钾离子通道基因多态性与心房颤动易感性研究进展

刘 莎综述，唐惠芳审校（南华大学附属第一医院，湖南衡阳421001）

心房颤动（房颤）是指心房快速无序激动和无效收缩，是临床上最常见的心律失常之一。患者年龄、性别、高血压、肥胖、缺血性心脏疾病、心肌梗死、心脏瓣膜疾病及甲状腺功能亢进等是房颤发生的重要危险因素[1-2]。房颤的危害不仅在于其本身，更在于其可导致严重的并发症（如室性心律失常、心动过速性心肌病、心力衰竭和血栓栓塞等）而危及生命。相关文献指出，房颤可使缺血性脑卒中发生的风险增加5 倍[3]。因此，认识房颤的发生机制在房颤的发生与防治中显得尤为重要。房颤的发生机制主要表现在心房结构重构、电重构和炎症等方面，先后有学者提出了局灶驱动、多环折返和自旋波理论等学说，但其具体机制仍然尚未明确。国内外众多研究发现，心肌细胞膜上广泛分布的钾离子通道相关基因单核苷酸多态性与房颤的发生关系密切。现将钾离子通道基因单核苷酸多态性与房颤的相关性研究进展综述如下。

心肌细胞上至少存在7 种不同钾离子通道，大体可分为电压依赖性钾离子通道和受体启动性钾通道两大类型，其中，电压依赖性钾离子通道包括瞬时外向整流钾离子通道（Ito）、延迟整流钾离子通道[分为缓慢延迟整流钾离子通道（Iks）和快速激活钾离子通道（Ikr）及超快激活钾离子通道（IKur）]和内向整流钾离子通道3 种。

1 Ito 基因（KCNE2 基因）与房颤

瞬时外向电流是心肌细胞动作电位的快速复极初期（即1 相期）的主要电流，并通过调节钙离子和其他钾离子电流在整个复极过程及兴奋-收缩偶联中起主要作用[4-5]。KCNE2 基因定位于染色体21q22.1 上，为Ito 编码基因，其编码产物是由123 个氨基酸组成的单跨膜通道蛋白。KCNE2/V65M 基因突变及I57T 突变通过增强及减弱Ito 的电流密度引发房颤。Yang 等[6]在研究家族性房颤家系时通过对KCNE2 外显子测序发现，KCNE2 的第79 位胞嘧啶核苷酸变为胸腺嘧啶核苷酸，相应的其所编码的离子通道产物的第27 位精氨酸被半胱氨酸所代替（R27C），同期，在健康人群中对KCNE2 测序未发现R27C 突变，这与Ackerman 等[7]对不同人种健康人群进行的测序结果一致，进一步证实了KCNE2 R27C 基因变异可能是与家族性房颤密切相关的突变。 由此可见，KCNE2 R27C 基因突变可促进房颤的发生和发展。

2 延迟整流钾离子通道基因

2.1 Iks 基因

2.1.1 KCNQ1 基因多态性与房颤 KCNQ1 基因是2003 年由Chen 等[8]在一个四代房颤家系中首次发现的家族性房颤致病基因，定位于染色体11p15.5 上，编码心肌缓慢激活延迟整流钾离子通道α 亚基。该基因第418 位腺嘌呤突变为鸟嘌呤（A418G），相应的导致其编码的第140 位丝氨酸被甘氨酸所替换（S140G），引起缓慢激活延迟整流钾离子通道的改变，增大了钾离子通道外向电流，导致有效不应期和动作电位时程缩短，诱发并维持房颤。有研究表明，KCNQ1 基因上存在Q147R 突变，但其因所共同作用的亚基不同而致不同的心律失常。Q147R 突变在心房导致电流增强可致房颤，而在心室则产生电流减弱效应致QT 间期延长。2009年Das 等[9]在房颤家系中发现KCNQ1 基因上还存在房颤相关性突变位点，即S3 结构域第209 位丝氨酸突变为脯氨酸（S209P），继而引起Iks 的加速激活和延迟失活，对钾电流起增强作用。2011 年Bartos 等[10]证实，KCNQ1 上R231C 突变使中和正电荷的精氨酸被半胱氨酸所替代，从而使通道电压敏感性降低，导致家族性房颤的发生。该基因位点的突变导致Iks 通道的改变依赖于KCNEβ亚基的共同作用。Hancox 等[11]对KCNQ1 基因的研究发现，KCNQ1基因非编码区rs59233444 突变与孤立性房颤密切相关。

2.1.2 KCNE1 基因多态性与房颤 人类KCNE1 基因定位于染色体21q22.1-22.2 上，全长65 586 bp，具有3 个外显子和2 个内含子，其编码蛋白Mink 由129 个氨基酸组成Iks 蛋白的β 亚单位，与编码α 亚基的KCNQ1 基因共同组成缓慢激活延迟整流钾离子通道，产生缓慢激活的延迟整流电流。Chevillard 等[12]研究发现，在风湿性瓣膜病永久性房颤患者心房组织中，Mink 基因mRNA 表达较窦性心律者明显增加。Chen 等[8]进一步发现，Mink 蛋白通过其他蛋白的相互作用而形成致心律失常的基质，从而在房颤的起始和维持中起重要作用。Ackerman 等[7]和Iwasa 等[13]分别在亚洲人及日本人中发现了2 个KCNE1 多态性位点——G38S 和D85N。在有危险因素的房颤患者中，KCNE1 基因38G 突变致房颤的机制主要是可减少KCNQ1 在细胞膜上的表达，降低慢激活钾离子通道电流，继而诱发房颤[14]。但在一些学者的相关研究中该基因多态性与房颤的相关性并未得到证实[15]，这也进一步说明该基因位点多态性与人群种类、健康状况相关联。2011 年Yao 等[16]研究发现，KCNE1 基因rs1805127 突变与房颤的发生密切相关。

2.1.3 KCNE4 基因多态性与房颤 KCNE4 定位于染色体2q35-36上，是KCNQ1 通道的一个抑制性亚单位，细胞电生理实验表明，mKCNE4 与KCNQ1 联合表达可降低KCNQ1 电流密度，不影响KCNQ1 在细胞膜上的定位。KCNE4 在心脏、骨骼肌及肾脏组织中高表达。Zeng 等[15]对KCNE4 基因进行了单核苷酸多态性（SNP）研究，首次报道了中国汉族人群KCNE4 基因的SNP 位点。经对KCNE4基因进行测序，共发现8 个SNP，并进一步发现KCNE4（E145D）在中国汉族人群中的等位基因频率较高，提示KCNE4（E145D）与房颤有关。Mao 等[17]对汉族及维吾尔族人口的研究进一步证实KCNE4（E145D）与房颤相关。

2.2 Ikr 基因

2.2.1 KCNE3 基因多态性与房颤 KCNE3 基因定位于染色体11q13-q14 上，编码MiRP2 蛋白，由103 个氨基酸残基组成，该基因主要在肾脏、骨骼肌和小肠组织中表达，在心脏表达甚微，2005年Zhang 等[18]在1 例家族性房颤家系中发现了KCNE3 基因R53H突变，即位于KCNE3 跨膜段的第158 位碱基腺嘌呤核苷酸被鸟嘌呤核苷酸所代替而导致其所编码的MiRP2 钾离子通道位于第53 位的精氨酸突变成组氨酸，将wKCNQ1-KCNE3 和KCNQ1-KCNE3（R53H）表达于中国仓鼠卵巢细胞，二者间钾离子通道电流并未发现明显差异。据此推断，KCNE3（R53H）可能不是房颤的直接致病基因，而是房颤易感性的一个遗传学标记物。

2.2.2 KCNH2 基因多态性与房颤 KCNH2 基因定位于染色体7q35-7q36 上，编码Ikr 的α 亚单位（HERG）由1 159 个氨基酸组成，KCNH2 参与编码的Ikr 介导的外向钾电流是心肌动作电位3期快速复极的主要电流。2005 年，Hong 等[19]对短QT 综合征家系的研究发现，家族内短QT 患者发生阵发性房颤的频率较高。进一步通过程控电刺激发现，家族中所有患者的心房及心室的不应期明显缩短，并能诱导出房颤和室颤。通过基因分析发现，KCNH2 基因第1 764 位胞嘧啶核苷酸被鸟嘌呤核苷酸替代（C1764G），其相应所编码的第588 位天冬氨酸变为赖氨酸（N588K），提示KCNH2基因N588K 突变与房颤的发生相关。2009 年，Wang 等[20]对KCNH2基 因SNP rs1805120、rs1036145、rs3807375 及rs2968857 进 行 研究发现，KCNH2 基因SNP rs1805120 突变可增加房颤发生的风险。从KCNH2 基因系统的候选分析发现，KCNH2 基因K897T 突变与房颤的发生密切相关。Glinka 等[21]对KCNH2 基因野生型及K897T 突变型心肌细胞的电生理变化进行了进一步研究，发现K897T 突变型的平均动作电位时程较野生型缩短，从而推测K897T突变可能增加房颤发生的风险。

2.3 IKur 基因（KCNA5 基因）与房颤 IKur 电流由于是心房特有的最大复极化电流而作为房颤发生的一个检测指标。在房颤患者中IKur 表达下调，其功能的缺失可增加房颤的易感性。KCNA5基因定位于染色体13p13 上，编码IKur 的成孔α 亚基Kv1.5 通道，主要在心房中表达。2006 年，Olson 等[22]运用变性高效液相色谱杂合双链分析及测序对154 例特发性房颤患者KCNA5 基因进行筛选时，发现在1 例患者中存在KCNA5 基因E375X 杂合突变，即第375 位谷氨酸被提前出现的终止密码子取代。该突变也存在于家族中的其他患者，但在家族中的健康人及无血缘关系的正常对照个体均未发现这一突变。进一步细胞电生理研究证实，E375X 突变使KCNA5 基因功能丧失，不能形成IKur，导致动作电位延长和早期后除极，提高了应激触发电活动的易感性。Yang 等[23]运用膜片钳和激光共聚焦显微镜对KCNA5 基因突变的电生理特性及亚细胞定位对心肌离子通道的影响进行了研究，发现KCNA5 基因T527M 突变，即第527 位的苏氨酸被蛋氨酸所替代，减弱超快激活电压门控钾离子通道电流，但并未发现对亚细胞结构有影响，提示T527M 突变可能是房颤发生的分子机制之一。最近，Christophersen 等[24]对KCNA5 基因的新突变位点E48G、A305T、D322H、Y166C、D469E和P488S 进行研究时发现，前三者可增强钾离子电流密度，后三者则减弱钾离子电流密度，但无论是增强（E48G、A305T、D322H）还是减弱（Y166C、D469E、P488S）钾离子电流密度作用，均可提高房颤的易感性。

3 内向整流钾离子通道基因

3.1 KCNJ2 基因多态性与房颤 KCNJ2 基因位于染色体17q23区域内，编码经典内向整流钾离子通道。2005 年，Xia 等[25]对30个家族性房颤家系先证者的房颤候选基因的研究发现了染色体17q23 上的致病基因KCNJ2，该基因第277 位鸟嘌呤核苷酸变为腺嘌呤核苷酸（G277A），相应的其所编码的内向整流钾离子通道Kir2.1α 亚基的第93 位缬氨酸变为异亮氨酸（V93I），该突变通过增加内向整流钾离子通道活动，缩短动作电位的复极相，使心房的有效不应期缩短，为房颤的发生和维持提供了电生理基础。Deo等[26]对孤立性房颤患者的研究结果提示，E299V 在KCNJ2 基因发生突变，通过基因筛选确定了在KCNJ2 基因一个高度保守的区域进行A896T 碱基替换，可导致E299V 改变。全细胞膜片钳实验表明，由于缺乏内向整流电流，E299V 突变可增强外向电流，从而增加房颤易感性。

3.2 KCNJ5 基因多态性与房颤 相对于KCNJ5 基因编码乙酰胆碱诱导的内向整流钾离子通道Kir3.4 亚基，乙酰胆碱敏感钾离子通道是参与心房动作电位复极末期的特异性钾离子通道，在心房有效不应期和动作电位时程中起重要作用。Calloe 等[27]对158例房颤人群进行了基因分析，在房颤患者中发现KCNJ5 基因杂合子突变，使位于第739 位的鸟嘌呤核苷酸被腺嘌呤核苷酸所代替（G247R），导致相应的所编码的乙酰胆碱敏感钾离子通道亚基第247 位甘氨酸变为精氨酸（G247R）。将突变及野生型的Kir3.4 钾离子通道表达于中国仓鼠卵巢细胞，运用膜片钳技术发现Kir3.4（G247R）基础电流较野生型电流显著减少，由此推断该突变导致房颤发生的机制可能是减弱Kir3.4 钾离子通道电流，进而引发房颤。近年来，Jabbari 等[28]通过基因测序对高加索人的研究证实了rs65900357 及rs7118824 突变与孤立性房颤的相关性。

4 其他（KCNN3 基因多态性）

KCNN3 基因属于钾离子通道KCNN 家族，编码一个完整的钾离子通道膜蛋白，参与心房复极，KCNN3 基因13376333 位点突变通过改变钙激活钾离子通道离子电流，导致心房电重构，进而诱发房颤[29]。国外学者通过测序发现，KCNN3 基因rs1131820 同义突变与孤立性房颤显著相关[17]。

5 结 语

随着分子生物学技术的发展和人类基因组研究的深入，基因多态性与房颤的相关性研究已取得很大进展[30-31]。较多学者热衷于对离子通道基因多态性的研究，尤其是钾离子通道的研究。但房颤发生和维持的机制尚未完全明确，对基因多态性与房颤的研究仍然有待进一步发展，以发现更多可能存在的SNP 点，从而为房颤提供更多的电生理机制。同样，由于离子通道自身的复杂性和多样性，增加了对离子通道认识研究的局限性。因此，今后对阐明房颤发生的病理生理机制仍然任重道远。

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