 心 肌肥厚、限制型心肌?。?3］。KCNQ1突變可導(dǎo)致離子通道疾病，但部分?jǐn)y帶者臨床表現(xiàn)以心衰為主，因此，其基因型和表型之間的關(guān)系仍未完全闡明［54］。 鑒于DCM遺傳學(xué)的復(fù)雜性，2019年《單基因遺傳性心血管疾病基因診斷指南》僅推薦對有家系共分離證據(jù)支持的14個致病基因進行篩查［55］（表1），并建議在基因篩查中嚴(yán)格按照國際標(biāo)準(zhǔn)解讀基因變異的致病性［56］。

雖然DCM與多基因相關(guān)，且有明顯的遺傳異質(zhì)性，但基因型在疾病診斷和臨床決策制定上仍有不可替代的價值。對于臨床表現(xiàn)不典型或病因不明確的患者，基因型陽性可以協(xié)助疾病確診和病因診斷，并為其臨床預(yù)后預(yù)測提供一定參考。攜帶某些突變基因型的DCM患者可有特定的臨床表現(xiàn)和預(yù)后。對194例LMNA突變攜帶者的為期57個月的前瞻性隨訪研究發(fā)現(xiàn)，其容易出現(xiàn)惡性心律失常、傳導(dǎo)阻滯、終末期心衰，且心源性猝 死（SCD）事 件 明 顯 增 加［57］。LMNA突 變 可表現(xiàn)為單獨心肌受累或同時合并骨骼肌營養(yǎng)不良（如Emery-Dreifuss型肌營養(yǎng)不良、肢帶型肌營養(yǎng)不良），往往需要早期進行起搏器干預(yù)［58］。 針對LMNA突變的大規(guī)模隨訪研究［47］得出類似結(jié)論，尤其是LMNA截斷突變患者惡性心律失常風(fēng)險更高。因此，對于DCM合并進行性房室傳導(dǎo)阻滯或惡性心律失常的患者，應(yīng)警惕合并LMNA突變，合并時應(yīng)早期進行起搏器干預(yù)，避免不良臨床事件的發(fā)生。另外，有研究發(fā)現(xiàn) PLN［30］、FLNC［22］、DES［59］、 和SCN5A［37］與DCM的惡性程度相關(guān)，這些基因的突變會導(dǎo)致房室傳導(dǎo)阻滯、惡性室性心律失常等心臟節(jié)律的紊亂。而且，多個突變攜帶者往往臨床表型更重、預(yù)后更差。因此，在制定DCM治療決策是應(yīng)充分考慮其基因型。

另外，基因型能為DCM精準(zhǔn)治療提供潛在的靶點，例如：Lee等［60］發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，在LMNA K117fs突變的iPSC細胞中，PDGF信號通路被激活，且PDGF受體的過度激活與其心律失常表型密切相關(guān)，為特異性藥物治療提供了潛在靶點；在LMNA基因敲除小鼠病變組織（心肌和骨骼?。┲袡z測到了mTORC1通路的激活，應(yīng)用雷帕霉素抑制mTORC1通路能明顯改善DCM表 型［61］；Nair等［62］的研究發(fā)現(xiàn)，SCN5A R222Q突變能增強患者心臟鈉通道興奮性，予以鈉離子拮抗劑（利多卡因）后可明顯改善其心律失常。因此，對基因突變機制的揭示，能為未來DCM的精準(zhǔn)治療提供潛在靶點。

3 DCM基因-獲得性因素/環(huán)境-表型

隨著對DCM異質(zhì)性的認知，近年來研究重點逐漸從對單純基因型的探討轉(zhuǎn)變?yōu)閷颉@得性因素/環(huán)境、表觀遺傳調(diào)控、表型之間關(guān)系的探討（圖1）?；蚝瞳@得性因素/環(huán)境相互作用影響DCM患者的預(yù)后。表觀遺傳調(diào)控對基因表達進行調(diào)控，同時受獲得性因素、環(huán)境等因素影響，作用于細胞內(nèi)相關(guān)通路，從而影響患者的表型和預(yù)后，形成復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。

圖1 擴張型心肌病基因型和表型之間的關(guān)系

3.1 獲得性因素/環(huán)境 多種獲得性因素/環(huán)境，如心肌毒性藥物、感染、應(yīng)激、體質(zhì)量指數(shù)（BMI）、妊娠等能影響DCM的發(fā)生和發(fā)展。酒精和蒽環(huán)類抗腫瘤藥物是常見的細胞毒性藥物，可導(dǎo)致一系列心臟損害，甚至導(dǎo)致嚴(yán)重的心力衰竭。大量酒精攝入會導(dǎo)致氧化應(yīng)激、交感神經(jīng)過度激活、血脂異常以及自噬激活。上述多因素協(xié)同作用可引起心臟的線粒體功能障礙、能量代謝異常、炎癥、心肌細胞凋亡和心律失常等，從而導(dǎo)致酒精性DCM［63］。蒽環(huán)類心肌毒性藥物會導(dǎo)致心肌活性氧的產(chǎn)生和消除失衡、激活NF-κB通路和炎癥免疫系統(tǒng)，導(dǎo)致心肌損害，誘發(fā)DCM［64］。體質(zhì)量、空氣質(zhì)量等亦能影響DCM的發(fā)生和發(fā)展。一項對1393346例受試者進行的為期33年的前瞻性隨訪研究［65］發(fā)現(xiàn)，不考慮基因突變的遺傳學(xué)背景情況時，在年輕女性中，BMI升高將會導(dǎo)致其DCM發(fā)生風(fēng)險增高，尤其是過度肥胖會增加5倍以上的風(fēng)險。另一項研究［66］證實，在健康人群和DCM患者中，肥胖均使心臟重構(gòu)加重，繼而引起心室腔擴大。此外，在小鼠DCM模型中，相比對照組，長期暴露于PM2.5的心衰小鼠左右心收縮功能均下降，肺動脈壓力升高，且纖維化程度加重（Ⅱ型膠原和TGF-α基因表達增多）［67］。

3.2 表觀遺傳調(diào)控 表觀遺傳通過調(diào)控DCM相關(guān)基因的表達影響患者的臨床預(yù)后。其中，非編碼RNA和DNA甲基化是近年來的研究熱點。

非編碼RNA如miRNA（約22個核苷酸）、lncRNA（＞200個核苷酸）參與DCM基因表達的調(diào)控。miRNA可與多個特定mRNA結(jié)合從而抑制其表達［68］。不同基因突變DCM患者的miRNA水平及其介導(dǎo)的信號通路不同。與對照組相比，TTN突變的DCM患者miR-208b表達上調(diào)，而miR-208b是介導(dǎo)心肌重構(gòu)的重要因子［69］。LMNA突變的DCM患者血清中的let-7a-5p、miR-142-3p、miR-145-5p、miR-454-3p上調(diào)；生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)這些miRNA與轉(zhuǎn)化生長因子β（TGF-β）、Wnt等信號通路相關(guān)，可能參與介導(dǎo)心肌纖維化及心肌重構(gòu)［70］。Verjans等［71］發(fā)現(xiàn)，高負荷誘導(dǎo)DCM動物模型miR-221/222明顯升高，且參與上調(diào)TGF-β介導(dǎo)的SMAD2通路或非SMAD通路活性，從而加重心肌纖維化。而在心肌炎發(fā)展為DCM的過程中，不同感染階段出現(xiàn)不同的miRNA上調(diào)和下調(diào)，導(dǎo) 致 下 游SIRT1/AMPK/NF-κB、AMPK、RAS通路等相繼發(fā)生激活或下調(diào)，繼而影響心肌重構(gòu)，導(dǎo) 致DCM的 發(fā)生［72-73］。在 酒精 性DCM中，MiR-1865-p通過調(diào)節(jié)XIAP基因的表達，誘導(dǎo)心肌細胞凋亡［74］。近年來多項研究［75-80］表明，miRNA對心肌細胞自噬、增殖、纖維化、免疫等過程有重要調(diào)控作用，是DCM病理生理過程中的重要調(diào)控因子。與miRNA相同，lncRNA在心衰過程中差異性表達［81］，且其表達隨血流動力學(xué)變化而變化［82］。lncRNA可以通過調(diào)節(jié)鄰近基因轉(zhuǎn)錄或特異性吸附miRNA，負向調(diào)控其功能，形成lncRNAmiRNA-mRNA的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)［83-84］。在小鼠中，上調(diào)lncRNA CRNDE可抑制經(jīng)典纖維化通路中重要因子SMAD3的轉(zhuǎn)錄，從而減輕DCM小鼠心肌纖維化的程度［85］。降低lncRNA DCRF的表達可以抑制miR-155b-5p和PCDH17，從而降低心肌細胞自噬，改善心功能［86］。

另外，在DCM發(fā)展過程中，DNA甲基化也起重要的調(diào)控作用［87-89］。DNA甲基化可使基因組中相應(yīng)區(qū)域染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變化，使染色質(zhì)高度螺旋化，凝縮成團，失去轉(zhuǎn)錄活性。LMNA編碼的層纖維蛋白與數(shù)百個大型染色質(zhì)結(jié)構(gòu)域相互作用，調(diào)控相關(guān)基因表達［90］。該過程主要是通過募集DNA甲基轉(zhuǎn)移酶對CpG島進行甲基化，從而下調(diào)多個細胞代謝、生存相關(guān)基因的表達，這也是LMNA心肌病的重要發(fā)病機制［91］。另外，Haas等［92］在DCM患者中發(fā)現(xiàn)，DNA甲基化可導(dǎo)致LY75等基因表達水平改變，從而誘導(dǎo)心肌的適應(yīng)性和非適應(yīng)性重構(gòu)。在DCM終末期，心肌供能逐漸從脂類供能轉(zhuǎn)化為糖分解，而這一改變是心肌重構(gòu)的重要過程。Pepin等［93］發(fā)現(xiàn)，DNA甲基化修飾參與這一轉(zhuǎn)換過程，在終末期心衰患者中，參與氧化代謝的基因是高甲基化的，而參與糖代謝的基因是低甲基化的。

4 小 結(jié)

近20年來對DCM基因型的探討，使臨床對DCM的遺傳學(xué)基礎(chǔ)有了初步的了解?；蛲蛔冋逥CM的易感性增加，特定的基因型可為患者的臨床診斷、危險分層提供關(guān)鍵信息，從而為精準(zhǔn)藥物治療提供靶點。而近年來，對DCM獲得性因素/環(huán)境、基因?qū)ζ浔硇凸餐绊懙奶接懠氨碛^遺傳學(xué)調(diào)控的進展進一步提高了臨床對于DCM異質(zhì)性的理解。在DCM發(fā)生和進展過程中，基因型-環(huán)境-表型模式的作用，及這些因素之間的相互關(guān)系仍需進一步研究。

利益沖突：所有作者聲明不存在利益沖突。