家族性扩张型心肌病分子遗传学研究进展

陈晓帅 张明秋

(吉林大学中日联谊医院心内科，吉林 长春 130000)

心肌病分为扩张型心肌病(DCM)、肥厚型心肌病、限制型心肌病和致心律失常型右室心肌病。DCM主要是一种以心腔扩大、心肌收缩功能障碍为主要特征的心肌疾病，临床常表现为进行性充血性心力衰竭、心律失常、血栓栓塞甚至猝死,是心血管疾病中导致死亡和心脏移植的主要基础疾病。其病因和发病机制至今尚不清楚，可以为特发性、病毒感染、家族或遗传性、免疫性、酒精性或中毒性、围生期等。如果DCM患者家族中有两个或以上家族成员患有特发性DCM(IDCM)，则将其定义为家族性DCM(FDCM)。IDCM诊断的统一意见：一级亲属中至少有20%～35%的成员发病，其中涉及31个常染色体及2个X染色体关联染色体的点突变，但这些点突变仅占引起DCM基因突变的30%～35%〔1〕。FDCM在DCM中的比例高达35%～48%〔2,3〕。而徐军等〔4〕报道FDCM的发生比例仅为8.8%。有研究〔5〕提示FDCM预后较散发DCM差，6年生存率分别为6%和23%。5年生存率分别为51.5%和55.7%。遗传学研究认为遗传缺陷在FDCM发病中起重要作用。

1 FDCM的特点

FDCM具有如下遗传特点：①遗传与临床表型异质性：不同家族不同基因的多种突变可以导致同样的FDCM表型，同一家族相同基因的突变产生疾病特点的不一致性；部分病例表现为单纯FDCM，部分伴有心脏传导系统疾病的FDCM，部分年轻男性进展迅速的FDCM，可表现为肌无力、肌萎缩以及骨骼肌活检发现典型肌营养不良表现，部分伴有感觉神经性听力丧失的FDCM。此外,还有很多患者尚不能归类，说明FDCM具有临床表现型的异质性。②遗传基因外显不全：家族成员中的患病比例不一致, 很多成员仅为致病基因携带者而无临床表现，仅在超声心动图检查时表现出轻微的异常。研究表明,外显性随年龄而增大,常染色体显性遗传者在< 20岁时,外显率仅10% ,但> 40岁时则高达90%〔6〕。③遗传方式多样性。包括常染色体显性遗传(56%)及隐性遗传(16%)、X连锁遗传(10%)和线粒体遗传〔6，7〕。常染色体显性遗传即患者的双亲之一往往是患者，家族成员中常有多例患者，可达半数以上，男女患病机会均等，其特点是有近50% 的外显率；常染色体隐性遗传，即患者的双亲都不是患者，但均是致病基因的携带者；X-连锁遗传，其特点是女性携带DCM 相关基因，但不发病，患者均为男性。

2 FDCM基因突变的可能机制

基因突变致FDCM的可能机制〔8〕主要分为以下6个方面：①致心肌细胞骨架结构改变的基因突变。例如Gerull等〔9〕由于C.62890 del G造成的肌联蛋白框移突变。②致心脏肌小节蛋白结构和功能改变的基因突变。有临床报告，编码心肌肌钙蛋白的基因(TNNC1)有4个罕见的变异:Y5H、M103I、D145E、I148V，这些变异通过改变cTnC的结构进而影响肌丝与钙离子的结合能力〔10〕。③影响能量供给和调控的基因突变。敲除小鼠心肌细胞中该基因的研究结果显示，TXNRD2基因突变可导致DCM的发生〔11〕。结构性SIRT1 的过度表达,损害了线粒体，并降低了小鼠的心脏功能〔12〕。④致细胞核膜成分改变的基因突变。核纤层蛋白A/C基因(LMNA)突变可以首先表现或者唯一表现为心脏受累，LMNA突变往往与窦房结、房室结等传导障碍的心电生理异常有关，是阻滞型FDCM的最常见致病基因。有研究〔13〕表明，LMNA基因E82K显著减少连接蛋白Cx43的表达并改变其分布。⑤导致离子通道结构和功能改变的基因突变：Ge等〔14〕发现了SCN5A基因新突变A1180V。该基因突变可能影响细胞内钠离子稳态从而导致突变携带者DCM的发生。⑥其他途径致DCM的基因突变：Wang等〔15〕的研究发现，利钠肽受体NPR2 -T2077和β肾上腺素受体β1-Gly49多态性可能是IDCM易感因素。

3 FDCM常见及热点基因突变

到目前为止，发现与FDCM 有关的突变基因超过20 个，包括心肌肌动蛋白基因、β-肌球蛋白重链基因、肌球结合蛋白C基因、结蛋白基因、心肌肌钙蛋白T基因、心肌肌钙蛋白I基因、心肌肌钙蛋白C基因、α-原肌球蛋白基因、横纹肌连接蛋白基因、δ-肌聚糖基因、间黏着斑蛋白基因、 抗肌萎缩蛋白基因、Tafazzin 蛋白基因、LMN A/C基因、线粒体基因、离子通道蛋白基因、受磷蛋白基因、富含半胱氨酸-甘氨酸蛋白3 基因和teletonin 蛋白基因等〔16〕。

3.1ACTC基因(肌动蛋白) ACTC是第一个被发现的常染色体显性DCM的相关基因，也是最常见的FDCM的致病基因，位于常染色体15q14，含有6个外显子, 编码375个氨基酸的蛋白质。ACTC基因编码肌小节细肌丝中的肌动蛋白。ACTC肌动蛋白在心肌细胞内具有双重作用: 作为肌小节的重要组成成分，它直接与肌凝蛋白作用产生收缩力；同时也与其他细胞骨架蛋白连接，将产生的收缩力传递至细胞外基质。因此，肌动蛋白主要通过和细胞膜之间的相互作用而参与了肌肉的收缩，细胞的运动、分化、细胞质的移动、囊泡和细胞器的运动和细胞信号传导，建立并维持细胞连接和细胞形态。在FDCM家系中发现了两个ACTC基因的错义突变。Olson等〔17〕发现在肌动蛋白单体的第1和第3亚区有错义突变，改变了actin 与Z 带及闰盘结合区的保守氨基酸序列，影响到肌动蛋白丝固定末端，影响肌小节与肌小节外细胞骨架的收缩力的传递。当心肌工作需要增强时，心肌细胞处于极度应激状态，长期的应激状态导致心肌细胞的死亡。

3.2TNNT2基因(肌钙蛋白T) TNNT2 基因常染色体显性遗传基因，位于常染色体1q32，包含16个外显子, 编码288个氨基酸的蛋白, 编码肌小节细肌丝蛋白, 心肌肌钙蛋白T。有两个主要的功能区:N 末端, 与原肌球蛋白相互作用；C末端, 结合原肌球蛋白、肌钙蛋白C 和肌钙蛋白I，在心肌细胞收缩和舒张过程中发挥作用。该基因的突变国内外研究较多，包括外显子9～16的突变，可最终致FDCM。心肌肌钙蛋白T基因不同的突变位点引起的临床表型是有差异的，例如△K210心室扩张发生较早, 收缩功能降低, 常发生心力衰竭。R92L突变, 超声检查心脏广泛肥大，完全外显但没有猝死。R141W突变,主要表现为中度到重度的DCM,心衰发生较早,超声检查幼年即有异常表现。R94L突变表现为显著的心肌排列紊乱,常发生猝死而没有心肌肥大。A104V突变,左心室壁中度肥大,猝死率高。而K273E突变可使家族性肥厚型心肌病(FHCM)向FDCM转化。

3.3LMNA基因(lamin A 和laminC) LMNA基因常染色体显性基因位于染色体的1q21.2～q21.3，基因组序列全长56.7 kb，含有12个外显子，编码lamin A 和laminC。这两种蛋白与LMNB基因编码的lamin B蛋白共同组成细胞的核纤层，核纤层在维持核膜完整性、提供染色体锚着位点、调节细胞的分化及核周期性的解体和重组装过程中发挥重要作用。LMNA基因突变,如错义突变、缺失突变和读码框移突变,可引起常染色体显性DCM, 同时伴有骨胳肌疾病或传导系统缺陷。LMNA突变可以首先表现或者唯一表现为心脏受累，这类患者首先表现为心房和心室电活动进行性延迟，进而出现传导系统疾病、心室扩大、心力衰竭或猝死，也有少数患者以猝死为首发症状。LMNA突变是阻滞型FDCM的最常见致病基因〔18〕。FDCM伴传导系统异常，但并不影响心肌轮廓的突变为R60G、L85R、N195K 和E203G，FDCM可影响心肌轮廓的突变R571S，FDCM既没有传导系统疾病史，也无体表肌营养不良的临床表现为R644C的错义突变。这6个序列的变化被认为是引起不同心肌疾病的原因〔19〕。另外，Brodsky 等发现外显子6单核苷的缺失可导致严重的FDCM和心肌轮廓受累，而外显子8的突变，在临床都可出现严重的FDCM表现，但无心肌轮廓的改变。

3.4SCN5A基因(编码钠离子通道) SCN5A基因常染色体显性遗传基因，位于染色体3p21，包含28个外显子，是人类V型电压门控性钠离子通道基因家族的成员，其编码心脏钠离子通道α亚基，主要在人类心脏组织中表达。心脏钠离子通道对心肌细胞的兴奋传导起重要作用。SCN5A基因的突变可导致如Brugada综合征、长QT综合征、病态窦房结综合征等多种心脏传导系统疾病。McNair等〔20〕发现了SCN5A 基因D1275N 突变和扩心病表型呈共分离，Olson等〔21〕又发现T220I、D1595H、2550-2551insTG、R814W也和扩心病有关；其他和扩心病有关的SCN5A突变还有R814Q及复合突变W156X /R225W。Ge等〔14〕发现了SCN5A基因新突变A1180V。

3.5TNNI3基因(肌钙蛋白I) TNNI3基因常染色体隐性遗传基因，位于常染色体19q13,有8个外显子,编码210个氨基酸的蛋白质。心肌肌钙蛋白I只表达于心脏组织。TNNI3是第一个被证实的FDCM常染色体隐性遗传的致病基因,TNNI3基因的错义突变(A2V),使肌钙蛋白相互作用减弱从而使心肌收缩活动减弱,可引起常染色体隐性FDCM〔22〕。

3.6DMD基因(抗肌萎缩蛋白) DMD基因X连锁遗传基因，位于性染色体Xp21，含有79个外显子，编码3 685个氨基酸的蛋白，编码抗萎缩蛋白。DMD基因突变引起X-连锁的FDCM(XLFDCM),点突变、缺失突变、插入突变和倒置突变均有报道。肌营养不良蛋白其羧基末端通过肌营养不良蛋白的相关蛋白与细胞外膜的基底层相连，其氨基末端与细胞内骨架蛋白连接，是连接肌纤维的细胞骨架和细胞外基质的极其重要部分。DMD基因突变可使心肌细胞骨架与细胞外基质连接减弱或丧失,从而导致心脏收缩系统结构完整性的改变。单纯心肌受累的XLFDCM 被认为是进行性肌营养不良(PMD) 的一种亚型。DMD基因第1外显子的突变是最早发现的突变导致严重的FDCM而无骨骼肌的病变〔23〕。Franz等发现D的外显子29的无义突变，可导致心肌收缩功能严重不全。而后发现第9外显子的错义突变，使蛋白质二级结构的β-片层结构替换成了α-螺旋，导致FDCM〔24〕。

3.7G4.5 基因(Taffzzins蛋白) G4.5 基因X连锁遗传基因，位于性染色体Xq28，有11个外显子, 由于不同的剪接产生129～292个氨基酸的蛋白,编码Tafazzin 蛋白。该基因突变致XLFDCM突变有错义突变和缺失引起,目前对Taffzzins蛋白功能尚不清楚，但其在心肌与骨骼肌中广泛存在。G4.5 基因突变可致X连锁致死性婴幼儿PCM，可能与barth syndrome 是等位基因。致死性婴幼儿FDCM表现为男性婴儿发生DCM和猝死。特征是: 婴儿期死亡、嗜中性白细胞减少、线粒体异常。病理学表现为心肌肥大、心肌纤维弹性组织增生、心室腔扩张〔25〕。

3.8线粒体DNA(mtDNA) mtDNA突变所致疾病常呈母系遗传,多合并有神经系统疾病。线粒体基因突变是一种影响能量供给和调控的基因突变。其FDCM的mtDNA点突变和缺失突变导致线粒体tRNA的结构异常或种类不全、mRNA不全等，导致呼吸链中多种酶的活性降低，影响心肌细胞的能量代谢。突变点涉及细胞色素氧化酶亚单位I、NADH 脱氢酶5、tRNA Ala、tRNA Arg等部位。敲除小鼠心肌细胞中硫氧还蛋白还原酶(TXNRD2)基因，线粒体功能受损，并降低了小鼠的心脏功能，可导致DCM的发生〔11，12〕。线粒体基因自发突变的概率较高，在正常衰老、酒精中毒和缺血损伤时均可出现线粒体基因缺失，线粒体遗传疾病的发生不仅与突变的种类和数量有关，还与正常基因组的数量有关。mtDNA突变与FDCM 因果关系仍需进一步研究。

4 结 论

综上，FDCM是多种基因突变引起的遗传病, 许多基因的突变通过多个不同的病理、生理机制可以引起DCM，预后较差，生存率低。由于遗传异质性与临床表型异质性、遗传基因外显不全、遗传方式多样性，FDCM的识别和诊断具有一定的局限性。虽然通过对有缺陷的基因进行修复或用正常有功能的基因置换或增补缺陷基因,对FDCM患者的基因治疗，取得了一定的成果，但基因转染细胞的效率、表达的稳定性、安全性以及细胞在转染后的增殖分化仍是研究需重点克服的问题。从基因水平探索DCM病因及发病机制，确定一套全面的诊断标准，对患者进行早期的诊断和临床干预、减少基因缺陷或突变带来的不良后果，同时指导特定基因的个体化治疗将成为FDCM基因突变研究的重点。

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