長(zhǎng)QT綜合征的基礎(chǔ)研究進(jìn)展

艾旭光 綜述,李 凌 審校

(1.鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院心內(nèi)科,鄭州 450052;2.許昌衛(wèi)生學(xué)校,河南許昌 461000)

先天性長(zhǎng)QT綜合征(congenital or inherited long QT syndrome,CLQTS)是由于編碼心肌細(xì)胞離子通道基因突變引起功能異常,使鉀、鈉或鈣離子流失衡而導(dǎo)致動(dòng)作電位時(shí)程和 QT間期延長(zhǎng),導(dǎo)致一系列臨床紊亂的心臟離子通道病[1]。因其發(fā)病多見于嬰幼兒和年青輕人,且易引起暈厥和心源性猝死,引起人們高度重視。長(zhǎng) QT綜合征的離子流學(xué)說是目前心臟病學(xué)在分子生物學(xué)研究的熱點(diǎn)之一,該文結(jié)合有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道,對(duì)LQTS基因突變和發(fā)病機(jī)制綜述如下。

1 先天性長(zhǎng)QT綜合征基因突變的主要形式

1.1 單核苷酸多態(tài)性 單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphisms,SNPs)是指在基因組水平上由單個(gè)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一種,也是人類疾病易感性和藥物反應(yīng)的重要原因。

SNPs所致的基因編碼序列的改變可能不影響其所翻譯的蛋白質(zhì)的氨基酸序列,如KCNH2基因第6外顯子SNPs C1467T和C1539T,第7外顯子A1692G[2],稱為同義SNPs;另一種是非同義SNPs,堿基序列的改變可使所翻譯的蛋白質(zhì)序列發(fā)生改變,影響蛋白質(zhì)功能如KCNH 2基因的K897T[3]

表面上健康的易感人群中存在的SNPs是可以耐受的,具有野生型的生理特點(diǎn),不具備基因突變的外顯性病理改變,但在活體外的心肌細(xì)胞通道的SNPs有自身的功能表型,在心肌梗死或暴露于QT延長(zhǎng)藥物的情況下,會(huì)外顯出對(duì)致命性室性心律失常的遺傳易感性[4]。

1.2 錯(cuò)義突變 是由于一個(gè)或幾個(gè)堿基對(duì)的改變而使決定蛋白質(zhì)多肽鏈的氨基酸的密碼子發(fā)生改變,從而使它所編碼的蛋白質(zhì)部分或完全失活。

錯(cuò)義突變通常能使編碼的多肽鏈喪失原有功能,如康彩練等[5]發(fā)現(xiàn)在中國(guó)人中發(fā)現(xiàn)的 4個(gè)錯(cuò)義突變位點(diǎn),分別為KCNQ1的C682T、C934T和G983A,KCNH2的 T1515G,分別形成 LQT1和LQT2。有些錯(cuò)義突變外顯性較強(qiáng),如KCNH2基因錯(cuò)義突變V630A、N633S具有明顯的負(fù)顯性抑制,引起通道電生理學(xué)功能改變[6],而另外有些錯(cuò)義突變外顯性較弱[7]。

1.3 無(wú)義突變 是指在以mRNA為模板翻譯蛋白質(zhì)的過程中,編碼某一氨基酸的三聯(lián)體密碼突變?yōu)榻K止密碼UAA、UAG或UGA,使得翻譯提前終止,形成一條不完整的截短蛋白。

據(jù)董穎雪等報(bào)道[8],某家系LQTS2型患者KCNH2基因的第10號(hào)外顯子無(wú)義突變(C2587T),產(chǎn)生的截短蛋白(R863X),不能轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞膜,引起IKr電流降低,引起相應(yīng)較為嚴(yán)重的臨床癥狀。有些無(wú)義突變,由于無(wú)義突變介導(dǎo)的 mRNA降解(NMD)[9-10],臨床癥狀較為輕微。

1.4 移碼突變 是指在正常的DNA分子中,堿基缺失、增加或其他原因,造成這位點(diǎn)之后的一系列編碼發(fā)生移位錯(cuò)誤的改變。如在KCNQ1第一個(gè)內(nèi)含子的IVS1+5G→A突變[11]導(dǎo)致移碼,在S4跨膜片段的末端提前出現(xiàn)終止密碼子。

1.5 剪接突變 在真核基因的內(nèi)涵子5'端以GT開始,3'端以AG結(jié)束,轉(zhuǎn)錄成mRNA后由酶識(shí)別內(nèi)含子兩端的剪接信號(hào),進(jìn)行十分精確的拼接過程。如果突變發(fā)生在剪接位點(diǎn),會(huì)導(dǎo)致編碼蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的改變,如KCNQ1第一個(gè)內(nèi)含子的IVS1+ 5G→A突變[11]。

1.6 缺失突變 (氨基酸缺失)是由于基因一段核苷酸序列、且丟失的核苷酸數(shù)量不能被 3整除丟失而產(chǎn)生的突變。據(jù)梁鵬等[12]報(bào)道,SCN5A基因第28外顯子的del5368-5370堿基(GAC)缺失,引起天冬氨酸(Asp)缺失1790ΔD。由于KCNQ1發(fā)生del1176-1181缺失突變,造成編碼蛋白KvLQT1第356和 357位缺失 2個(gè)谷氨酰胺 356-357ΔQQ[13]

2 基因突變引起通道功能異常的類型

2.1 “沉默”突變(silentmutation) 是由于基因突變沒有明顯效應(yīng)的突變。一些健康的人群中存在沉默突變,其LQTS臨床癥狀不完全外顯,如果暴露在阻斷鉀通道的藥物,他們有發(fā)生 TDP的危險(xiǎn)[14]。有些繼發(fā)LQTS可能就是CLQTS“沉默”突變的攜帶者,在沒有觸發(fā)因素時(shí)沒有癥狀,當(dāng)某種藥物、電解質(zhì)異?；蛐募∪毖绕茐牧藦?fù)極過程時(shí),表現(xiàn)出LQTS外顯癥狀,即亞臨床型CLQTS。

2.2 “頓挫”(forme fruste)表型 主要是突變攜帶者臨床表現(xiàn)為QT間期延長(zhǎng)程度較輕,出現(xiàn)癥狀及猝死的比例較少,如 KCNQ1基因 R555C突變[15]。頓挫的機(jī)制可能有由于基因水平的SNPs修飾,也有可能因?yàn)檗D(zhuǎn)錄水平的無(wú)義突變介導(dǎo)的NMD[9],或者還有其他因素。

2.3 負(fù)顯性(negative dominant) 機(jī)制是指突變型一種“負(fù)性”作用干預(yù)正常野生型的功能,使心肌復(fù)極化時(shí)程延長(zhǎng),如SCN5A-A1330P,且多數(shù)錯(cuò)義突變產(chǎn)生負(fù)顯性機(jī)制,其攜帶者臨床癥狀較為嚴(yán)重[16]。

無(wú)義突變也可以引起負(fù)顯性機(jī)制。KCNH2基因的第10號(hào)外顯子出現(xiàn)一個(gè)無(wú)義突變(C2587T),產(chǎn)生的截短蛋白質(zhì)KCNH2(R863X),與正常亞單位組裝成無(wú)功能或功能降低的通道蛋白,使突變攜帶者細(xì)胞通道的功能明顯低于正常通道功能的一半,稱之為“負(fù)顯性機(jī)制”,其先證者臨床較為嚴(yán)重[8]。

2.4 功能喪失(lose of function) 是指在突變型單獨(dú)表達(dá)時(shí),不表現(xiàn)出生物活性,而且當(dāng)其與野生型共表達(dá)時(shí),只有突變型失去活性,野生型功能不受影響,如KCNQ1基因的R190Q[17]。

2.5 功能獲得(gain of function) 是由于基因突變導(dǎo)致離子通道獲得了野生型不具備功能,如鈉離子通道除極失活變?yōu)槌龢O開放,其實(shí)為動(dòng)作電位過程中鈉通道失活的“功能喪失”。SCN5A基因del1505-1507KPQ的缺失突變,導(dǎo)致鈉通道失活障礙,即“功能獲得”,使鈉通道持續(xù)開放,動(dòng)作電位延長(zhǎng),SCN5A上的許多突變位點(diǎn)都與鈉通道的持續(xù)開放有關(guān)[18]

3 基因突變與長(zhǎng)QT綜合征

3.1 KCNQ1與KCNE1 KCNQ1定位于11pl5.5,由16個(gè)外顯子組成,編碼KvLQT1蛋白或Kv7.1為延遲整流鉀通道緩慢激活部分(slow ly activated delayed rectifier potassium,Iks)的α亞單位。KCNE1定位于21q22.1-22.2,由3個(gè)外顯子組成,編碼的蛋白質(zhì)為Mink蛋白,是Iks通道的β亞單位。KCNE1與KCNQ1共同表達(dá)形成Iks通道,4個(gè)α亞單位組成一個(gè)四聚體,構(gòu)成Iks的主要功能結(jié)構(gòu),β亞單位是 α亞單位的調(diào)節(jié)部分。

KCNQ1基因突變通過負(fù)顯性作用,使得Iks減小,使得動(dòng)作電位平臺(tái)期K+外流減少,導(dǎo)致心室復(fù)極化延長(zhǎng),形成LQT1[19]。

3.2 KCNH2與KCNE2 KCNH2定位于7q35-36,基因全長(zhǎng) 55kb,含 16個(gè)外顯子,編碼的蛋白質(zhì)為HERG蛋白或Kv11.1,即延遲整流鉀電流快速激活部分(rapid ly activating component of delayed rectifier potassium current,Ikr)α亞單位。KCNE2定位于21q22.1,編碼的蛋白質(zhì)為Mink相關(guān)蛋白1(mink related peptide 1,MiRP1)為Ikr通道的β亞單位, KCNE2與KCNH2共同表達(dá)形成Ikr通道。

KCNH2基因突變通過負(fù)顯性機(jī)制,導(dǎo)致Ikr減小[20],形成LQT2;KCNE2基因突變形成LQT6[21]。

3.3 SCN5A與SCN4B SCN5A定位于3p21-24,由28個(gè)外顯子組成,編碼的蛋白質(zhì)為 Nav1.5,是電壓門控鈉通道 α亞單位,全長(zhǎng) 2 016個(gè)氨基酸。SCN4B定位于 11q23,所編碼的蛋白質(zhì)為電壓門控鈉通道β亞單位。SCN5A與SCN4B共同表達(dá)形成電壓門控鈉通道,產(chǎn)生內(nèi)向的INa。

SCN5A基因突變使其鈉通道功能增強(qiáng),鈉內(nèi)向電流增加,引起LQT3[10]。SCN4B基因突變,導(dǎo)致鈉通道功能增強(qiáng),形成LQT10[22]。

3.4 ANK2與AKAP9 ANK2定位于4q25-27,屬于顯性遺傳,編碼的蛋白質(zhì)為連接蛋白 B,其功能是在心肌細(xì)胞橫管和肌質(zhì)網(wǎng)中將Na/Ca交換器、Na/ KATP酶和肌苷三磷酸受體(InsP3)連接到細(xì)胞骨架蛋白。ANK2基因突變后錨蛋白B功能喪失,使細(xì)胞內(nèi)鈣離子水平升高,導(dǎo)致自動(dòng)除極,產(chǎn)生 EAD或DAD,誘發(fā)室性心律失常,形成LQT4[23]。

AKAP9定位于7q21-22,屬于顯性基因,所編碼的蛋白質(zhì)為A kinase(PRKA)anchor protein(yotiao)9,參與IKs通道功能的調(diào)節(jié)。AKAP9基因突變,導(dǎo)致鉀通道功能降低,使復(fù)極期的 IKs減小,心肌細(xì)胞動(dòng)作電位和QT間期延長(zhǎng),形成LQT11[24]。

3.5 KCNJ2 KCNJ2 定位于17q23.1-24.2,屬于顯性遺傳,編碼的Kir2.1蛋白質(zhì)為背景內(nèi)向整流鉀通道 α亞單位,每個(gè) α亞單位由 5 397個(gè)氨基酸組成,四個(gè)亞單位環(huán)繞成跨膜離子通道。通道蛋白對(duì)ATP敏感,有PIP2(2磷酸磷脂酰肌醇)結(jié)合區(qū),受PIP2調(diào)節(jié)。

KCNJ2基因突變?nèi)鏣75A和163-164ΔFQ,使得內(nèi)向整流鉀通道功能減弱或消失,導(dǎo)致復(fù)極化末期Ikl電流強(qiáng)度減少,動(dòng)作電位 3相延長(zhǎng),從而延長(zhǎng)了心肌細(xì)胞動(dòng)作電位和QT間期,引起Andersen綜合征[25],即LQT7。

3.6 CACNA1C CACNA1C定位于12p13.3,編碼的蛋白質(zhì)為CaV1.2為L(zhǎng)型鈣離子通道的α1亞單位,形成電壓門控的內(nèi)向鈣通道,產(chǎn)生ICa電流。

CACNA1C基因突變,鈣離子通道產(chǎn)生功能增強(qiáng),導(dǎo)致Timothy綜合征,即LQT8,常伴有肌肉病變[26]。

3.7 Cav3與SNTA1 Cav3定位于3q25,所編碼的蛋白質(zhì)參與鈉離子通道構(gòu)成,形成INa,其生理作用為增加心肌細(xì)胞鈉通道的晚期鈉電流。Cav3基因突變,導(dǎo)致鈉通道功能增強(qiáng),使復(fù)極期的INa增加,心肌細(xì)胞動(dòng)作電位和QT間期延長(zhǎng),形成LQT9[27]。

SNTA1定位于20q11.2,所編秒的蛋白質(zhì)參與鈉通道的構(gòu)成,形成INa。SNTA1基因突變,導(dǎo)致鈉通道功能增強(qiáng),使復(fù)極期的INa增加,心肌細(xì)胞QT間期延長(zhǎng),形成 LQT12[28]。

4 常見遺傳性長(zhǎng)QT綜合征的電生理機(jī)制

臨床上常見的CLQTS有LQT1、LQT2和LQT3,此三型LQTS患者占全部LQTS患者的90%以上。

4.1 LQT1 KCNQ1基因表達(dá)的產(chǎn)物是KvLQT1蛋白,與KCNE1表達(dá)的Mink蛋白組成Iks通道,IKs是動(dòng)作電位復(fù)極期主要外向電流。LQT1的致病基因?yàn)镵CNQ1,該基因突變?nèi)鏢225L、I235N和L239P均使具有功能的鉀離子通道數(shù)量明顯減少,功能減弱,鉀離子外流減小,延遲整流鉀電流減小,心肌細(xì)胞復(fù)極減慢[29],APD和QT間期延長(zhǎng),導(dǎo)致EAD和觸發(fā)活動(dòng),引發(fā) TDP[30]。

LQT1患者運(yùn)動(dòng)時(shí)QT間期不能隨心率加快而縮短,LQT1患者心臟事件多發(fā)生于運(yùn)動(dòng)和精神處于興奮狀態(tài)時(shí),其中多是在游泳時(shí),ECG表現(xiàn)為QT間期延長(zhǎng),特征性 T波高大。

4.2 LQT2 LQT2的致病基因?yàn)镵CNH2基因,編碼的HERG蛋白與KCNE2基因編碼的MiRP1構(gòu)成Ikr通道,共同完成IKr的功能,維持和穩(wěn)定2,3相期動(dòng)作電位,促進(jìn)心肌細(xì)胞復(fù)極化?KCNH 2基因突變致LQT2的分子生物學(xué)機(jī)制歸納為①合成異常,②細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸異常,③通道門控異常,④通道離子選擇性異常。其中合成異常和細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸異常[31,32]是最常見致病機(jī)制。

LQT2患者遇到突然的聲音刺激和異常的情緒激動(dòng)時(shí)容易誘發(fā)TDP

4.3 LQT3 SCN5A基因突變導(dǎo)致鈉通道失活障礙,使心肌細(xì)胞動(dòng)作電位復(fù)極過程中鈉通道不能完全關(guān)閉,仍有緩慢鈉電流(INa),即“功能獲得”,引起的LQT3。如SCN5A的E1784K基因突變,導(dǎo)致鈉通道持續(xù)開放,使動(dòng)作電位持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)引起膜電位不穩(wěn)定,從而引起 EAD和觸發(fā)活動(dòng)增加,誘發(fā)TDP[33]。

LQT3患者T波起始段延長(zhǎng),心臟事件多在夜間發(fā)生(休息或睡眠),常因心動(dòng)過緩而發(fā)生心律失常,通常在睡夢(mèng)中死去,極少在運(yùn)動(dòng)中發(fā)病。此型患者在運(yùn)動(dòng)時(shí)心率加快,QT間期可縮短,故對(duì)此型患者不必限制運(yùn)動(dòng)。

總之,隨著先天性長(zhǎng) QT綜合征基因突變位點(diǎn)發(fā)現(xiàn)和發(fā)病機(jī)制的研究,使人們對(duì)于該病的臨床診斷,尤其是針對(duì)性治療提供了可靠的理論基礎(chǔ),并為其預(yù)防和預(yù)后提供了理論依據(jù)。

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