肌聯(lián)蛋白基因截?cái)嗤蛔冎录易逍詳U(kuò)張型心肌病的研究進(jìn)展

李發(fā)有綜述，范潔審校

擴(kuò)張型心肌病（DCM） 是一種原因不明的以心腔左心室和（或）雙心室擴(kuò)大、心肌收縮功能減弱為主要特征的異質(zhì)性心肌病。臨床表現(xiàn)為進(jìn)行性加重的心力衰竭、心律失常、血栓栓塞甚至猝死。常根據(jù)病因是否明確將DCM分為特發(fā)性（原發(fā)性）DCM和繼發(fā)性（獲得性）DCM。

特發(fā)性DCM原因不明，行心血管疾病篩查，家族性擴(kuò)張型心肌病（FDCM）比例高達(dá)48%[1]。擴(kuò)張型心肌病患者中，約有25%為基因突變遺傳因素所致[2]，提示遺傳缺陷在FDCM的發(fā)病過程中具有重要作用。到目前為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)31個常染色體和2個X染色體突變基因與FDCM有關(guān)，現(xiàn)就FDCM的診斷標(biāo)準(zhǔn)、遺傳特點(diǎn)及肌聯(lián)蛋白基因截?cái)嗤蛔兊难芯窟M(jìn)展情況進(jìn)行綜述如下。

1 擴(kuò)張型心肌病的定義及家族性擴(kuò)張型心肌病的診斷標(biāo)準(zhǔn)

擴(kuò)張型心肌病的定義[3]：左心室短縮分?jǐn)?shù)（FS）＜25%和（或）左心室射血分?jǐn)?shù)（LVEF）＜45%，且左心室舒張末期內(nèi)徑（LVEDD）＞117%按年齡和體表面積校正的預(yù)計(jì)值，排除任何病因明確的心臟疾病。

家族性擴(kuò)張型心肌病的診斷標(biāo)準(zhǔn)[3]：患者家族中有兩個或以上家族成員符合擴(kuò)張型心肌病的診斷標(biāo)準(zhǔn)；或是擴(kuò)張型心肌病患者一級親屬在35歲前有不明原因的猝死家族史。

2 家族性擴(kuò)張型心肌病的遺傳學(xué)特征

遺傳方式的多樣性[4]：包括常染色體顯性遺傳及隱性遺傳、X連鎖遺傳和線粒體遺傳。常染色體顯性遺傳即患者的雙親之一往往是患者，家族成員中常有多例患者，可達(dá)半數(shù)以上，男女患病機(jī)會均等，其特點(diǎn)是有近50%的外顯率；常染色體隱性遺傳，即患者的雙親都不是患者，但均是致病基因的攜帶者；X-連鎖遺傳，其特點(diǎn)是女性攜帶FDCM相關(guān)基因，但不發(fā)病，患者均為男性。

遺傳基因外顯率不全[5]：即攜帶致病突變的個體不表現(xiàn)出FDCM的任何表型，因此，在攜帶可疑致病突變而缺失FDCM表型的部分個體，尚不能認(rèn)為突變與FDCM無關(guān)，對任何年齡臨床心血管評估陰性的高危家族成員，不能排除FDCM晚發(fā)的可能性。需要周期性重復(fù)對高危家族成員篩查和評估。FDCM還顯示出年齡相關(guān)性的外顯率，致病突變個體通常要到40～60歲或更晚才表現(xiàn)出疾病表型。另一個FDCM的特征是多變的表現(xiàn)型，即部分患者僅表現(xiàn)出部分表型特征。很多FDCM的家屬僅有超聲心動圖的異?；騻鲗?dǎo)系統(tǒng)異常，而無明顯的臨床癥狀，存在無癥狀的致病基因的攜帶者。目前已知的DCM致病基因包括編碼肌節(jié)蛋白、Z線、細(xì)胞骨架、線粒體、RNA結(jié)合蛋白、肌漿網(wǎng)及核膜[5]。而肌節(jié)蛋白和細(xì)胞骨架蛋白是DCM致病基因最常見的突變靶點(diǎn)。

3 肌聯(lián)蛋白基因截?cái)嗤蛔冎录易逍詳U(kuò)張型心肌病的病理生理機(jī)制

許多心肌病都有遺傳因素參與，它們大多數(shù)發(fā)生在編碼肌節(jié)蛋白和細(xì)胞骨架蛋白的基因上。TTN編碼巨蛋白肌聯(lián)蛋白，肌聯(lián)蛋白是肌小節(jié)的重要組成單元，也是人體最大的蛋白和第三大含量最多的橫紋肌蛋白，由大約33000個氨基酸組成。兩分子肌聯(lián)蛋白共同橫跨肌節(jié)并錨定在肌節(jié)Z線和M線上[6,7]。人類肌聯(lián)蛋白的分子結(jié)構(gòu)由四個不同的部分組成，它們分別是位于氨基端的Z線、I帶和A帶區(qū)以及位于羧基端的M線，M線的末端由最后6個外顯子（358-363）或Mex1至Mex6編碼，肌聯(lián)蛋白扮演著裝配肌節(jié)的重要角色[8]，感受機(jī)械刺激并轉(zhuǎn)換成生物化學(xué)信號，在橫紋肌中提供被動張力，調(diào)節(jié)肌節(jié)的主動收縮力[9]。與其他已知的DCM致病基因相比，關(guān)于TTN突變效應(yīng)的研究相對較晚。TTN的分子大小是肌球蛋白的12～16倍，TTN包含283kb堿基對、363個外顯子，編碼38138個氨基酸[1,10]。這足以表明它是常見的突變靶點(diǎn)。有兩方面的原因可以解釋為什么有較少的TTN突變被發(fā)現(xiàn)。首先巨大的TTN分子使傳統(tǒng)的分子生物學(xué)方法難以運(yùn)用于檢測突變。其次，存在大量的多種TTN蛋白亞型，TTN經(jīng)過選擇性剪切后產(chǎn)生多種骨骼肌和心肌亞型[7]，并且受RNA結(jié)合基序蛋白（RBM）基因的調(diào)控，該基因與大約2%的DCM有關(guān)[11,12]。心臟相關(guān)的亞型包括N2B、N2BA和 NOVEX-3[6]。進(jìn)一步的研究表明有多種亞剪切途徑能產(chǎn)生N2BA亞型，剪切途徑的異質(zhì)性在肌節(jié)的PEVK區(qū)更為復(fù)雜[10]。更新的擴(kuò)張型心肌病指南提到在Bcl-2相關(guān)抗凋亡基因3（BAG3）上的突變，包括大段缺失突變占DCM的2%，而TTN截?cái)嗤蛔冋糄CM的25%[1]。TTN截?cái)嗤蛔冊贒CM患者中高達(dá)27%，而單基因引起的DCM僅占6%～8%[6]。TTN相關(guān)的DCM在先前的研究中已有報道[12,13]。

Gramlich等[14]首次報道敲入TTN突變小鼠的特性，這跟先前報道的人體TTN突變相似[15]，這種常染色體上的顯性遺傳產(chǎn)生一個終止密碼子和一個截?cái)啾磉_(dá)蛋白，雜合子個體最終發(fā)展為擴(kuò)張型心肌病致猝死，但外顯率不全。用TTN蛋白抗體的蛋白免疫印跡技術(shù)證實(shí)在敲入TTN突變的雜合個體有截短的肌聯(lián)蛋白表達(dá)，這種截短的肌聯(lián)蛋白量比預(yù)想中的要少，可能與升高的蛋白水解作用有關(guān)[10]。Roncarati等[16]用全外顯子測序來探究家族性DCM異質(zhì)性的原因，該研究發(fā)現(xiàn)雙雜合子突變核纖層蛋白A/C基因（Lamin A/C，LMNA）:p.K219T/TTN:p.L4855F患者心臟移植的年齡遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于單雜合子的LMNA:p.K219T患者。與單雜合子突變相比，觀察到雙雜合子突變患者的心肌細(xì)胞核增長，肌節(jié)排列紊亂，心肌細(xì)胞核聚集現(xiàn)象。在LMNA:c.656A＞C+TTN:c.14563C＞T患者可以觀察到顯著的心肌纖維化。該研究認(rèn)為TTN:c.14563C＞T在攜帶LMNA突變的狀態(tài)下作為一個修飾因子惡化DCM的臨床表現(xiàn)。c.14563C＞T把脂肪族氨基酸亮氨酸替換成芳香族氨基酸苯丙氨酸，突變致病性預(yù)測工具Taster預(yù)測c.14563C＞T是一個致病性替換，基于文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，亮氨酸替換苯丙氨酸能導(dǎo)致受影響蛋白的功能缺失。

最近的一個研究表明，兩個堿基對插入的TTN雜合子小鼠是能存活的并且顯示正常的心臟形態(tài)。另一方面，當(dāng)雜合子小鼠長期給以血管緊張素Ⅱ或異丙腎上腺素，小鼠的左心室顯著擴(kuò)大[14]。因此，在應(yīng)急情況下，小鼠肌聯(lián)蛋白的功能缺陷被顯現(xiàn)出來。核纖層蛋白A結(jié)合到肌聯(lián)蛋白的羧基端能導(dǎo)致肌節(jié)的機(jī)械-化學(xué)力量的轉(zhuǎn)換[17]，從而推斷LMNA和TTN的復(fù)合突變以協(xié)同作用的方式惡化肌節(jié)的機(jī)械-化學(xué)力量轉(zhuǎn)換。

近年來，第二代測序技術(shù)（NGS）已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了許多新的TTN突變，并逐漸認(rèn)識到TTN是人類遺傳性疾病的一個重要突變基因[18]，事實(shí)上幾乎所有新報道的TTN突變都是雜合子，這些突變在成人發(fā)病的心肌或骨骼肌中呈現(xiàn)出顯性表型。特別是雜合子TTN截?cái)嗤蛔円呀?jīng)被報道是DCM最常見的遺傳因素，然而，截?cái)郥TN突變也被報道在3%的正常健康人群，這足以說明解釋TTN突變的病理機(jī)制是困難的[6]。此外，幾個與疾病相關(guān)的肌聯(lián)蛋白結(jié)構(gòu)域作用仍有待確定，這包括肌聯(lián)蛋白絲氨酸-蘇氨酸激酶結(jié)構(gòu)域（TK），TK結(jié)構(gòu)域在控制肌肉組織的基因表達(dá)和蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)換中起重要作用。敲出純合子小鼠TK編碼區(qū)和鄰近的TTN外顯子（Mex1和Mex2）可導(dǎo)致孕中期的胚胎死亡[8]。McNally等[19]認(rèn)為一些TTN突變破壞肌聯(lián)蛋白的激酶結(jié)構(gòu)域，可能損害傳遞細(xì)胞信號的蛋白導(dǎo)致異常的肌節(jié)延長，當(dāng)肌節(jié)拉伸過長時，對信號的感知、傳達(dá)障礙使得心肌細(xì)胞更易受到來自肌肉活動的損害，另外一些突變可能會破壞肌節(jié)在肌肉收縮時的彈性回縮。Herman和同事觀察到少數(shù)對照組攜帶肌聯(lián)蛋白功能異常的基因突變，這一現(xiàn)象表明可能有其他遺傳或環(huán)境因素增強(qiáng)了這些突變的致病能力，而那些無癥狀的個體可能攜帶有其他突變基因，這些突變基因主動抑制了TTN突變的效應(yīng)。

Chauveau等[8]認(rèn)為雜合子雙親的表型缺陷證明不是所有的截?cái)郥TN突變，尤其是在M線上的突變，都有臨床表型，除非伴有第二種突變。在他們的研究中，基因型和表型的分析表明心臟的表型嚴(yán)重性與TTN突變的位置有關(guān)，父母有TK區(qū)的突變會表現(xiàn)出危及生命的心臟表型，而那些羧基端的突變很少會有嚴(yán)重的表型，甚至無任何心肌受累。截短肌聯(lián)蛋白的錯折疊、蛋白間相互作用的紊亂及肌節(jié)結(jié)構(gòu)的不完整性和彈性回縮力異常都可能導(dǎo)致疾病表型的表達(dá)。

Herman等[6]的研究納入了312例DCM患者，231例肥厚型心肌病，249例對照，并用第二代測序技術(shù)分析所有研究對象TTN基因。該研究發(fā)現(xiàn)多種TTN突變，包括錯義突變、無義突變、框移突變、剪切突變、重復(fù)數(shù)突變。這些突變預(yù)測可能改變肌聯(lián)蛋白的氨基酸序列，并將它們歸類為TTN截?cái)嗤蛔?。因?yàn)門TN無義突變、框移突變、剪切突變及重復(fù)數(shù)突變被預(yù)測實(shí)質(zhì)性改變肌聯(lián)蛋白結(jié)構(gòu)，這些突變在DCM組比肥厚型心肌病組和對照組頻率更高，且發(fā)現(xiàn)突變與DCM共顯現(xiàn)遺傳，推斷這些突變可能導(dǎo)致DCM。研究者發(fā)現(xiàn)DCM中TTN截?cái)嗤蛔兪请S機(jī)分布在肌聯(lián)蛋白上，它們主要集中在肌節(jié)的A帶區(qū)域而不存在于Z帶和M帶區(qū)。肥厚型心肌病組和對照組中突變的空間分布與DCM組不同，在肥厚型心肌病組和對照組中發(fā)現(xiàn)的突變很少集中在肌聯(lián)蛋白的A帶區(qū)域（40% vs 84%）與DCM組突變相對。TTN截?cái)嗤蛔兊腄CM患者通常不伴有傳動系統(tǒng)或骨骼肌系統(tǒng)疾病。來源于TTN截?cái)嗤蛔兊娜梭w心肌組織病理特征改變類似于特發(fā)性DCM。TTN突變（包括無義突變和框移突變）預(yù)測能引起蛋白截短，剪切供體或受體位點(diǎn)突變引起外顯子跳躍或外顯子序列缺失和大段的串聯(lián)插入，推斷這些等位基因突變產(chǎn)生生物學(xué)特性異常的截短肌聯(lián)蛋白，最終導(dǎo)致DCM的發(fā)生。在DCM組中，用第二代測序技術(shù)檢出的TTN截?cái)嗤蛔儽扔秒p脫氧法的檢測率高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01）。DCM家系研究顯示TTN截?cái)嗤蛔兺怙@率在40歲以上的患者中超過95%。TTN截?cái)嗤蛔兛赡芡ㄟ^以下幾個機(jī)制改變完整的肌聯(lián)蛋白結(jié)構(gòu)導(dǎo)致DCM。RNA和蛋白監(jiān)視途徑最可能降解一些截短的肌聯(lián)蛋白肽，低水平的肌聯(lián)蛋白可能限制肌節(jié)的形成和引起心功能不全、心室重構(gòu)。免疫組化分析顯示一些截短肌聯(lián)蛋白的羧基端整合在肌節(jié)上，引起隱性的早發(fā)的的骨骼肌和心肌病。另外，如果鄰近的TTN截?cái)嗤蛔冇捎趩伪秳┝坎蛔阋餌CM，那么這種突變的分布更集中于肌聯(lián)蛋白的易變區(qū)。相比之下，該研究觀察到DCM的一個不均一突變分布，這與沒有DCM的患者不一致。這種不規(guī)則的突變分布表明DCM截短的肌聯(lián)蛋白被整合到肌節(jié)上，是以一種負(fù)顯性的機(jī)制引起DCM。

Gerul等[20]在研究澳大利亞DCM大家系中報道了一種新的TTN雜合突變，該突變?nèi)笔б粋€堿基對（c.62890delG）表現(xiàn)出與疾病共分離現(xiàn)象，這種TTN基因上堿基對（c.62890delG）的缺失引起基因的移碼突變，由于提前出現(xiàn)終止密碼子產(chǎn)生了截短的A帶肌聯(lián)蛋白，而在300例的對照組中未發(fā)現(xiàn)這種突變。家族性DCM表現(xiàn)出不完全的疾病外顯率和多變的表型表達(dá)，常常使得臨床診斷困難。在家系研究中觀察到一個大的表型變化范圍，發(fā)病年齡從20～80歲不等。關(guān)于家族性DCM不完全的疾病外顯率原因目前還不清楚，可能與性別、遺傳或表觀遺傳修飾或其他因素有關(guān)。

近年來，不斷改進(jìn)的遺傳病診斷技術(shù)提高了對DCM復(fù)雜的遺傳學(xué)認(rèn)識，增加了我們對致病突變和原來不明意義的突變識別，第二代測序技術(shù)顯著減少了測序成本，使得基因檢測，尤其像TTN這樣分子量大的基因檢測成為可能，隨著突變基因集合的增多，第二代測序技術(shù)診斷FDCM的敏感性高達(dá)27%～37%，使其應(yīng)用于臨床篩查無癥狀FDCM擁有較好的前景[21]。

4 展望

遺傳因素在FDCM發(fā)生發(fā)展過程中起著重要作用，從基因水平尋找FDCM病因及發(fā)病機(jī)制具有重要的意義，突變基因的檢測為FDCM的診斷與防治開辟了新的途徑，這將有利于對FDCM的早期診斷、早期預(yù)防及特定基因的個體化治療。近年來隨著第二代測序技術(shù)應(yīng)用于基因突變檢測，TTN截?cái)嗤蛔冎?FDCM的分子遺傳學(xué)機(jī)制受到越來越多的關(guān)注。然而FDCM的發(fā)病是環(huán)境和遺傳因素相互作用的結(jié)果，其表型和外顯率的異質(zhì)性啟示我們可能有其他修飾基因參與FDCM的發(fā)病，目前FDCM分子遺傳學(xué)機(jī)制還不十分清楚，從基因水平或蛋白質(zhì)組學(xué)水平研究FDCM的分子遺傳學(xué)機(jī)制仍是今后研究的一個主要方向。

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