先天性心臟病發(fā)育遺傳學(xué)研究進(jìn)展

郭 梅 綜述，符 州 審校

(1.重慶市合川區(qū)人民醫(yī)院兒科 401520；2.重慶醫(yī)科大學(xué)附屬兒童醫(yī)院 400014)

·綜 述·

先天性心臟病發(fā)育遺傳學(xué)研究進(jìn)展

郭 梅1綜述，符 州2△審校

(1.重慶市合川區(qū)人民醫(yī)院兒科 401520；2.重慶醫(yī)科大學(xué)附屬兒童醫(yī)院 400014)

先天性心臟??；發(fā)育遺傳學(xué)；TBX家族；GATA家族

先天性心臟病(簡(jiǎn)稱先心病)為胚胎時(shí)期心血管發(fā)育異常所致的心臟血管形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能的異常。該病發(fā)生率呈逐年遞增趨勢(shì)，我國(guó)每年新增的先心病患兒占活產(chǎn)嬰兒的1%左右，在各種先天畸形中占28%，屬于先天畸形類疾病中最為常見(jiàn)的一種[1]。近年來(lái)，隨著模式動(dòng)物遺傳學(xué)相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展以及在臨床上的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)先天性心臟病的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程也有了一定的認(rèn)識(shí)，而且很多患兒經(jīng)及時(shí)手術(shù)治療，生長(zhǎng)發(fā)育并不會(huì)受到太大的影響，也可以和正常人一樣生活。本文將就近年來(lái)先天性心臟病發(fā)育遺傳性學(xué)研究進(jìn)展作一綜述。

1 心臟發(fā)育模式

心臟是胚胎發(fā)育過(guò)程中最先形成、最先發(fā)揮作用的器官，直接影響到人的健康。關(guān)于心臟發(fā)育模式的研究，是在上個(gè)世紀(jì)90年代才有了質(zhì)的突破，近年表觀遺傳學(xué)機(jī)制在先心病的發(fā)病中也受到廣泛關(guān)注。

心臟最早起源于中胚層的側(cè)葉，可分為第1心臟區(qū)和第2心臟區(qū)，第1心臟區(qū)主要產(chǎn)生左心室和心房，第2心臟區(qū)(又稱第2生心區(qū))主要產(chǎn)生右心室、流出道及大動(dòng)脈根部的平滑肌[2]。第2心臟區(qū)的心臟祖細(xì)胞來(lái)源于胚胎期心血管兩極快速分裂的細(xì)胞，即生成區(qū)，基因的變異及調(diào)節(jié)分化途徑的障礙均可導(dǎo)致第2生心區(qū)祖細(xì)胞分化障礙，從而引起先心病。具體來(lái)講，在胚胎發(fā)育的第13天，心臟原始細(xì)胞形成條索狀細(xì)胞帶，在第16天形成原腸胚。轉(zhuǎn)錄因子GATA家族參與這一時(shí)期的調(diào)控[3]。在心臟發(fā)育的第23～28天，心臟開(kāi)始環(huán)化，而這一時(shí)期，Nkx2家族的正確調(diào)控和表達(dá)是環(huán)化成功的基礎(chǔ)。室間隔在第7周形成，與TBX5等因素有關(guān)，如果在胚胎時(shí)期發(fā)育不全，就會(huì)造成室間隔缺損，該類問(wèn)題既可獨(dú)立存在，又能夠與其他畸形并存，這也是先天性心臟病最為常見(jiàn)的一種。在心內(nèi)膜墊和心臟瓣膜形成的過(guò)程中，各信號(hào)通路均發(fā)揮了重要的作用，此外整個(gè)心臟發(fā)育過(guò)程都受到表觀遺傳學(xué)的影響[4]。

2 與心臟發(fā)育相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子

2.1 TBX家族 TBX家族中的TBX1、TBX3、TBX5和TBX20基因與心臟發(fā)育的聯(lián)系較為密切。研究表明，定位于22q11的TBX1基因，與DiGeorge綜合征的發(fā)生存在很大的關(guān)聯(lián)，DiGeorge綜合征多是由TBX1基因缺失引發(fā)的，作為DGS的候選基因，其在神經(jīng)嵴細(xì)胞發(fā)育中扮演著重要的角色，直接作用于心臟發(fā)育機(jī)制，在正常遷移中對(duì)調(diào)控心臟神經(jīng)嵴細(xì)胞進(jìn)行調(diào)控，而心臟神經(jīng)嵴細(xì)胞參與了主、肺動(dòng)脈的分隔過(guò)程[5]。TBX3基因位于12q24.1，基因全長(zhǎng)9.0 kb，至少包含6個(gè)外顯子。TBX3抑制心肌基因的表達(dá)，在心臟傳導(dǎo)系統(tǒng)、室間和流出道形成中發(fā)揮重要作用。Linden等發(fā)現(xiàn)，TBX3基因與室間隔缺損有關(guān)[6]。TBX5基因位于12q21.4，它是第1個(gè)明確的會(huì)導(dǎo)致遺傳性CHD的單基因，是Holt-Oram綜合征(也稱心手綜合征)的致病基因[7]。Postma等[8]在1個(gè)家系中發(fā)現(xiàn)TBX5突變?cè)斐赡承┘彝コ蓡T出現(xiàn)輕度肢體和心臟的畸形，而其他受累的但是無(wú)心臟畸形的家庭成員出現(xiàn)心房顫動(dòng)。TBX5基因在心臟發(fā)育的早期，特別是左心室和心房的發(fā)育中發(fā)揮著不可或缺的作用，其結(jié)構(gòu)特征及對(duì)心臟發(fā)育的作用機(jī)制皆為研究的重點(diǎn)，該基因突變導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)出現(xiàn)異常，就會(huì)影響到心臟的正常發(fā)育。TBX20基因位于7p14～p15，全長(zhǎng)22 kb，作為先心病的候選基因，其在心臟發(fā)育過(guò)程中起到了雙重作用，即轉(zhuǎn)錄激活和轉(zhuǎn)錄抑制作用[9]，TBX20基因一旦突變，很容易導(dǎo)致家族性心臟間隔缺損、心腔發(fā)育和瓣膜形成障礙[10-11]。

2.2 GATA家族 GATA家族是一族以含有鋅指結(jié)構(gòu)為表現(xiàn)特征的轉(zhuǎn)錄因子，在器官形態(tài)發(fā)生、心血管發(fā)育、細(xì)胞增殖以及性別分化中發(fā)揮著重要的作用，包括GATA-1、2、3、4、5、6等6種亞型，后3種亞型主要起到調(diào)節(jié)心臟基因表達(dá)的作用。GATA-4的調(diào)節(jié)作用具體現(xiàn)在器官形態(tài)發(fā)生、心臟發(fā)育等方面，既可以促進(jìn)鋅指結(jié)構(gòu)的形成，也會(huì)因基因突變引發(fā)先心病，該亞型可以同時(shí)作用于這些情況[12]。基于8q23.1定位的GATA-4，其表達(dá)位置處于內(nèi)、中胚層起源的組織中，TBX5就是一個(gè)比較典型的例子[3]。人體如果缺失GATA-4基因，心臟就會(huì)出現(xiàn)分叉，這也是導(dǎo)致胚胎死亡的主要原因之一，如果是早期失活，則會(huì)導(dǎo)致心內(nèi)膜墊缺損和心肌發(fā)育不良[13]。大量研究表明，常見(jiàn)的家族性的房間隔缺損及室間隔缺損相關(guān)與GATA-4基因突變都存在著密切的關(guān)聯(lián)[14]。GATA-6基因位于18q11.1～q11.2。GATA-6過(guò)度表達(dá)會(huì)阻止心臟前體的分化，而GATA-6表達(dá)下調(diào)則導(dǎo)致心臟發(fā)育障礙。Lin等[15]發(fā)現(xiàn)GATA-6的雜合突變與法洛四聯(lián)征及主動(dòng)脈瓣缺陷有關(guān)。Zheng等[16]研究表明GATA-6突變與室間隔缺損相關(guān)。

2.3 Nk-2家族 Nkx2.5基因定位于5q34，屬于Homebox基因家族，在心臟前體細(xì)胞分化、房室分隔和流出道，以及傳導(dǎo)系統(tǒng)的形成中都有參與，在心臟發(fā)育中，Nkx2.5的表達(dá)位置比較局限，只是存在于房室肌細(xì)胞中，但是成熟心臟要想正常發(fā)揮功能，該基因卻是不可缺少的。Nkx2.5基因出現(xiàn)雜合性突變，先心病就會(huì)發(fā)生，最常見(jiàn)的是房間隔缺損和房室傳導(dǎo)阻滯[17]。

3 與心臟發(fā)育相關(guān)的表觀遺傳研究

3.1 DNA甲基化 DNA甲基化通過(guò)改變DNA構(gòu)象、穩(wěn)定性及染色體結(jié)構(gòu)來(lái)達(dá)到控制基因表達(dá)的目的，是最早發(fā)現(xiàn)表觀遺傳的修飾形式之一。DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶表達(dá)增加會(huì)引起心臟干細(xì)胞凋亡，進(jìn)而影響到心臟的發(fā)育，導(dǎo)致先心病的發(fā)生[18]。正常狀態(tài)下，DNA中都含有少量的甲基化胞嘧啶，基因的失活及構(gòu)象變化就是由DNA甲基化引起，根據(jù)DNA甲基化運(yùn)作機(jī)制，去甲基化分為主動(dòng)和被動(dòng)兩種途徑，前者借助去甲基酶的作用，移去甲基基團(tuán)，后者借助NF黏附作用，使DNA不能完全甲基化。此外，Zhu等[19]發(fā)現(xiàn)室間隔缺損患兒與對(duì)照組相比存在多個(gè)基因甲基化狀態(tài)改變。

3.2 染色質(zhì)重塑 轉(zhuǎn)錄活動(dòng)多依賴于染色質(zhì)重塑，SWI/SNF復(fù)合物是染色質(zhì)重塑的典型代表，該復(fù)合物的ATP酶催化亞基是Brgl，其在心臟發(fā)育及分化過(guò)程中均發(fā)揮著重要的作用，如果Brgl缺失，心肌干細(xì)胞就不能完成分化任務(wù)，心肌細(xì)胞也就無(wú)法形成，基于對(duì)SWI/SNF復(fù)合物及Brgl的認(rèn)識(shí)，在干細(xì)胞心肌分化過(guò)程中，不難發(fā)現(xiàn)染色質(zhì)重塑復(fù)合物所起到的作用[20-21]。DPF3是SWI/SNF復(fù)合物中最先確定與先天性心臟畸形有關(guān)的亞基。研究發(fā)現(xiàn),法洛四聯(lián)征患者的右心室表達(dá)DPF3增加。DPF3缺失的斑馬魚(yú)存在明顯的心臟發(fā)育異常，主要表現(xiàn)為心管變薄，房室分界模糊[22]。

3.3 microRNA功能異常 近年研究顯示，miRNA在干細(xì)胞心肌分化過(guò)程中起關(guān)鍵調(diào)控作用，以miR-1和miR-133的作用比較突出。Zhao等[23]研究發(fā)現(xiàn)，miR-1可以阻止 Hand2 蛋白合成,而Hand2 蛋白在胚胎期心肌細(xì)胞擴(kuò)增中起到重要作用，Hand2 蛋白缺失可能導(dǎo)致第2生心區(qū)發(fā)育停滯，從而引起先心病。Wilson等[24]研究表明，miR-l和miR-133在胚胎干細(xì)胞分化成心肌細(xì)胞的過(guò)程中表達(dá)上調(diào)，誘導(dǎo)心肌細(xì)胞分化。miR-1基因缺失可能導(dǎo)致室間隔缺損。

4 展 望

目前一致認(rèn)為先心病是遺傳因素和環(huán)境因素相互作用的結(jié)果，但環(huán)境因素與遺傳因素相互影響的機(jī)制目前還不清楚。對(duì)先心病進(jìn)行廣泛的流行病學(xué)研究，結(jié)合更為細(xì)化的發(fā)育遺傳學(xué)分析和基因檢測(cè)對(duì)了解心臟發(fā)育調(diào)控機(jī)制、預(yù)防和干預(yù)先心病的發(fā)生及治療具有重大的指導(dǎo)意義。

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10.3969/j.issn.1671-8348.2015.26.038

郭梅(1982-)，碩士，主治醫(yī)師，主要從事小兒呼吸、心臟等相關(guān)疾病診治研究。△

，E-mail:fu-Zhou 79@126.com。

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1671-8348(2015)26-3707-03

2015-04-08

2015-06-18)