冠心病猝死的遺傳學研究進展

杜彥青，侯 超，余 江，張政波，晏沐陽

1 解放軍醫(yī)學院，北京 100853；2 解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學中心 高壓氧科，北京 100853；3 解放軍總醫(yī)院醫(yī)學創(chuàng)新研究部 醫(yī)學人工智能研究中心，北京 100853

心源性猝死(sudden cardiac death，SCD)是由各種心臟原因引起的突然發(fā)生、進展迅速的自然死亡，死亡通常發(fā)生在急性癥狀出現(xiàn)后1 h內(nèi)[1]。據(jù)統(tǒng)計，SCD約占心血管疾病死亡人數(shù)的一半[2]。在SCD的病因構(gòu)成中，冠心病約占50%，而在50歲以上的患者中，冠心病占比可達80%，其中又以急性心肌梗死(acute myocardial infarction，AMI)為主[3]。目前普遍認為冠心病猝死是心臟在急性缺血背景下發(fā)生惡性室性心律失常所引起的突然死亡，由于其發(fā)生突然，大多發(fā)生在院外，且部分冠心病患者以猝死為首發(fā)表現(xiàn)，所以冠心病猝死的早期識別、精準預測意義重大。冠心病猝死往往具有家族聚集性，隨著測序技術(shù)的發(fā)展和遺傳學研究的深入，冠心病猝死的遺傳背景被不斷揭示[4-5]。隨著全基因組關(guān)聯(lián)分析和分子尸檢的開展，越來越多的基因多態(tài)性被發(fā)現(xiàn)與冠心病猝死相關(guān)，另外作為基因翻譯模板的mRNA和參與基因表達調(diào)控的非編碼RNA與冠心病猝死密切相關(guān)。近年來，表觀遺傳修飾亦被證實參與冠心病猝死的發(fā)生[6-8]。本文對冠心病猝死的遺傳學研究進展做一綜述，以期歸納可預測冠心病猝死的遺傳學標記。

1 冠心病猝死相關(guān)的基因多態(tài)性

基因多態(tài)性指由于基因突變所導致的同一基因位點存在兩種以上基因型，包括單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism，SNP)、DNA片段長度多態(tài)性和拷貝數(shù)變異(copy number variation，CNV)等。研究表明，基因多態(tài)性在冠心病和冠心病猝死中廣泛存在[9-10]。

1.1 單核苷酸多態(tài)性 由于單個核苷酸的變異所引起的DNA序列多態(tài)性，是人類可遺傳變異中最常見的形式，占所有已知基因多態(tài)性的80%以上。早期研究表明，SCN5A、SCN10A和NOS1AP等基因的SNP與冠心病猝死密切相關(guān)[11-12]。

SCN5A基因負責編碼心肌快速去極化的電壓門控鈉通道α亞基。在對46例AMI后猝死患者的SCN5A基因變異分析中，共發(fā)現(xiàn)了4種常見SNP和5種罕見SNP，其中有2種罕見SNP屬于錯義突變(3578G＞A和4786T＞A)，會導致所編碼氨基酸的改變而引起心肌細胞中離子通道的結(jié)構(gòu)改變，進而引起心臟電活動的紊亂而導致猝死事件的發(fā)生[7]。Liu等[13]運用候選基因的方法，通過分析5個可能與冠心病猝死相關(guān)的基因多態(tài)性，發(fā)現(xiàn)SCN5A基因rs11720524的純合CC基因型與冠心病患者發(fā)生猝死事件顯著相關(guān)。

在一項病例對照研究中，F(xiàn)oddha等[14]通過分析AMI患者SCN5A、SCN10A、HEY2和PITX2基因的SNP，并分析相關(guān)SNP與隨訪1年內(nèi)發(fā)生猝死事件的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)SCN5A基因rs11708996和SCN10A基因 rs10428132兩個SNP與心肌梗死后發(fā)生猝死事件顯著相關(guān)。SCN10A位于3號染色體上與SCN5A鄰近區(qū)域，主要表達于心臟自主神經(jīng)和心臟傳導系統(tǒng)中，負責編碼鈉通道亞型Nav1.8，該變異可能通過影響心臟傳導系統(tǒng)從而引起心臟電活動的不穩(wěn)定，導致猝死事件的發(fā)生。

NOS1AP基因編碼心臟的一氧化氮合酶受體蛋白，通過調(diào)節(jié)鈉、鉀和鈣離子通道而參與心肌復極化過程。對2 282名SCD患者和3 561名對照者進行NOS1AP基因的rs12143842 SNP與SCD風險的關(guān)聯(lián)性分析，結(jié)果表明rs12143842的T等位基因與SCD風險顯著相關(guān)，進一步按照SCD的病因進行分層分析發(fā)現(xiàn)，這種相關(guān)性在冠心病猝死患者中更強，可見NOS1AP基因的rs12143842 SNP與冠心病猝死密切相關(guān)[11]。

1.2 DNA片段長度多態(tài)性 由于單個堿基的缺失、重復、插入所導致的DNA片段長度變化即DNA片段長度多態(tài)性，其中DNA堿基的插入和缺失在人類基因組中廣泛存在，通常會引起所編碼氨基酸序列的改變和生物性狀的改變。在一項冠心病猝死的尸檢研究中，Zhang等[15]通過分析基因及相關(guān)表達產(chǎn)物發(fā)現(xiàn)，編碼內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣感受器膜蛋白啟動子區(qū)域中5 bp的插入和(或)缺失(indel)多態(tài)性rs3061890與冠心病猝死相關(guān)，與純合子插入基因型相比，純合子缺失基因型顯著增加了猝死風險，后續(xù)的基因型-表型相關(guān)性研究發(fā)現(xiàn)，缺失型表現(xiàn)出較低的轉(zhuǎn)錄能力，而蛋白質(zhì)水平的研究與上述結(jié)果一致。另一項關(guān)于冠心病猝死的候選基因分析發(fā)現(xiàn)，胱硫氨酸γ裂解酶基因3'非翻譯區(qū)的indel多態(tài)性rs113044851與中國漢族人群冠心病猝死風險相關(guān)，后續(xù)的基因型-表型關(guān)聯(lián)分析表明，插入型等位基因會引起心肌組織中胱硫氨酸γ裂解酶的低表達，從而引起具有心臟保護作用的硫化氫分子表達減低[16]。另外，編碼微小RNA-155基因內(nèi)含子區(qū)域中一個4 bp的indel多態(tài)性rs72014506和編碼Ⅰ型膠原α2鏈的3'非翻譯區(qū)一個7bp的indel多態(tài)性rs3917均被證實與冠心病猝死相關(guān)[17]。

1.3 拷貝數(shù)變異 由基因組發(fā)生重排而導致的基因組大片段拷貝數(shù)增加或減少。CNV是基因組結(jié)構(gòu)變異的重要組成部分，越來越多的研究證實CNV在冠心病和猝死的診斷、預后中具有重要作用[18-19]。脂質(zhì)代謝紊亂是冠心病猝死的重要危險因素，有研究指出家族性高膽固醇血癥與早發(fā)冠心病和冠心病猝死密切相關(guān)[20]。有研究應(yīng)用多重連接依賴探針和下一代測序?qū)ν怙@子區(qū)域CNV分析，發(fā)現(xiàn)約10%的患者存在低密度脂蛋白受體基因區(qū)域的CNV，這些CNV與相應(yīng)的SNP均會導致脂質(zhì)代謝通路的異常，從而過早暴露于低密度脂蛋白膽固醇，進而引起動脈粥樣硬化和冠心病猝死。

2 冠心病猝死相關(guān)RNA

RNA包括編碼RNA(mRNA)和非編碼RNA(miRNA、circRNA等)。越來越多的研究表明，RNA在AMI和冠心病猝死的早期識別方面具有重要價值[21-23]。

2.1 編碼RNA mRNA水平的變化反映了相關(guān)基因表達的差異，在一定程度上反映了蛋白水平的差異，在冠心病猝死的早期識別中具有一定價值。在一項冠心病猝死后尸檢分析中，González-Herrera等[6]對比了外周血和心包液中5種缺血性損傷修復蛋白的mRNA水平，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與非AMI引起的SCD相比，AMI猝死患者右心室前壁中肌球蛋白輕鏈3、血管內(nèi)皮生長因子A和基質(zhì)金屬蛋白酶9的mRNA表達明顯增強，室間隔組織中轉(zhuǎn)化生長因子β1的mRNA表達也明顯增強，其余部位未發(fā)現(xiàn)顯著差異表達mRNA，同時上述mRNA在猝死與非猝死患者之間的差異無統(tǒng)計學意義。另一項基于尸檢的病例對照研究發(fā)現(xiàn)冠心病猝死患者外周血細胞色素C氧化酶10 (cytochrome C oxidase 10，COX10)的mRNA水平顯著高于對照組患者，后續(xù)基因組研究發(fā)現(xiàn)猝死患者COX10基因3'非翻譯區(qū)rs397763766的缺失型多態(tài)性顯著高于對照患者，表明COX10基因3'非翻譯區(qū)在調(diào)控基因表達方面具有重要作用[23]。

2.2 非編碼RNA 非編碼RNA雖不參與基因的轉(zhuǎn)錄翻譯，但在基因表達的調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用。目前，關(guān)于冠心病猝死相關(guān)的非編碼RNA主要有miRNA和circRNA。與易降解和化學修飾的mRNA不同，非編碼RNA往往結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，因而具有較高的研究價值[24]。

miRNA主要通過與互補的3'非翻譯區(qū)結(jié)合而抑制mRNA的翻譯，從而在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)節(jié)基因表達[25]。研究表明，miRNA在成纖維細胞的增殖分化、巨噬細胞的脂質(zhì)調(diào)節(jié)、缺血再灌注損傷等生物過程中發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，與AMI和冠心病猝死密切相關(guān)[21,26]。在一項尸檢分析中，通過對比miR-3113-5p、miR-223-3p、miR-499a-5p和miR-133a-3p在冠心病猝死與尸檢陰性SCD樣本之間的差異，發(fā)現(xiàn)上述miRNA在冠心病猝死組的表達顯著下調(diào)，受試者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲線分析顯示miR3113-5p和miR-223-3p在鑒別冠心病猝死方面具有較高的價值[27]。

circRNA是呈封閉環(huán)狀結(jié)構(gòu)的非編碼RNA，在細胞中起miRNA海綿的作用，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄翻譯等基因表達過程[28]。circNFIX和circSLC8A1是心臟中穩(wěn)定表達的circRNA。Tian等[29]將冠心病猝死分為AMI猝死組和非AMI猝死組，并以非心臟原因的死亡為對照組，尸檢分析表明，與非AMI猝死組及對照組相比，AMI猝死組心肌組織中circSLC8A1表達顯著增加，而circNFIX在AMI猝死組和非AMI猝死組的表達均顯著低于對照組，且AMI猝死組和非AMI猝死組之間的表達差異無統(tǒng)計學意義，ROC分析顯示，circSLC8A1和circNFIX可作為冠心病猝死的潛在生物標志物，而兩種circRNA聯(lián)合應(yīng)用鑒別冠心病猝死的價值更高。

3 表觀遺傳學

表觀遺傳學是在基因序列不變的情況下，通過對轉(zhuǎn)錄和翻譯等過程的調(diào)控而影響基因表達水平，主要包括DNA甲基化、組蛋白修飾、染色體重塑等。近年來，越來越多的表觀遺傳修飾在冠心病等心血管疾病中被揭示，而冠心病猝死的表觀遺傳學研究方興未艾，相關(guān)研究主要集中于動物模型研究[8,30]。Liu等[30]通過小鼠心肌梗死模型發(fā)現(xiàn)心肌梗死后未折疊蛋白反應(yīng)被激活，蛋白激酶R樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶(protein kinase-like ER kinase，PERK)和翻譯起始因子2α被磷酸化，引發(fā)mRNA和蛋白質(zhì)降解，從而導致心臟離子通道的下調(diào)，誘發(fā)心室顫動等猝死性心律失常，同時經(jīng)心臟特異性PERK抑制劑處理的小鼠和假手術(shù)組小鼠未觀察到猝死性心律失常，說明細胞信號轉(zhuǎn)導相關(guān)分子的磷酸化修飾可能調(diào)控AMI后猝死事件的發(fā)生。Notch信號通路通過調(diào)節(jié)組蛋白修飾進而調(diào)節(jié)電壓門控鉀通道亞基表達，其在心肌梗死等損傷時被激活，高水平的組蛋白H3賴氨酸4三甲基化(histone H3 lysine 4 methylation，H3K4me3)與幾乎所有活躍表達基因的5'區(qū)相關(guān)[31]。研究發(fā)現(xiàn)，心肌梗死時Notch信號通路的激活會引起心肌細胞KCNA5等基因近端啟動子區(qū)域H3K4me的減少，從而引起相關(guān)基因表達的下調(diào)而打破原有的電穩(wěn)態(tài)，從而誘發(fā)猝死事件[32]。

4 結(jié)語

近年來，高通量測序技術(shù)和多組學研究方法不斷成熟，這些遺傳學方法使我們對疾病本質(zhì)的認識不斷加深，更拓寬了我們研究復雜病、罕見病的途徑，同時在疾病治療領(lǐng)域為我們提供了新的思路，尤其是基因編輯技術(shù)的發(fā)展，使得疾病得以從基因?qū)用婢珳适┲蝃33]。冠心病猝死難防難治，現(xiàn)有檢查手段難以精準預測冠心病猝死的發(fā)生。隨著冠心病猝死遺傳學研究的不斷開展，與冠心病猝死相關(guān)的基因多態(tài)性被不斷發(fā)現(xiàn)，同時轉(zhuǎn)錄組和表觀遺傳學研究更豐富了相關(guān)基因表達的調(diào)控機制。雖然現(xiàn)有的研究主要集中于尸檢后分子病理學研究和小規(guī)模隊列研究，但隨著人類基因組計劃的不斷完善和全基因組關(guān)聯(lián)研究的逐漸開展，冠心病猝死的遺傳學機制將不斷明晰。