【綜述】擴(kuò)張型心肌病致病基因及其篩查進(jìn)展

【綜述】擴(kuò)張型心肌病致病基因及其篩查進(jìn)展擴(kuò)張型心肌?。╠ilatedcardiomyopathy,DCM）是一類以左心室或雙心室進(jìn)行性擴(kuò)大，伴有收縮功能明顯減低為主要表現(xiàn)的心肌病，是臨床中除冠心病、高血壓以外，導(dǎo)致進(jìn)行性心力衰竭和心臟性猝死的第三大病因?；颊咧饕憩F(xiàn)為心腔擴(kuò)大、心功能不全以及惡性心律失常，預(yù)后往往不良。早期超聲數(shù)據(jù)提示DCM患病率約為1∶2500，而流行病學(xué)數(shù)據(jù)表明DCM實(shí)際患病率可能高達(dá)1∶250[1]，因此DCM患病率被低估了。根據(jù)2016年歐洲心臟病協(xié)會(huì)（EuropeanSocietyofCardiology,ESC）及美國(guó)心臟病協(xié)會(huì)（AmericanHeartAssociation,AHA）建議，推薦使用超聲心動(dòng)圖或心臟磁共振成像技術(shù)進(jìn)行DCM診斷，以左心室收縮功能減低（左心室射血分?jǐn)?shù)<><25%）和左心室舒張末期容積或內(nèi)徑>經(jīng)校正后正常值的2倍標(biāo)準(zhǔn)差為參考標(biāo)準(zhǔn)，并排除導(dǎo)致心肌病變的其他疾病[2,3]。若患者僅表現(xiàn)出左心室收縮功能降低（左心室射血分?jǐn)?shù)<45%），不合并心室擴(kuò)張，同時(shí)不能用心室負(fù)荷異常增加或冠心病解釋，esc立場(chǎng)聲明中將其定義為收縮功能減低的非擴(kuò)張型心肌病亞型（hypokineticnon-dilated=""cardiomyopathy,="">[2]。DCM的病因可以歸結(jié)于基因或非基因因素，后者包括高血壓、冠心病、先天性瓣膜性心臟病、活動(dòng)性心肌炎、毒素、炎癥性或傳染性因素等。而特發(fā)性DCM則特指基因因素導(dǎo)致的心肌病，其中家族遺傳性心肌病是特發(fā)性DCM的主要類型，約占特發(fā)性DCM的50%[4]。目前報(bào)道的特發(fā)性DCM的致病基因超過(guò)60種。本文就DCM的致病基因及其臨床篩查進(jìn)行闡述。一、致病基因特發(fā)性DCM患者中約50%發(fā)病與家族性遺傳因素相關(guān)。家族性DCM主要是常染色體顯性遺傳，后代中遺傳到該致病突變體的風(fēng)險(xiǎn)為50%，而常染色體隱性、伴X染色體以及線粒體遺傳相對(duì)少見(jiàn)。導(dǎo)致DCM致病的基因種類繁多，而相關(guān)基因大多數(shù)影響肌小節(jié)、細(xì)胞骨架、核膜、細(xì)胞核構(gòu)象、鉀鈉鈣離子穩(wěn)態(tài)、轉(zhuǎn)錄通路和線粒體蛋白等[5]。由于心血管疾病表現(xiàn)不具有特異性，DCM致病基因外顯率具有年齡依賴性，同時(shí)受機(jī)體代償機(jī)制或遺傳修飾、遺傳異質(zhì)性的影響，DCM通過(guò)早期臨床表現(xiàn)進(jìn)行篩查比較困難。1．影響肌小節(jié)的突變：肌小節(jié)是橫紋肌的基本收縮單位。編碼肌小節(jié)蛋白的基因發(fā)生突變會(huì)影響心肌細(xì)胞收縮功能。TTN是DCM最常見(jiàn)的致病基因，約占DCM致病基因的25%，患者通常于40歲之前出現(xiàn)典型的臨床癥狀[6]。TTN編碼一種巨型肌小節(jié)蛋白，即肌聯(lián)蛋白，這種蛋白作為細(xì)肌絲和粗肌絲相互作用的外部支撐點(diǎn)，在肌小節(jié)組裝和原力產(chǎn)生中發(fā)揮重要作用，并且該蛋白分別為收縮和舒張作用提供反作用力，有利于兩種力量的恢復(fù)。TTN基因的致病突變主要是截?cái)嗤蛔?，通過(guò)分析特異性捕獲TTN的基因微陣列，發(fā)現(xiàn)TTN截?cái)嗤蛔兎謩e占家族性DCM的25%、散發(fā)性DCM的18%。TTN基因另一種致病突變是錯(cuò)義突變，而錯(cuò)義突變致病的機(jī)制目前并不完全清楚，但是通過(guò)對(duì)誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞模型的研究，發(fā)現(xiàn)TTN錯(cuò)義突變可以導(dǎo)致心肌細(xì)胞收縮缺陷[7]。TTN基因突變后蛋白可穩(wěn)定表達(dá)，但是這些蛋白不能與肌小節(jié)固有蛋白穩(wěn)定結(jié)合發(fā)揮生物學(xué)作用，從而表現(xiàn)出心臟收縮功能減低。相比其他基因突變所致的DCM，TTN突變的患者心律失常風(fēng)險(xiǎn)和心功能失代償程度更為嚴(yán)重，因此基因診斷可用于危險(xiǎn)分層。RBM20基因編碼核糖核酸結(jié)合模體20蛋白，是一種伴侶蛋白，可以調(diào)控肌聯(lián)蛋白的拼接[8]。已經(jīng)在鼠模型中證實(shí)RBM20缺失可誘導(dǎo)出DCM表型[9]。RBM20基因突變患者DCM發(fā)病年齡早，容易發(fā)展為終末期心力衰竭，并且死亡率較高。ACTC1基因編碼α-肌動(dòng)蛋白。肌動(dòng)蛋白是參與各類細(xì)胞運(yùn)動(dòng)的一種高度保守的蛋白。肌動(dòng)蛋白聚合成股可形成一種雙螺旋構(gòu)象的結(jié)構(gòu)性肌纖維。α-肌動(dòng)蛋白存在于肌肉組織中，是肌肉收縮單位的主要組成部分。目前發(fā)現(xiàn)了7種ACTC1病理性突變與DCM相關(guān)，其中6種為錯(cuò)義突變，1種為剪接突變。目前為止，報(bào)道的與家族性DCM相關(guān)的影響肌小節(jié)作用的致病基因還包括MYBPC3、MYH7、TNNC1、TNNI3、TNNT2、TPM1、LDB3和TTR等[10]。2．影響核酸蛋白的突變：多種核酸蛋白可以結(jié)合于心肌細(xì)胞核區(qū)域，調(diào)控核-細(xì)胞骨架蛋白相互作用，對(duì)于穩(wěn)定染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、調(diào)控細(xì)胞轉(zhuǎn)錄發(fā)揮重要作用。目前發(fā)現(xiàn)了3種核酸蛋白與家族性DCM相關(guān)，即TMPO、LMNA和EMD，其中EMD是伴X染色體遺傳。TMPO基因編碼促胸腺生成素蛋白，該蛋白參與核纖層蛋白組裝，促進(jìn)核被膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。目前只有CM055559突變體與家族性DCM相關(guān)[11]。LMNA基因編碼核纖層A/C蛋白。核纖層蛋白是位于核膜內(nèi)層的一種纖維結(jié)構(gòu)，由3種多肽蛋白構(gòu)成，即核纖層蛋白A、B、C。LMNA基因通過(guò)選擇性剪接作用表達(dá)這3種蛋白。通過(guò)核纖層蛋白與內(nèi)膜整合蛋白相互作用穩(wěn)定核孔復(fù)合物，從而支持核膜結(jié)構(gòu)。LMNA基因是DCM第2種主要致病基因，通過(guò)常染色體顯性遺傳，LMNA基因突變占總的DCM基因突變類型的6%，其中家族性DCM有7.5%出現(xiàn)LMNA基因突變，而散發(fā)性DCM中11%出現(xiàn)LMNA基因突變[12]。目前發(fā)現(xiàn)了114種LMNA基因突變類型。LMNA突變致病的DCM外顯率極高，患者常于中年之前發(fā)病，并且在60歲之前臨床癥狀完全出現(xiàn)。該基因突變表現(xiàn)出來(lái)的臨床癥狀各不相同，但常累及心臟傳導(dǎo)系統(tǒng)（竇性心動(dòng)過(guò)緩、房室傳導(dǎo)阻滯、房性快速性心律失常），出現(xiàn)伴或不伴傳導(dǎo)系統(tǒng)疾病的骨骼運(yùn)動(dòng)受累，最終發(fā)展為心力衰竭。約70%的患者于診斷后5年內(nèi)出現(xiàn)惡性心臟事件，因此該類基因突變的患者建議植入ICD或行心臟移植。大多數(shù)LMNA基因突變體會(huì)導(dǎo)致單倍基因不足，已通過(guò)鼠模型證實(shí)帶有這種突變的心肌細(xì)胞構(gòu)象異常、功能缺陷，這可能是導(dǎo)致早產(chǎn)兒心原性死亡的原因之一[13]。3．影響電解質(zhì)穩(wěn)態(tài)的突變：細(xì)胞膜表面的離子通道通過(guò)運(yùn)輸電解質(zhì)離子進(jìn)出心肌細(xì)胞調(diào)控心肌功能，而涉及心肌離子通道的基因突變則會(huì)影響肌肉收縮功能，例如SCN5A、KCNQ1和ABCC9。其中KCNQ1基因與鉀離子通道相關(guān)，而ABCC9基因與ATP結(jié)合盒超家族蛋白相關(guān)[14,15]。SCN5A基因編碼鈉離子通道的α亞單位。心肌細(xì)胞中的鈉離子通道通過(guò)動(dòng)作電位過(guò)程中快速去極化促進(jìn)沖動(dòng)的傳導(dǎo)，而SCN5A基因病理性突變會(huì)改變鈉通道的電興奮閾值，干擾電流傳導(dǎo)，影響心肌細(xì)胞收縮過(guò)程，從而導(dǎo)致心室重構(gòu)，促進(jìn)DCM。自2004年報(bào)道第一種SCN5A基因病理性突變類型以來(lái)，又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了12種，其中10種為錯(cuò)義突變，2種為插入突變[10]。肌漿網(wǎng)是肌肉細(xì)胞內(nèi)微管和胞漿相互連接而形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，通過(guò)儲(chǔ)存和釋放鈣離子參與肌肉收縮和舒張的過(guò)程。其中PLN基因致病性突變與家族性DCM相關(guān)。PLN基因編碼肌漿網(wǎng)的受磷蛋白，該蛋白抑制肌漿網(wǎng)鈣離子-ATP酶，使其處于非磷酸化狀態(tài)[16]。受磷蛋白是環(huán)磷酸腺苷（cAMP）-依賴性蛋白激酶作用的主要底物，當(dāng)被磷酸化后，其抑制作用減弱，進(jìn)而激活鈣離子泵從胞質(zhì)中攝取鈣離子，降低胞質(zhì)鈣離子濃度，加速肌肉舒張。目前報(bào)道了8種突變類型與DCM相關(guān)，其中Arg9Cys突變類型的臨床表型比較嚴(yán)重，此類型患者常在成人早期階段發(fā)展為進(jìn)展性心力衰竭，需要進(jìn)行心臟移植[17]。這是由于此類突變減弱了激酶A結(jié)合磷酸化PLN的能力，從而減低β腎上腺受體對(duì)鈣離子的調(diào)控，影響了心肌收縮力。Arg14del是PLN基因突變的另一種類型，即缺失一種單一核苷酸，據(jù)報(bào)道該類型突變與中到重度DCM表型相關(guān)[18]。4．轉(zhuǎn)錄因子突變：在轉(zhuǎn)錄調(diào)控過(guò)程中，轉(zhuǎn)錄因子突變參與心臟發(fā)育過(guò)程，導(dǎo)致心臟畸形和DCM發(fā)病，其中TBX5、TBX20、NKX2-5基因是參與此過(guò)程的主要轉(zhuǎn)錄因子[19]。在DCM中TBX5和TBX20轉(zhuǎn)錄活性明顯減弱，而這兩種轉(zhuǎn)錄因子完全失活的患者表現(xiàn)出常染色體遺傳特性和完全外顯率。最近，Yuan等[20]發(fā)現(xiàn)家族性DCM中NK2-5基因突變可以明顯減弱轉(zhuǎn)錄活性。GATA4/5/6轉(zhuǎn)錄因子可以影響編碼心肌結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)，如肌動(dòng)蛋白和心房利鈉因子。2種GATA4的錯(cuò)義突變和1種GATA6突變與DCM相關(guān)[21]。EYA4基因與DCM和神經(jīng)性耳聾相關(guān)，其編碼的EYA家族蛋白作為轉(zhuǎn)錄激活因子參與蛋白磷酸化過(guò)程，對(duì)眼部發(fā)育以及皮質(zhì)醇相關(guān)器官發(fā)揮著重要作用。據(jù)報(bào)道，該基因的整體缺失與DCM和感覺(jué)神經(jīng)性聽(tīng)力損失相關(guān)[22]。FOXD4基因編碼FOX轉(zhuǎn)錄因子家族蛋白，該轉(zhuǎn)錄蛋白參與新陳代謝、細(xì)胞增殖及個(gè)體發(fā)育基因表達(dá)的多個(gè)過(guò)程。據(jù)報(bào)道，該基因出現(xiàn)的一種錯(cuò)義突變與家族性DCM、強(qiáng)迫癥及自殺傾向有關(guān)[23]。5．導(dǎo)致染色體異常的突變：就DCM整體基因突變現(xiàn)象而言，很少出現(xiàn)基因拷貝數(shù)異常的病例。2011年，Norton等[24]報(bào)道了一家族DCM患者攜帶BAG3基因雜合性缺失。BAG3基因編碼BCL2家族基因相關(guān)3號(hào)蛋白。此BAG蛋白與Hip蛋白競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合到Hsc70/Hsp70ATP激酶結(jié)構(gòu)域，促進(jìn)底物釋放。但是同年Norton分析了一組DCM患者的拷貝數(shù)變異系數(shù)，并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)此類基因缺失的現(xiàn)象，因此推斷影響基因拷貝數(shù)、導(dǎo)致染色體異常的突變并非DCM的主要致病原因。二、基因篩查1．初步篩查：AHA和ESC建議對(duì)DCM患者親屬進(jìn)行初級(jí)篩查，采集包括患者在內(nèi)的至少3代親屬的家族史，同時(shí)對(duì)一級(jí)親屬行臨床評(píng)估。通過(guò)心電圖和超聲心動(dòng)圖進(jìn)行初級(jí)篩查，其次是采集心律失常及神經(jīng)肌肉系統(tǒng)疾病病史。研究發(fā)現(xiàn)，在臨床初篩中10%伴有中度心臟超聲異常的患者會(huì)在5年內(nèi)發(fā)展為心肌病[25]。同時(shí)結(jié)合心臟磁共振成像技術(shù)和實(shí)驗(yàn)室指標(biāo)，有助于疾病初篩。2．臨床基因檢測(cè)：雖然有專家認(rèn)為應(yīng)首先確診患者攜帶有某一致病性突變基因后，再考慮對(duì)患者家屬進(jìn)行基因檢測(cè)（B類證據(jù)），但是據(jù)2016年AHA關(guān)于DCM的科學(xué)聲明，無(wú)論患者是否患有家族性特發(fā)性DCM，均應(yīng)行基因檢測(cè)（A類證據(jù)），同時(shí)可以結(jié)合遺傳咨詢（B類證據(jù)）[3]。根據(jù)2016年ESC建議，所有家族性或非家族性DCM若出現(xiàn)臨床線索，如房室傳導(dǎo)阻滯或肌酸激酶升高，均應(yīng)行基因檢測(cè)[2]。但是ESC強(qiáng)調(diào)基因檢測(cè)應(yīng)當(dāng)以臨床診斷為前提，并嚴(yán)格限定檢測(cè)的基因?yàn)橐阎狣CM致病基因。一套標(biāo)準(zhǔn)的DCM基因檢測(cè)板包括40~50個(gè)基因，目前新一代測(cè)序板檢測(cè)家族性DCM的陽(yáng)性率可達(dá)40%，與散發(fā)病例的陽(yáng)性率差別不大。當(dāng)疾病表型不明確時(shí)，推薦選用盤(pán)型心肌病檢測(cè)板進(jìn)行深入篩查。但是大型基因檢測(cè)板解釋數(shù)據(jù)結(jié)果有一定的困難，因?yàn)樵S多基因突變的臨床意義目前并不清楚。研究發(fā)現(xiàn)，若將基因檢測(cè)陽(yáng)性率從10%增加到40%，不確定臨床意義的基因突變量將增長(zhǎng)10倍[26]。3．遺傳咨詢：遺傳咨詢是為了給患者及其家屬提供有效信息，包括基因風(fēng)險(xiǎn)、疾病結(jié)局、遺傳可能性、疾病管理以及計(jì)劃生育。以專業(yè)遺傳咨詢?nèi)藛T為主導(dǎo)，咨詢內(nèi)容主要包括對(duì)可能基因檢測(cè)結(jié)果的討論，遺傳風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估以及進(jìn)行家族性