限制型心肌病的基因組學(xué)研究進(jìn)展

陳 劍

［廣東省人民醫(yī)院（廣東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院），廣州 510080］

提要：限制型心肌病是一種非常罕見且病死率高的疾病，目前發(fā)病機(jī)制尚未完全明確，可能由非肌節(jié)、肌節(jié)和肌節(jié)相關(guān)蛋白的基因突變引起。基因型-表型相關(guān)性的多樣性使得通過基因突變預(yù)測(cè)疾病表型變得復(fù)雜化。本文主要綜述限制型心肌病的基因組學(xué)研究進(jìn)展，并推測(cè)限制型心肌病的臨床表型發(fā)展可能是由多重機(jī)制共同作用的結(jié)果。

心肌病是一組異質(zhì)性心肌疾病，由不同病因（遺傳性病因較多見）引起心肌病變，表現(xiàn)出心肌功能和結(jié)構(gòu)缺陷。根據(jù)Elliott 等（2008）描述的心肌病分類，可以細(xì)分為限制型心肌?。≧CM）、肥厚型心肌?。℉CM）、擴(kuò)張型心肌?。―CM）、致心律失常性右心室心肌?。ˋRVC）和未分類的心肌病，例如左心室致密化不全（LVNC）等［1］。限制型心肌病是一種致命但罕見的疾病，以心室壁僵硬度增加、舒張功能降低、充盈受損而產(chǎn)生臨床右心衰竭癥狀為特征。世界衛(wèi)生組織（WHO）的定義：以單或雙心室充盈受限，舒張期容積縮小為特征，心室收縮功能及心室壁厚度正?；蚪咏?，可出現(xiàn)間質(zhì)的纖維增生。疾病開始時(shí)收縮功能接近正常，疾病后期可能會(huì)降低。隨著疾病進(jìn)展，患者最終發(fā)展為心力衰竭。

1 限制型心肌病病因與分類

心肌病分為3 類：遺傳性、混合性和獲得性。限制型心肌病屬于混合性心肌病，既有遺傳因素，又有非遺傳因素，約一半為特發(fā)性，另一半為病因清楚的特殊類型。限制型心肌病通常分為以下3 類：（1）浸潤(rùn)性，細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞間有異常物質(zhì)或代謝產(chǎn)物堆積，常見的疾病包括淀粉樣變性，它是由肌肉纖維之間和（或）冠狀動(dòng)脈壁內(nèi)蛋白質(zhì)（淀粉樣蛋白）的錯(cuò)誤折疊和沉積所引起，淀粉樣蛋白誘導(dǎo)心臟壁擴(kuò)大，呈現(xiàn)肥大外觀。其他還包括結(jié)節(jié)病、血色病、糖原貯積癥、戈謝病、Fabry 病；（2）非浸潤(rùn)性，包括特發(fā)性限制型心肌病，大多數(shù)特發(fā)性限制型心肌病患者是由基因缺陷引起的，部分可能屬于和其他類型心肌病重疊的情況如輕微擴(kuò)張型心肌病、肥厚型或假性肥厚型心肌病等；（3）心內(nèi)膜病變性，病變累及心內(nèi)膜為主，如病理改變與纖維化有關(guān)的心內(nèi)膜彈力纖維增生癥、高嗜酸性粒細(xì)胞綜合征、放射性、蒽環(huán)類抗生素等藥物，以及類癌性心臟病和轉(zhuǎn)移性癌等。限制型心肌病具有遺傳異質(zhì)性，主要表現(xiàn)為常染色體顯性遺傳，偶見常染色體隱性遺傳和X連鎖隱性遺傳。目前報(bào)道的相關(guān)家族性基因有20 多個(gè)，但由單個(gè)基因缺陷引起的家族性限制型心肌病不常見。兒童心肌病很少見，通常預(yù)后不良?；加邢拗菩托募〔〉膬和膊∵M(jìn)展迅速，常發(fā)生猝死，約50%患兒平均生存率僅為2 年。

目前的研究發(fā)現(xiàn)，限制型心肌病明確相關(guān)的肌節(jié)和非肌節(jié)蛋白突變基因包括TNNI3、TNNT2、TNNC1、TPM1、TTN、MYH7、MYBPC3、MYPN、DES、FLNC、LMNA、CRYAB、BAG3、ABCC9等（表1），其中TNNI3 和TNNT2 基因突變是目前報(bào)道較多的變體基因。大多數(shù)突變已被證實(shí)發(fā)生在編碼肌節(jié)蛋白的基因中，一些突變存在于肌節(jié)相關(guān)蛋白，如小熱休克蛋白、晶狀體蛋白αB，或者是結(jié)合部分，如BAG3 蛋白。

表1 與限制型心肌病相關(guān)的肌節(jié)和非肌節(jié)蛋白突變

2 限制型心肌病的病理生理機(jī)制

肌節(jié)是肌原纖維的一個(gè)亞結(jié)構(gòu)，是橫紋?。ü趋兰『托募。┑氖湛s單位。它以M 盤為中心，并以Z 盤為邊界的一個(gè)對(duì)稱單元。M 盤和Z 盤用于錨定細(xì)、粗和彈性長(zhǎng)絲。彈性絲是一個(gè)巨大蛋白，由肌聯(lián)蛋白組成，跨越半個(gè)肌節(jié)。肌聯(lián)蛋白是肌小節(jié)的基本成分，連接肌球蛋白與肌動(dòng)蛋白聚合物并將其附著于Z 線上，具有維持靜息張力和彈性，調(diào)節(jié)肌張力和舒張期僵硬度等功能。細(xì)絲主要含有絲狀肌動(dòng)蛋白和調(diào)節(jié)蛋白原肌球蛋白和肌鈣蛋白。粗絲包括連接粗絲和細(xì)絲的運(yùn)動(dòng)蛋白肌球蛋白和調(diào)節(jié)蛋白肌球蛋白結(jié)合蛋白C。肌球蛋白與肌動(dòng)蛋白的Ca2+依賴性相互作用導(dǎo)致細(xì)絲和粗絲相互滑動(dòng)，肌節(jié)縮短，肌細(xì)胞以及最終整個(gè)肌肉收縮。除了細(xì)絲和粗絲的蛋白質(zhì)外，肌節(jié)還由大量高度組織化的蛋白質(zhì)組成，并通過細(xì)胞骨架與細(xì)胞外空間和細(xì)胞核相連。因此，基于肌節(jié)本身以及肌節(jié)蛋白質(zhì)間相互作用的高度平衡對(duì)于心肌細(xì)胞的收縮功能非常重要。任何類型的肌節(jié)蛋白功能失調(diào)、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用的改變、肌節(jié)結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)的變化、蛋白水解降解等，都可能發(fā)展為收縮功能障礙，最后發(fā)展為心肌病和心力衰竭。

目前關(guān)于限制型心肌病分子機(jī)制的了解還不夠深入。在疾病開始階段出現(xiàn)導(dǎo)致蛋白質(zhì)發(fā)生改變的突變，其表達(dá)水平可能與野生型蛋白質(zhì)不同。當(dāng)整合到肌節(jié)或與肌節(jié)相關(guān)的結(jié)構(gòu)中時(shí)，與其他肌節(jié)/相關(guān)蛋白的相互作用以及蛋白質(zhì)和肌節(jié)動(dòng)力學(xué)通常會(huì)受到損害，導(dǎo)致舒張功能障礙、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性受損、細(xì)胞間通訊異常和僵硬增加。此外，特定的信號(hào)通路通過改變蛋白質(zhì)表達(dá)和降解、存活，自分泌/旁分泌激素和外泌體分泌的相關(guān)蛋白質(zhì)被激活，從而影響心臟的性能。

2.1 心肌功能障礙

2.1.1 鈣敏感性異常 神經(jīng)沖動(dòng)誘發(fā)動(dòng)作電位，導(dǎo)致質(zhì)膜去極化并打開電壓門控鈣通道，即位于心肌細(xì)胞T 小管中的L 型Ca2+通道。Ca2+流入并整合到肌質(zhì)網(wǎng)（SR）膜中的ryanodine 受體，形成細(xì)胞內(nèi)Ca2+儲(chǔ)存。Ca2+從肌質(zhì)網(wǎng)中釋放出來，通過與細(xì)絲上的Ca2+傳感器（即心肌肌鈣蛋白C）結(jié)合來觸發(fā)肌肉收縮。Ca2+通過SERCA（一種Ca2+-ATP酶）被重新吸收到肌質(zhì)網(wǎng)中，肌肉舒張。Ca2+敏感性的改變被認(rèn)為是導(dǎo)致心肌功能障礙或心律失常的主要因素。大多數(shù)限制型心肌病突變使肌節(jié)對(duì)Ca2+敏感性異常增加。肌節(jié)Ca2+敏感性增加通常會(huì)延遲舒張過程并導(dǎo)致過度收縮、能量消耗增加和惡性心律失常風(fēng)險(xiǎn)增加。

2.1.2 調(diào)控功能異常 心肌肌鈣蛋白I（cTnI）是異源三聚肌鈣蛋白復(fù)合物（cTn）的抑制亞基，在肌鈣蛋白復(fù)合物中，心肌肌鈣蛋白I 與Ca2+結(jié)合亞基心肌肌鈣蛋白IC 和原肌球蛋白結(jié)合亞基心肌肌鈣蛋白T 相結(jié)合并形成分子開關(guān)。在舒張期，心肌肌鈣蛋白I 與肌動(dòng)蛋白和原肌球蛋白緊密結(jié)合，從而阻斷肌球蛋白運(yùn)動(dòng)域與肌動(dòng)蛋白之間的相互作用，抑制肌肉收縮。在Ca2+與心肌肌鈣蛋白C 結(jié)合后，肌動(dòng)蛋白/原肌球蛋白中釋放出心肌肌鈣蛋白I，使原肌球蛋白在肌動(dòng)蛋白上發(fā)生方位運(yùn)動(dòng)。肌球蛋白頭的結(jié)合位點(diǎn)被修飾屏蔽以產(chǎn)生肌肉收縮。心肌肌球蛋白結(jié)合蛋白C（cMyBP-C）是一種連接細(xì)絲的粗絲調(diào)節(jié)蛋白，它與心肌肌鈣蛋白之間直接相互作用，在調(diào)節(jié)肌肉收縮中起協(xié)調(diào)作用。在限制型心肌病中，心肌肌鈣蛋白和心肌肌球蛋白結(jié)合蛋白C 突變影響Ca2+敏感性和肌力的發(fā)展，導(dǎo)致收縮功能障礙。心肌肌鈣蛋白I 基因是限制型心肌病肌節(jié)突變的主要靶點(diǎn)。Tadros 等［49］通過Meta 分析發(fā)現(xiàn)多數(shù)導(dǎo)致單氨基酸替換的突變集中在心肌肌鈣蛋白I 中的蛋白質(zhì)調(diào)節(jié)C 端區(qū)域。這種突變的集中表明心肌肌鈣蛋白I與肌動(dòng)蛋白/原肌球蛋白/心肌肌球蛋白結(jié)合蛋白C 的相互作用和動(dòng)力學(xué)可能在心肌功能障礙中起關(guān)鍵作用。

2.2 蛋白質(zhì)異常聚集

蛋白質(zhì)異常聚集是非肌節(jié)性限制型心肌病的一個(gè)標(biāo)志特征，具體表現(xiàn)為蛋白聚集物沉積在肌原纖維之間。在心肌中，晶狀體蛋白αB 主要位于與肌動(dòng)蛋白N2BA 區(qū)域相關(guān)的肌節(jié)I 帶，以及與結(jié)蛋白、肌動(dòng)蛋白和α-肌動(dòng)蛋白相關(guān)的Z 盤中，防止這些蛋白質(zhì)聚集并穩(wěn)定肌原纖維。Brodehl 等［47］在限制型心肌病患者中發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)晶體蛋白αB 突變，顯示晶體蛋白αB 功能障礙導(dǎo)致了肌漿聚集體的形成。目前推測(cè)由于晶狀體蛋白αB 和結(jié)蛋白基因的致病突變導(dǎo)致蛋白質(zhì)質(zhì)量控制系統(tǒng)（蛋白質(zhì)降解、自噬或表達(dá)）受損，從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)異常聚集。

在限制型心肌病兒童中檢測(cè)到幾種導(dǎo)致結(jié)構(gòu)蛋白異常的突變，其中FLNC的突變最為多見。Brodehl 等［40］在兩個(gè)不同的加拿大家族中兒童患者中檢測(cè)出在FLNC中的第一個(gè)限制型心肌病突變，突變導(dǎo)致保守免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域p.S1624L和p.I2160F中單個(gè)氨基酸替換。p.S1624L患者的組織顯示細(xì)絲C 聚集體和Z 盤破裂。近期的研究報(bào)道在1 歲、3 歲和15 歲限制型心肌病兒童中發(fā)現(xiàn)p.A1186V突變，在6 個(gè)月的限制型心肌病嬰兒中發(fā)現(xiàn)p.A1183L突變［39］。這兩種突變均會(huì)導(dǎo)致細(xì)絲C 定位異常、Z 盤的破壞以及蛋白異常聚集。2018 年在1 例被診斷患有肌原纖維肌病和限制型心肌病的8 歲男孩中發(fā)現(xiàn)BAG3中的p.P209L突變也導(dǎo)致BAG3和肌間線蛋白聚集、Z 椎間盤異常以及蛋白自噬失調(diào)［48］。

2.3 基因編碼異常

蛋白質(zhì)的截?cái)嗤ǔＪ怯赏怙@子內(nèi)的移碼突變引起，內(nèi)含子突變則可能會(huì)改變基因剪接機(jī)制，插入或刪除可能會(huì)改變閱讀框，并誘導(dǎo)導(dǎo)致截短蛋白質(zhì)的提前終止密碼子。目前廣泛接受的觀點(diǎn)是截?cái)鄬?dǎo)致單倍體不足的肌節(jié)蛋白，而錯(cuò)義突變則整合到肌節(jié)中。Li 等［50］在小鼠模型中發(fā)現(xiàn)了不同的轉(zhuǎn)基因小鼠品系在表達(dá)限制型心肌病突變體p.cTnI-R192H水平上存在不同，并存在劑量依賴性的舒張功能障礙、僵硬和過早死亡現(xiàn)象，提示疾病的嚴(yán)重性、病死率和早發(fā)性隨著突變蛋白表達(dá)水平的增加而增加。這種蛋白質(zhì)表達(dá)的不平衡可能是導(dǎo)致肌節(jié)收縮功能的失衡，肌節(jié)穩(wěn)定性降低的重要原因。

3 限制型心肌病的臨床診療

3.1 臨床表型的多樣性

目前發(fā)現(xiàn)在心肌病中，限制型心肌病、肥厚型心肌病、擴(kuò)張型心肌病、左心室致密化不全的許多疾病基因是相同的，因此，有人假設(shè)受影響基因中的突變位置在各種心肌病類型中有所不同?；蛑型晃恢玫牟煌蛔円部赡軐?dǎo)致不同的心肌病類型。例如，TNNI3中的突變可導(dǎo)致肥厚型心肌病或限制型心肌病；心肌肌鈣蛋白I 中p.R145G替換導(dǎo)致肥厚型心肌病，p.R145W替換導(dǎo)致限制型心肌病［3，51］。同一家族內(nèi)成員也存在許多重疊特征以及肥厚型心肌病和限制型心肌病表型。Burke 等［52］在2016年提出限制型心肌病可能是一種特殊的、更嚴(yán)重的肥厚型心肌病，而不是一種獨(dú)立的心肌病。在韓國(guó)一個(gè)大家族中發(fā)現(xiàn)其成員盡管攜帶的p.cTnI-R145W突變相同，但一些家庭成員發(fā)展為肥厚型心肌病，其他成員則發(fā)展為限制型心肌病，甚至沒有疾病表型［53］。p.R170G/W突變可導(dǎo)致嬰兒嚴(yán)重限制型心肌病。在一個(gè)南非家族中發(fā)現(xiàn)p.R170Q突變可導(dǎo)致具有輕度局灶性肥大和早發(fā)癥狀的限制型心肌病［6，10］。然而，Kaski 等［12］在2009 年進(jìn)行的一項(xiàng)早期研究中，在早發(fā)（＜13 歲）的肥厚型心肌病兒童中同樣也發(fā)現(xiàn)了p.cTnI-R170Q突變。因此，肥厚型心肌病和限制型心肌病的臨床分類界限并不明確，因?yàn)橛袝r(shí)限制型心肌病患者也會(huì)出現(xiàn)輕度肥大。

3.2 臨床表型的發(fā)展

為更好地了解基因型-表型相關(guān)性，迫切需要進(jìn)一步詳細(xì)的機(jī)制研究和廣泛的基因檢測(cè)。根據(jù)所有已知的情況，限制型心肌病表型發(fā)展可能主要有以下方式：一種途徑是始于肌節(jié)蛋白突變，改變蛋白質(zhì)表達(dá)，這可能會(huì)導(dǎo)致單倍體缺失，并通過受損的肌節(jié)動(dòng)力學(xué)、肌節(jié)結(jié)構(gòu)以及肌節(jié)間和肌節(jié)外蛋白質(zhì)相互作用誘發(fā)功能障礙。另一種途徑涉及非肌節(jié)蛋白的突變，影響基因表達(dá)和（或）改變相互作用的蛋白質(zhì)組成，控制系統(tǒng)中附加內(nèi)含子的多形性或突變，導(dǎo)致肌纖維之間蛋白質(zhì)異常聚集，蛋白質(zhì)的過量表達(dá)或蛋白質(zhì)不穩(wěn)定性的增加，從而破壞肌節(jié)結(jié)構(gòu)，引起心肌功能障礙。所有這些特征最終可能會(huì)導(dǎo)致心室僵硬和惡性心律失常的風(fēng)險(xiǎn)增加。

4 展 望

除了基因突變外，其他機(jī)制也會(huì)影響限制型心肌病的嚴(yán)重程度、預(yù)后和臨床表型。目前尚不清楚哪種機(jī)制（或機(jī)制組合）最終決定限制型心肌病表型。進(jìn)一步的機(jī)制研究對(duì)于更深入地理解基因-表型關(guān)聯(lián)至關(guān)重要。因此，應(yīng)該盡可能大覆蓋地對(duì)潛在限制型心肌病患者及其親屬進(jìn)行基因檢測(cè)，為限制型心肌病后續(xù)精準(zhǔn)治療提供依據(jù)。