三種常見(jiàn)先天性長(zhǎng)QT綜合征的基因突變特點(diǎn)及致病性評(píng)估流程

楊 英 張 萍 呂婷婷

(1.三峽大學(xué) 第一臨床醫(yī)學(xué)院[宜昌市中心人民醫(yī)院]心血管內(nèi)科 &三峽大學(xué) 心血管疾病研究所,湖北 宜昌 443003;2.清華大學(xué) 醫(yī)學(xué)院,北京 100084;3.清華大學(xué) 附屬北京清華長(zhǎng)庚醫(yī)院 心內(nèi)科,北京 102218)

先天性長(zhǎng)QT 綜合征(long QT syndrome,LQTS)是一類(lèi)編碼心臟離子通道(鈉、鉀、鈣)或離子通道調(diào)節(jié)蛋白的基因突變,導(dǎo)致心臟復(fù)極延遲,QT間期延長(zhǎng),以尖端扭轉(zhuǎn)型室速、室顫、暈厥甚至猝死為主要表現(xiàn)的一組常染色體遺傳病。LQTS的發(fā)病率約為1:2 000,多見(jiàn)于青少年,是青少年猝死的主要原因[1]。根據(jù)遺傳方式不同,LQTS可分為常染色體顯性遺傳和隱性遺傳的綜合征,后者常伴有先天性耳聾。因?yàn)長(zhǎng)QTS 的基因型與臨床表型的一致性較好,臨床中常根據(jù)致病基因不同進(jìn)行分型,目前發(fā)現(xiàn)至少有17個(gè)亞型,以LQT1～3型最常見(jiàn),占LQTS的75%～80%,其中LQT1占35%～40%,LQT2占25%～30%,LQT3 占10%～15%[2-4]。在我國(guó),以LQT2最常見(jiàn),其比例可高達(dá)52%[5]。

基因突變包括點(diǎn)突變、移碼突變、插入/缺失突變和剪接突變,LQTS的基因突變以點(diǎn)突變最常見(jiàn)。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外學(xué)者在三種常見(jiàn)的LQTS 患者中相繼發(fā)現(xiàn)了近千個(gè)突變位點(diǎn),其中有10%～20%的突變不影響所編碼蛋白質(zhì)的功能,即“假陽(yáng)性”突變,不能用于指導(dǎo)LQTS 的危險(xiǎn)分層、臨床治療和預(yù)后分析[2-4]。近年來(lái),研究者們陸續(xù)驗(yàn)證了LQTS突變基因的電生理功能,尋找突變基因的致病規(guī)律,篩選出“假陽(yáng)性”突變,探索LQTS突變基因的功能評(píng)估流程,為臨床快速識(shí)別致病突變提供新思路。本文就上述研究的最新進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 三種常見(jiàn)LQTS的基因突變特點(diǎn)

1.1 LQT1

心臟緩慢激活延遲整流鉀通道(slowly activated delayed rectifier potassium current,IKs)由KCNQ1基因編碼的4 個(gè)α亞單位和KCNE1 基因編碼的2個(gè)附屬β亞單位組成,α亞單位有676個(gè)氨基酸,包含N 末端、C末端及跨膜區(qū)(6次跨膜的核心區(qū)和1個(gè)成孔區(qū)),其中N 末端和C 末端均在胞漿側(cè),LQT1是編碼α亞單位的KCNQ1基因突變所致。

LQT1患者檢測(cè)KCNQ1 基因的6 個(gè)大規(guī)模臨床研究匯總分析發(fā)現(xiàn),244個(gè)突變位點(diǎn)中,55%位于跨膜區(qū),39%位于C末端,6%位于N 末端,致病性風(fēng)險(xiǎn)得分從高到低依次為跨膜區(qū)、C 末端和N 末端,進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)C 末端子單元(subunits assembly domain,SAD)區(qū)(589-620氨基酸)突變的致病性強(qiáng),其風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)預(yù)測(cè)值(estimated predictive values,EPVs)為100%(95%CI: 64%,100%)[3,6]。上述研究結(jié)果提示,跨膜區(qū)和C 末端SAD 區(qū)的突變率和致病風(fēng)險(xiǎn)均最高,應(yīng)高度警惕上述位置的突變。一項(xiàng)納入278例LQTS的研究[7]發(fā)現(xiàn),LQT1男性患者在青春期后的QTc間期開(kāi)始縮短,在12 歲后出現(xiàn)QTc間期明顯短于女性患者,提示LQT1發(fā)生心律失常的風(fēng)險(xiǎn)不僅與基因突變位置有關(guān),還與性別、年齡相關(guān)。此外,也有研究發(fā)現(xiàn),KCNQ1 的常見(jiàn)突變還存在地域差異,南非人群的常見(jiàn)突變A341V 位于KCNQ1的第6次跨膜區(qū),致病性強(qiáng),患者猝死風(fēng)險(xiǎn)高[8];日本最常見(jiàn)的突變?yōu)锳344spl,致病性中等[9];瑞典和芬蘭的常見(jiàn)突變分別為Y111C和G589D,致病性較弱,心臟事件的發(fā)生率低[10-11]。然而,截至目前,我國(guó)關(guān)于LQT1突變基因的報(bào)道多為個(gè)案報(bào)道或小樣本研究,KCNQ1在亞洲人群中的突變規(guī)律、致病規(guī)律及其與地域、性別、年齡等因素的關(guān)系尚無(wú)大規(guī)模、多中心研究數(shù)據(jù)報(bào)道。

1.2 LQT2

快速激活延遲整流鉀通道的結(jié)構(gòu)與IKs相似,α亞單位由KCNH2基因編碼,含有1 159個(gè)氨基酸,LQT2是編碼α亞單位的KCNH2基因突變所致。

我國(guó)LQT2發(fā)病率為52%,高于LQT1(44%)[5]。LQT2患者檢測(cè)KCNH2基因的6 個(gè)大規(guī)模臨床研究發(fā)現(xiàn)了337個(gè)突變位點(diǎn),跨膜區(qū)、C 末端及N 末端的突變比例分別為36%、33%及31%,致病性風(fēng)險(xiǎn)得分最高的是跨膜區(qū)。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),C末端環(huán)狀核苷酸結(jié)合域(cyclic nucleotide-binding domain,cNBD)區(qū)(742-842 氨基酸)和N 末端PAS/PAC 區(qū)(41-70/92-144氨基酸)突變致病性強(qiáng),其EPVs分別為100%(95%CI: 58%,100%)和100%(95%CI:48%,100%)[4,6],提示KCNH2跨膜區(qū)的突變率和致病風(fēng)險(xiǎn)均較高,C 末端和N 末端突變率和致病風(fēng)險(xiǎn)相當(dāng),但應(yīng)特別注意C末端cNBD 區(qū)及N 末端PAS/PAC區(qū)突變的高致病性。一項(xiàng)納入278例LQTS的研究發(fā)現(xiàn),LQT2男性患者在青春期前QTc間期進(jìn)行性延長(zhǎng),在青春期開(kāi)始后QTc間期縮短;在5歲之前和14～26歲,LQT2男性患者的QTc間期明顯短于女性患者,而在5～14歲男性患者的QTc間期明顯長(zhǎng)于LQT2 女性患者[7]。在另一項(xiàng)納入154 例QTc間期正常的LQT2 患者的研究中也發(fā)現(xiàn),KCNH2成孔區(qū)突變發(fā)生心臟事件的風(fēng)險(xiǎn)高于其他區(qū)域,且成年女性發(fā)生心臟事件的風(fēng)險(xiǎn)明顯高于男性(HR=4.09,95%CI: 1.89,8.81,P<0.001)[12]。此外,對(duì)316 例LQT1 和LQT2 芬蘭兒童平均隨訪12年,未發(fā)生心臟性死亡事件,并且芬蘭兒童心臟事件的發(fā)生率明顯低于其他患者[13]。上述研究結(jié)果提示,LQT2患者發(fā)生心臟事件的風(fēng)險(xiǎn)不僅與基因突變位置、性別、年齡和生長(zhǎng)發(fā)育有關(guān),還可能與地域和人種有關(guān),應(yīng)特別重視青春期后女性患者的管理。

1.3 LQT3

電壓門(mén)控鈉通道由孔道蛋白α亞單位和調(diào)節(jié)蛋白β亞單位組成,α 亞單位由SCN5A 基因編碼的2016個(gè)氨基酸組成,其結(jié)構(gòu)較鉀通道更復(fù)雜,除胞漿側(cè)的N 末端和C 末端外,還有四個(gè)跨膜區(qū)和三個(gè)區(qū)間連接器,LQT3是編碼α亞單位的SCN5A 基因突變所致。

Kapplinger等[2]對(duì)2 888例LQT3患者的基因檢測(cè)結(jié)果分析發(fā)現(xiàn),SCN5A 最常見(jiàn)的突變位點(diǎn)位于Ⅲ～Ⅳ區(qū)間連接器(DⅢ/DⅣ),其次是跨膜區(qū)的第三至第六次跨膜及第五至第六次跨膜間連接(S3-5+S6)。致病風(fēng)險(xiǎn)分析發(fā)現(xiàn),DⅢ/DⅣ突變的致病風(fēng)險(xiǎn)最高,其EPVs為95%(95%CI: 78%,99%),其次為跨膜區(qū)的S3-5+S6,其EPVs 為90%(95%CI:79%,95%),該區(qū)常見(jiàn)突變?yōu)閂411M(DⅠ-S6)、R1623Q(DⅣ-S4)和I1768V(DⅣ-S6),剩余區(qū)域的致病風(fēng)險(xiǎn)較低,EPVs為47%(95%CI: 26%,62%)。日本一項(xiàng)納入116例LQT3患者的多中心回顧性分析發(fā)現(xiàn),SCN5A 跨膜區(qū)的S5+S6發(fā)生突變,最易發(fā)生惡性心律失常事件(HR=4.2,95%CI: 2.09,8.36,P<0.001),且未發(fā)現(xiàn)明顯的性別差異[7]。此外,SCN5A 突變還可表現(xiàn)為其他類(lèi)型的心律失常,如Brugada綜合征、心臟傳導(dǎo)阻滯和竇房結(jié)功能不全等。E1784K 為SCN5A 的最常見(jiàn)突變,在SCN5AE1784K 突變陽(yáng)性患者中發(fā)現(xiàn)LQT3、Brugada綜合征、心臟傳導(dǎo)阻滯及竇房結(jié)功能不全[14],這提示當(dāng)QTc延長(zhǎng)、Brugada綜合征、心臟傳導(dǎo)阻滯和竇房結(jié)功能不全等出現(xiàn)家族聚集現(xiàn)象時(shí),應(yīng)高度警惕SCN5A 突變可能。

2 三種常見(jiàn)LQTS的“假陽(yáng)性”突變

2011年美國(guó)心律學(xué)會(huì)和歐洲心律學(xué)會(huì)在《心臟離子通道病與心肌病基因檢測(cè)專(zhuān)家共識(shí)》中指出,經(jīng)心臟病專(zhuān)家診斷或高度懷疑的LQTS患者均應(yīng)進(jìn)行KCNQ1、KCNH2 和SCN5A 基因檢測(cè)[15]。隨著基因檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展,LQTS基因檢測(cè)數(shù)據(jù)的完善,研究者發(fā)現(xiàn),既往報(bào)道的LQTS突變基因中,有10%～20%為非致病性突變,即“假陽(yáng)性”突變[2-4]。主要原因在于,既往研究中,對(duì)照組樣本量過(guò)小,人群數(shù)據(jù)庫(kù)更新不及時(shí),錯(cuò)誤地把人群中不影響蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的背景突變當(dāng)作LQTS 的致病突變。因此,篩選出LQTS的“假陽(yáng)性”突變,對(duì)疾病的診斷、治療及預(yù)后評(píng)估具有重要意義。Ackerman等[15]通過(guò)匯總分析LQTS的大規(guī)模基因檢測(cè)數(shù)據(jù),以基因組聚合數(shù)據(jù)庫(kù)中人群序列為對(duì)照組,利用突變基因所出現(xiàn)的頻率及8個(gè)生信預(yù)測(cè)軟件進(jìn)行初篩,意義不明確的突變用全細(xì)胞膜片鉗技術(shù)進(jìn)一步行電生理功能驗(yàn)證,結(jié)果發(fā)現(xiàn),LQT1 中有32 個(gè)“假陽(yáng)性”突變,LQT2 中22個(gè),LQT3中8個(gè),詳見(jiàn)表1。

表1 三種常見(jiàn)LQTS中已明確的“假陽(yáng)性”突變

對(duì)不明原因猝死的嬰兒進(jìn)行SCN5A 基因檢測(cè)發(fā)現(xiàn)了31個(gè)突變,經(jīng)預(yù)測(cè)有23個(gè)為“假陽(yáng)性”突變,但未進(jìn)行功能驗(yàn)證[16]。此外,在7 244 例LQT1-17的全外顯子測(cè)序中也發(fā)現(xiàn),LQTS相關(guān)基因突變?yōu)楸尘巴蛔兊谋壤赡軙?huì)更高[17]。綜上所述,LQTS 基因突變?yōu)椤凹訇?yáng)性”突變的比例可能高于10%～20%,目前篩選驗(yàn)證的“假陽(yáng)性”突變只是冰山一角,具體到不同年齡、性別及不同種族的患者是否適用,尚需進(jìn)一步驗(yàn)證。

3 三種常見(jiàn)LQTS突變基因的致病性評(píng)估流程

鑒于LQTS相關(guān)基因突變存在“假陽(yáng)性”突變可能,尤其是錯(cuò)義突變可能漏判或誤判,而對(duì)每一個(gè)新發(fā)現(xiàn)的突變基因進(jìn)行電生理功能驗(yàn)證,耗時(shí)長(zhǎng)、成本高、技術(shù)條件受限,不利于疾病的快速診斷。因此,探索LQTS突變基因的致病性評(píng)估流程,對(duì)突變基因的功能評(píng)估及疾病的快速診斷具有重要意義。Kapplinger等[2]通過(guò)總結(jié)LQTS基因檢測(cè)數(shù)據(jù),結(jié)合實(shí)驗(yàn)室經(jīng)驗(yàn),探索出SCN5A 陽(yáng)性突變的診斷流程,如圖1所示。

圖1 SCN5A 突變的致病性評(píng)估流程[2]

該流程中SCN5A 突變基因的致病性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要包括四步:首先,確定突變是否為激進(jìn)突變;其次,確定該突變?cè)谡Ｈ酥惺欠癖磉_(dá)及在LQTS 患者中是否過(guò)表達(dá);若前兩步無(wú)法確定其致病性,則進(jìn)一步行SCN5A 蛋白的拓?fù)鋵W(xué)分析;最后,對(duì)于蛋白拓?fù)鋵W(xué)分析尚無(wú)法確定其致病性者,使用生信分析預(yù)測(cè)軟件進(jìn)行評(píng)分;經(jīng)上述四步仍然無(wú)法確定該突變是否致病時(shí),應(yīng)再次結(jié)合患者病史、家族史、心電圖等資料評(píng)估LQTS的診斷是否成立。

Kapplinger等[2-4,18-21]使用的生信分析預(yù)測(cè)軟件包括Ortholog、Paralog、Grantham、SIFT、Mutation Assesor、PolyPhen2、Condel和KvSNP,每個(gè)工具評(píng)分為0分或1分,1分提示該突變可能致病,多個(gè)評(píng)估工具得分相加,根據(jù)總分預(yù)測(cè)致病風(fēng)險(xiǎn)。SCN5A突變風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估使用前7種評(píng)估工具,以4分為界值,若總分≥4 分提示致病可能性大[2]。在Clemens等[3]和Mattivi等[4]關(guān)于KCNQ1和KCNH2突變基因致病風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)中,運(yùn)用前述8種預(yù)測(cè)工具,以總分為6～8分提示KCNQ1突變可能致病,而總分為8分提示KCNH2 突變可能致病,如圖2、圖3 所示。且在Giudicessi等[22]對(duì)KCNQ1和KCNH2突變基因進(jìn)行鑒定時(shí),使用UCSC Conservation、Grantham、SIFT、PolyPhen2四種評(píng)估工具,若總分≥3分提示致病可能性大。綜上所述,目前,LQTS突變基因的致病性評(píng)估流程尚不完善,不同實(shí)驗(yàn)室和不同疾病使用預(yù)測(cè)軟件的種類(lèi)和數(shù)量不同,評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)也不統(tǒng)一,且敏感性和特異性未知,尚無(wú)法很好地用于指導(dǎo)臨床。

圖2 KCNQ1突變的致病性評(píng)估流程[3]

圖3 KCNH2突變的致病性評(píng)估流程[4]

4 結(jié)語(yǔ)

隨著基因檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展,越來(lái)越多的LQTS突變基因被發(fā)現(xiàn),促進(jìn)了LQTS基因診斷的快速發(fā)展。目前已發(fā)現(xiàn),LQTS 的不良心臟事件不僅與LQTS分型、基因突變位置有關(guān),還與性別、年齡、種族、地域等因素有關(guān),也明確了LQTS三種常見(jiàn)亞型的高致病性突變區(qū)。大數(shù)據(jù)匯總分析也發(fā)現(xiàn),LQTS基因突變有部分為“假陽(yáng)性”突變,無(wú)致病性,不能作為L(zhǎng)QTS 的分型和預(yù)后評(píng)估的參考標(biāo)準(zhǔn)。目前,LQTS突變基因的致病性評(píng)估流程也初見(jiàn)雛形,但不同實(shí)驗(yàn)室和不同疾病使用預(yù)測(cè)軟件的種類(lèi)和數(shù)量不同,評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)也不統(tǒng)一,且敏感性和特異性未知,還無(wú)法很好地用于指導(dǎo)臨床,尚需大數(shù)據(jù)進(jìn)一步驗(yàn)證和完善。此外,由于LQTS 發(fā)病率低,漏診和誤診率高,目前研究進(jìn)展緩慢,且我國(guó)關(guān)于LQTS 基因診斷的研究多為小樣本研究或個(gè)案報(bào)道,其突變特點(diǎn)和致病特點(diǎn)如何,現(xiàn)有致病性評(píng)估流程是否適用,尚需進(jìn)一步驗(yàn)證。