KCNE2突变引起6型长QT间期综合征的机制探讨

凌 云 吴红玲 刘文娟 王 芳 徐明明 毛艳芳

1. 深圳市第六人民医院心内科，广东深圳 518052；2. 深圳大学医学院病理教研室，广东深圳 518000

KCNE2突变引起6型长QT间期综合征的机制探讨

凌 云1吴红玲1刘文娟2王 芳1徐明明1毛艳芳1

1. 深圳市第六人民医院心内科，广东深圳 518052；2. 深圳大学医学院病理教研室，广东深圳 518000

探讨KCNE2突变体通过对三种Kv通道（IKr、IKs、Ito）功能的影响，造成心肌复极延迟，APD 延长，引起6型长QT间期综合征。因为心脏电稳定性遭到破坏，容易产生室性心律失常、晕厥甚至猝死。

KCNE2；LQT6；电压依赖性钾通道

长QT间期综合征（long QT syndrome，LQT）是由于心脏复极化异常引起的心律紊乱性疾病，心电图表现为QT间期延长、T波异常，易产生室性心律失常、晕厥和猝死。发生在心脏电压依赖性钾离子通道（Kv）α或β亚基的遗传性突变引起LQT，其中由于KCNE2突变引起的LQT为6型LQT。由于KCNE2对多种参与心脏动作电位形成的电压依赖性钾通道（Kv）具有调节作用，其在心电稳定性中的作用十分复杂。本资料主要阐述LQT6相关的KCNE2突变体，包括T8A、Q9E、M54T、I57T、V65M、A116V对三种Kv通道（心脏快延迟整流钾通道电流-IKr、心脏慢延迟整流钾通道电流-IKs、瞬间外向钾电流-Ito）功能的影响，探讨LQT6的发病机制。

1 KCNE2与LQT

KCNE家族是一组基因结构上相似，编码产物结构功能相近的一组基因，它们的蛋白产物是编码人类电压门控性钾通道的β亚单位，与相应钾通道的α亚单位相互作用形成稳定具有特定功能的复合体-完整的钾通道。KCNE2为KCNE家族的一员，由Abbott GW等[1]于1999年将其完整克隆并定位在21q22.1。KCNE2全长732 bp，含有一个外显子，编码区为74-445区段。编码产物为MinK相关肽1（mink-related peptide 1，MiRP1），MiRP1是一个含有123个氨基酸的小分子蛋白，其结构中含有2个一致的糖基化位点和两个蛋白激酶C介导的磷酸化位点，整个蛋白分子也只有一个跨膜区即49～69区域。虽然MiRP1 只有一个跨膜片段，单独表达并不具有通道功能，但它却作为β亚基对多种参与心脏动作电位（action potential，AP）形成的电压依赖性钾通道的α亚基，如HERG（IKr 的α亚基）[1]、Kv4.2 和Kv4.3（Ito的 α 亚基）[2]、KvLQT1（即 KCNQ1，IKs的α亚基）等[3-4]的正常生理功能起着重要的调节作用。

正常心肌细胞的动作电位由钾、钠、钙和氯离子的跨膜流动形成。异常的钠、钾、钙通道导致异常的离子流动，可能延缓心室复极，表现为QT间期延长[5]。KCNE2 是LQT6的致病基因，其突变导致蛋白质的编码错误，引起钾通道的蛋白的亚单位变异，导致心肌细胞复极延迟、QT间期延长、细胞的电稳定性降低。发生在KCNE2 基因上的突变，包括T8A、Q9E、M54T、I57T、V65M、A116V 等[1，6-8]，引起 LQT6，表现为心室 AP 延长，发生致死性室性心律失常的风险明显增高。

2 KCNE2与IKr

IKr为 HERG类通道电流，HERG蛋白是心脏IKr通道的主要构成单位，但在实验中它不能完全重演机体自然的IKr通道的功能。而KCNE2的基因产物MiRP1与HERG共同形成的稳定复合物与机体自然的IKr通道在整体行为、对细胞外钾离子的敏感性、通道的失活速度以及更为重要的对抗心律失常药物E-4031的反应等诸多方面都完全相同[6]，提示MiRP1对HERG有明确的调节作用。

Isbrandt D等[8]研究发现，HERG+KCNE2与 HERG+KCNE2-V65M介导的电流在稳态激活方面两者没有明显差异；同样，两者在电压依赖性稳态失活方面也没有差别。V65M 加快HERG 通道的失活。HERG+KCNE2-V65M通道加速失活的时间历程可能会减少IKr通道在心肌细胞的电流密度，从而损害心肌细胞在对突然的细胞膜去极化过程（如期外收缩）做出回应时再极化的能力。

Q9E改变了通道的电压依赖性，即需要更正的电压值才能激活；M54T加速了通道的失活；I57T和A116V分别影响了离子流的大小和细胞膜表面通道蛋白分子的生物半衰期。

Lu Y等[9]在中国仓鼠卵巢（CHO）细胞研究发现，KCNE2的三种突变体T8A、Q9E 和M54T 均对HERG通道的门控动力学有明显的影响。与HERG+WT-KCNE2或HERG单独作用相比，HERG+KCNE2-T8A更负显性的稳态激活，HERG+KCNE2-M54T更加正显性的稳态激活。共同表达的WT， T8A或Q9E KCNE2与HERG在电压依赖性稳态失活没有显著的改变，而KCNE2-M54T引起一个小的但是显著的负向改变。所有三个突变体都会引起IKr通道在去极化电位显著的失活减慢。KCNE2-T8A加速IKr通道的失活与从失活状态恢复。与HERG单独或HERG+WT-KCNE2通道相比，在紧密的成对早搏期间，T8A和Q9E突变体可引起显著的巨大电流峰值；在较长的耦合间期，三种突变体均引起较大的电流峰值。

对早搏刺激反应产生的电流峰值被认为是通过抑制早搏来保护心脏免于心律失常[9]。人们或许会期望HERG峰电流的提高可以增强对心脏的保护作用。可是，心脏对早搏刺激的综合反应也会被其他通道的反应所决定，其中最重要的就是钠通道从电压门控失活的恢复。已经证明会引起明显的“功能获得”或“功能丧失”的钠通道功能的轻微变化，均会显著提高心律失常的风险。所以，在一个早搏刺激期间HERG电流峰值的增加，通过抵抗钠通道的激活而导致的去极化，将引起明显的钠通道的“功能丧失”从而促进心律失常。

IKr是心肌细胞2相和3相的主要复极电流之一，它在动作电位坪相起始时很小，而在动作电位2相和3相时明显增加，因此Ikr能调节动作电位持续时间。现已证明，心肌原型 I Kr的固有特征必须有HERG与KCNE2共同表达。IKr功能增强使K+外流增加，作电位时程 （APD）缩短。反之，IKr功能减弱，导致心肌动作电位平台期延长和早期后除极，引起心律失常。由突变的KCNE2与HERG构成的IKr通道，表现为激活减慢、失活加快，导致通道开放缓慢，关闭迅速，使K+外向复极电流减弱，延长复极化[10]。

3 KCNE2与IKs

IKs是缓慢延迟整流K+电流，属KvLQT类通道电流。KvLQT通道在动作电位复极到0 mV左右激活，动作电位3相末期失活。IKs电流激活缓慢，含两个激活时间常数（350 ms和8.5 s），几乎没有失活。KCNQ1单独表达产生的电压依赖性钾电流，快速激活并且电压依赖性失活，其电子特征与野生型Iks相差很大。而KCNE1与KCNQ1共同表达的电流特性与野生型IKs相似。现普遍认为心脏延迟整流钾电流IKs是由KCNQ1与KCNE1蛋白相互作用形成。

研究发现，KCNE2，这一一直被认为是HERG通道的调节亚基对KCNQ1的门控特征也有显著的调节作用[4]。将KCNE2与KCNQ1共同转染到COS、CHO和HEK-293细胞，发现KCNE2使电压依赖性KCNQ1电流转变为电压非依赖性，并使通道永久开放，产生背景电流。心肌细胞IKs电流振幅可在细胞膜上可供利用的KCNE2亚单位的动态控制下而改变[11]，从而可调控静息膜电位，影响折返周期及动作电位的发放频率。而KCNE2突变改变了这一正常的相互作用，导致活化速度减少和电流活化电压依从改变，产生更多的正电势，减少IKs，延长复极化[10]。

Tinel N等[4]在哺乳动物COS细胞研究发现，KCNE2-Q9E突变体比它的野生型等位基因对KCNQ1电流有更显著的抑制作用。KCNE2-I57T突变体影响KCNQ1电流，表现为：（1）降低KCNQ1电流的激活速率；（2）消除了尾电流复极化的凸峰；（3）加速去激活过程；（4）改变了电压依赖性通道向去极化电位的激活。

IKs是心室肌动作电位3期电流，它同时与快速激活的延迟整流型钾通道IKr形成复极2期（平台期）钙离子流的反向平衡离子流。KCNQ1的变异使有功能的钾离子通道数量明显减少，功能减弱，钾离子外流减小，延迟整流钾电流减小，动作电位时程延长产生早期后除极和触发活动，心室肌复极延长，QT间期延长。KCNE2-I57T与Q9E突变体会通过减少瞬时的KCNQ1±KCNE2电流而减少KCNQ1通道所携带的K+电流，这种影响很可能减少心脏再极化储备，可导致尖端扭转性室速（TDP）及心室颤动。

4 KCNE2与Ito

近来体外研究表明KCNE2 能够与Kv4.2 结合调节其门控动力学[2]，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。在人类心脏，Kv4.3而非Kv4.2是Ito 通道的主要α亚基[12]。刘杰等[13]研究发现，KCNE2与Kv4.3共表达后，通道电流密度较Kv4.3减少；通道的激活和失活明显减慢，电压依赖性失活发生正向移位，同时加快 Kv4.3 通道从失活中的恢复。提示KCNE2可能作为人类心肌细胞膜Kv4.3钾离子通道一个重要的辅助亚基——β亚基参与Ito通道功能的调节。

笔者利用膜片钳技术在哺乳细胞系COS-7研究发现，I57T与Kv4.3共表达后，通道的电流密度较KCNE2和Kv4.3共表达电流密度稍有降低；使电压依赖性失活曲线更靠近Kv4.3 电压依赖性失活曲线，甚至有轻微的负向移位。与WT 相比，I57T减慢Kv4.3从失活中恢复。V65M则使Kv4.3电流密度显著降低，使电压依赖性失活曲线向正方向移位，与WT 相比能进一步加快Kv4.3 从失活中恢复。

Ito在动作电位0相激活，参与动作电位1相复极，决定2相动作电位的起点水平，并调节Ca2+通道及Na+-Ca2+交换的活性，影响动作电位时程（APD）。Ito功能下调，将使心室 QT 间期延长，造成室性心律失常，甚至心脏猝死[14-15]。本资料的研究发现，I57T 对Kv4.3 激活和失活动力学无明显影响，电压依赖性失活发生轻微的负向移位，I57T 与Kv4.3 共表达通道从失活中恢复较Kv4.3+KCNE2通道明显减慢。V65M 对Kv4.3门控动力学有明显的影响，其方向与WT-KCNE2一致，表现为进一步减慢Kv4.3激活与失活的速度，引起通道电压依赖性失活发生明显的正向移位，同时加快通道从失活中恢复。两种突变对Kv4.3通道电流密度、激活、失活门控动力学等综合作用的结果可能均是改变Ito电流，破坏心电稳定性，引起LQT。

以上各种基因突变所致LQTS 的病理生理学的共同机制是造成心肌复极延迟，APD 延长，心脏电稳定性破坏，导致TDP的易患性增加。但迄今APD 延长引起TDP 的电生理机制尚未完全清楚。早期后除极可能是其始发机制之一，反复触发或折返使室性心动过速得以维持。如果患者短期内室速自发终止，则临床表现为晕厥，如果发作时间较长，转为室颤，则致猝死[16-17]。

5 结论

随着离子通道研究的飞速进展，初步了解了心肌细胞电压依赖性K+通道的分子基础。但是现有的发现并不能阐明KCNE2上的所有突变引起LQT6的机制，主要原因之一是现有的工作只研究了KCNE2部分突变体的作用，都只是在脱离了心肌细胞的条件下研究了LQT6相关突变体对某一种Kv通道的影响。心肌克隆K+通道在心肌细胞膜上的表达呈不纯一性，可能数种不同的K+通道α亚单位和不同的辅助亚单位共同构成心肌细胞膜上某一种K+通道。而这种非纯一性表达也可能在不同部位的心肌细胞膜上表现出来。因此，全面系统地研究LQT6相关的所有KCNE2突变体对在体心肌细胞离子通道和动作电位的影响，对于阐明LQT6的发病机制以及设计和筛选有效的治疗LQT的药物具有重要的理论和实践意义。

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