先天性长QT综合征相关突变基因临床医学论文.doc

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先天性长QT综合征相关突变基因_临床医学论文【关键词】先天性长QT综合征先天性长QT综合征(Long QT Syndrome，LQTS)是因编码离子通道蛋白的基因突变导致心肌细胞膜离子通道功能障碍而引起的一组临床综合征，临床上表现为QT间期延长、ST-T易变、多形性室性心动过速、尖端扭转性室性心动过速(torsade de pointes，TdP)及发作性眩晕。目前已发现十个与LQTS相关的致病基因，分别是KCNQ1（KVLQT1）、KCNH2（HERG）、SCN5A、Ankyrin-B(ANK2)、KCNE1(MinK)、KCNE2(MiRP1)、KCNJ2、Cav1.2、Cav3、SCN4B、AKAP9、SNTA1，将LQTS分为LQT1～10这10个亚型［1］，如表1。至今，在LQTS致病基因上共发现突变位点500多个，而大部分是LQT1、LQT2和LQT3三型。根据遗传特征临床上分为两种类型，一种是Romano-Ward(RWS)综合征,体染色体显性遗传，临床常见，不伴有先天性耳聋；另一种是Jervell-Lange-Nielsen(JLNS)综合征，为体染色体隐形遗传，伴有先天性神经性耳聋。LQTS并非一个常见的临床疾病，但由于该疾病发病突然、猝死率高、又多以青少年发病，近年来LQTS的分子生物学研究有了突破性的进展，尤其阐明了基因型和表现型关联性，为遗传学研究成果应用到个体化治疗提供了一个典范，LQTS已成为近年来心血管病领域内的一个研究热点。作者就此方面的研究进展综述如下。1 KCNQ与KCNE1 1.1 KCNQ1与LQT1(1)KCNQ1结构与功能1996年，Wang等［2］首先克隆了位于11p15.5的KCNQ1基因。它由16个外显子组成，长约400kb，所有内含子序列在受体剪接区有不变的AG序列，供体剪接区有不变的GT序列，编码KVLQT1蛋白，即延迟整流钾通道缓慢激活成分(slowly activated delayed rectifier potassium channel，IKs)的α-亚单位，由6个跨膜片段(S1～6)、1个门区及细胞内外的氨基(N-)和羧基(C-)末端组成［1］。(2)KCNQ1作用机制：基因突变引起IKs的α亚单位功能受损,IKs钾外流量显著减少，从而延长动作电位时间(Action period duration,APD)，心电图上表现为QTc延长和尖端扭转性室性心动过速，导致LQTS［1］。KCNQ1突变有错义突变、无义突变、剪接突变、氨基酸缺失、移码突变，大部分突变发生在跨膜区或细胞内部分。表1先天性长QT综合征基因亚型（略）注：Iks：缓慢激活延迟整流钾电流，Ikr：快速激活延迟整流钾电流，ICa2+：L型钙电流，INa:钠电流国外的研究表明，其突变可能通过显性负调控(KCNQ1突变型通过一种“毒性”作用干预正常野生型的功能)或功能丧失机制(只有突变型失去活性)发挥作用的。1.2 KCNE1与LQT5 1997年Splawski等［3］首次将KCNE1基因作为第五个LQTS基因进行报道。它在21q22.1～22.2，含有130个氨基酸，结构中仅有一个跨膜区，有3个外显子，2个内含子位于5’-UTR，内含子的供体和受体剪接位点均有GT和AG［1］。MinK蛋白是一种功能性钾通道，编码Iks蛋白的β亚单位。KCNE1基因的突变报道较少，仅占2%。1.3 KCNQ1与KCNE1的关系KCNE1与KCNQ1共同表达形成Iks，KCNQ1编码Iksα亚单位和KCNE1编码β2亚单位。4个α亚单位组成一个四聚体,构成Iks的功能区。β亚单位是α亚单位的主要调节因子，是Iks通道的整合蛋白。MinK蛋白是通过其羧基端片段和KVLQT1的门区相互作用而形成KVLQT1/MinK复合体，从而共同调节通道动力学及提高通道复合体的稳定性［3］。MinK可改变Iks通道的离子选择性以及对电压的依赖性，从而调节后者的功能。尽管MinK能影响Iks通道的失活与开放，但它主要对KCNQ1的影响是使其通道激活的速度减慢10倍，而且MinK/KCNQ1作为整个通道的通透性大约增加3倍(与单一的KCNQ1相比)［3］。MinK除了与KVLQT1组合外,还与HERG组合。因此MinK会产生LQT1和LQT2的表现型。2 KCNH2与KCNE2 2.1 KCNH2(1)KCNH2结构与功能：LQT2的致病基因为HERG(Human“ether-a-go-go”related gene)，位于7q35～36，由4个α亚单位组成，每个亚单位有6个跨膜片段，1个孔区及氨基和羧基末端，N和C末端均位于细胞内，跨膜片段S5、S6及连接两者的胞内肽段共同构成通道孔的结构域，跨膜区与孔区是突变的好发位点。其编码(rapidly activated delayed rectifier potassium channel，Ikr)的α亚基,调控着IKr的功能和表达,IKr是心室肌细胞动作电位复极期中的主要外向电流［4］。(2)KCNH2作用机制：HERG基因突变则导致IKr通道失活，电流减少或消失，引起心肌复极延长。目前，基因库中收录的HERG突变共200种。HERG突变涉及通道的各个区域。目前将HERG突变致LQT2的机制归纳为：①合成异常；②细胞内运输异常；③通道门控异常；④通道离子选择性异常。一种突变可通过4种机制中的一种或数种发挥作用。其中合成异常和细胞内运输异常是HERG基因错义突变导致LQT2最常见致病机制。研究提示位于HERG通道α螺旋或者β折叠结构域的氨基酸替代与通道蛋白在细胞内的合成、修饰、成熟和运输异常相关［5］。2.2 KCNE2(1)KCNE2与LQT6：KCNE2是LQT6的致病基因，定位于21q22.1。KCNE2编码含123个氨基酸的MiRP1基因相关蛋白，MiRP1有2个N-相关的糖基化位点，一条跨膜片段和2个蛋白激酶C介导的磷酸化位点，整个蛋白分子只有一个跨膜区即49～69区域，推测只有一个跨膜片段。KCNE2编码IKrβ亚单位。体外研究表明KCNE2能够与Kv4.2(kv-电压门控钾通道)结合调节其门控动力学。提示KCNE2不仅是IKr的β亚基，它可能同样作为瞬间外向钾电流(Ito)的β亚基调节其功能。KCNE2变异可引起心肌细胞动作电位钾离子流的改变而延长动作电位的复极化。2.3 KCNH2与KCNE2的关系MiRP1的主要功能是作为辅助亚单位与钾通道的α亚单位HERG一起形成完整的IKr通道，调节其整体的开放与失活动力学，增加通道的稳定性。MiRP1与HERG共同形成的稳定的复合物与机体自然的Ikr通道在整体行为，对细胞钾离子的敏感性，通道的失活速度及更为重要的抗心律失常药物E-4031的反应等诸多方面均完全相同［6］。而且尽管整个通道的通透行为，开放动态均受到MiRP1的影响而改变，但是HERG通道开放的特性并没有改变，除极时Ikr通道激活产生小的外向电流，然后快速失活，在复极时转化为关闭状态的速度缓慢，允许更多的离子流通过。3 SCN5A、Cav3和SCN4B LQT3的致病基因是SCN5A，定位于3p21～24。由28个外显子组成，编码一长约2016个氨基酸的蛋白，该蛋白在细胞膜上形成4个结构类似的同源结构域(Domain,DⅠ-DⅣ)，每个区域由6个跨膜片段组成，4个区共有24个片段。其中S5和S6片段之间的连接环构成通道孔，通道孔具有不对称结构，其选择性使Na+通过。S4片段为通道的电压感受器，当细胞膜电位除极时可使S4片段发生跨膜移动，激活钠通道产生钠电流。该基因编码心肌Na通道α亚单位。SCN5A的基因突变可改变钠通道的正常结构，进而改变钠通道的功能，并导致心律失常的发生。SCN5A突变主要通过以下遗传机制引起心律失常：①功能缺失性突变：使钠通道失活延迟、形成无功能通道、钠通道快速失活；②功能获得性突变：引起钠通道失活减慢，及晚期钠电流的增加。至今，在SCN5A基因上已发现175个突变位点，其中75个位点引起LQT3［7］。SCN5A突变致QT间期延长机制：突变多数集中在与通道灭活相关的区域，突变使钠通道失活延迟，2相的Na+电流持续不失活，使复极和动作电位的时程延长。由于动作电位时程的异常延长，使早期后除极及触发活动增加，并易诱发尖端扭转型室速。研究表明钠通道的失活延迟与心率减慢有关，因而LQT3患者多在心率缓慢或睡眠时发病。Matteo等报道了致LQT9的基因Cav3，并证实它的发病机制通过改变INa。2007年Argelia等［8］首次报道了致LQT10的SCN4B突变基因，这两型均与LQT3相似。4 ANK2细胞膜锚蛋白基因ANK2定位于4q25～q27。其功能是在心肌细胞横管和肌质网中将Na/Ca交换器、Na/K ATP酶和三磷酸肌糖受体(InsP3)有机地组合在一起。维持心肌细胞正常的收缩功能和Ca2+信号转导功能。心脏多种细胞ANK2均有表达，例如心房、心室及心脏浦肯野氏纤维。因此,导致ANK2功能丧失的突变可能导致心脏传导、心房律、心室律、窦房结和房室结多种功能的异常。ANK2突变首先在一个法国大家系中发现，Schott称其为LQT4。但该家系受累家族成员与其他LQTS不同，Mohler等发现了ANK2突变患者表现为不同类型的心律失常包括心动过缓、窦性心律失常、特发性室颤、CPVT和猝死，而并不均伴有QTc延长。说明ANK2功能异常代表了不同于典型LQTS的一组临床病征。故导致一组不同于典型LQTS遗传性心律失常综合征。5 KCNJ2 KCNJ2位于17q23，编码内向整流钾通道Kir2.1α亚单位。Kir2.1包括四个相同的KCNJ2编码的α亚单位。每个α亚单位包括两个跨膜结构域(M1和M2)，M1和M2由一个约30个氨基酸的孔区环襻相连，环襻中央有孔区，孔区位于膜的细胞外侧，这一区域含有钾离子的识别序列“G-Y-G”。正是由于识别序列G-Y-G的存在决定了钾通道的特异性离子选择性［９］。目前已发现27个KCNJ2突变可引起Andersen综合征(即LQT7)。Andersen综合征中KCNJ2突变通过对Kir2.1通道的抑制作用引起复极化末期Ik1电流强度减少，从而延长了心肌细胞动作电位和QT间期。Tristani等［10］发现Andersen综合征患者虽然频发室早与非持续性多形性室速等室性心律失常，却很少发生TdP及室颤等影响血流动力学的心律失常，与其他类型LQTS相比其晕厥及猝死发生率低。6诊断与治疗6.1诊断目前临床的诊断标准是Schwartz评分系统，休息时测得的异常ECG是诊断的关键，详细的家族史是必不可少的。Schwartz评分系统虽广泛应用，但未涉及基因信息，虽特异性高，但敏感性低。而最近Nynke Hofman等研究发现筛查LQTS致病基因携带者，对患者仅测量QTc间期在保持较好特异性同时又有较高敏感性（但其前提是可对患者行进一步DNA检测以确认是否有LQTS），以QTc=430ms为判别标准［11］。对于QTc处于临界值的患者需进一步做运动试验以掌握较多的信息。研究发现肾上腺素激发试验可以非常精准的发现潜在LQT1突变基因携带者［12］。基因学检查目前仅用于临床上LQTS诊断已成立或具有强烈LQTS临床背景家族及成员。对确诊患者行基因测定和亚型分类可指导治疗,但基因测试比较昂贵,目前国内开展此工作的单位较少,尚难以近期广泛推广应用。6.2治疗LQTS治疗主要是对症治疗，包括去处诱因、补充镁盐、异丙肾上腺素、β受体阻滞剂、左侧心交感神经切除(Left cardiac sympathetic denervation，LCSD)、心脏起搏器和植入心脏除颤器(Implantable cardioverter defibrillator，ICDs)。其药物治疗主要是β受体阻滞剂，β受体阻滞剂对以下几种效果较好：(1)QTc≥500ms；(2)LQT1、LQT2；(3)18岁前有心脏事件发生［13］。对于无效患者目前仅能采取LCSD和ICDs，但这些治疗与离子通道阻滞剂仍存在诸多问题。只有基因治疗才能使遗传性疾病根治成为可能，但仍有许多不足之处有待于进一步研究。综上所述，随着LQTS的分子生物学深入研究，对其基因型表现型关联性的进一步阐明，为建立个体化的特异基因治疗和通道基因突变所进行的特异治疗提供广阔前景。可预见，随着研究的进一步深入，会发现更多突变基因及突变位点，并对LQTS发病机制有进一步认识，这对临床诊断治疗均有非常重要的意义。【参考文献】1 Splawski I，Shen J,Timothy KW,et al.Spectrum of mutations in long QT Syndrome genes KVLQT1,HERG,SCN5A,KCNE1 and KCNE2.Circulation,2000,102(10):1178～1185.2 Wang Q,CurranME,Sp laswki I,et al.Positional cloning of a novel potassium channel gene:KVLQT1 mutations cause 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