心房颤动相关基因及基因治疗的进展

沙合木·阿那尔拜（综述） 木胡牙提·乌拉斯汉（审校）

心房颤动相关基因及基因治疗的进展

沙合木·阿那尔拜（综述） 木胡牙提·乌拉斯汉（审校）

心房颤动；基因；基因治疗

心房颤动（atrial fibrillation）简称房颤，是一种常见的快速性心律失常。2014年美国心脏协会/美国心脏病学会/美国心律学会发表的房颤管理指南中指出，房颤会增加心力衰竭、脑卒中、老年痴呆症发生率及死亡率。其中心力衰竭的发生风险升高3倍[1]，脑卒中发生风险升高5倍[2]，明确说明了房颤治疗的必要性及重要性。当前房颤的治疗包括药物治疗、电复律、外科治疗及射频消融术。射频消融术逐渐代替了药物及电复律治疗。但随后的几项房颤射频消融术预后研究发现，术后仍存在房颤复发的情况，例如Bertaglia等[3]的研究中导管射频消融术后长期随访有超过40%的患者出现房颤复发。然而，近几年房颤基因突变及基因多态性研究显示，房颤与基因存在相关性，基因治疗或许可以克服这些困难，甚至可以根治房颤。但目前房颤基因治疗尚不成熟，有待进一步探索。我们就房颤相关基因及基因治疗进展进行综合性叙述。

1 房颤相关基因回顾

自1943年Wollf等人首次报道一个房颤相关常染色体显性基因后，房颤相关基因逐渐被发现及认识。房颤相关基因突变主要通过以下几种途径启动和维持房颤。

1.1 延迟性整流钾离子通道相关基因 心房动作电位形成中缓慢型延迟整流性钾流（IKs）与快速型延迟整流性钾流（IKr）是心肌细胞复极的主要电流，该通道功能减弱可引起长复极时间，而功能增强可使复极加快，缩短有效不应期。IKs通道由α亚基（KCNQ1基因编码）+β亚基（KCNE家族编码）构成。2003年1月10日出版的《Science》上刊载的文章报道，我国多名专家密切合作找到了家族性房颤相关基因KCNQ1，发现功能性获得性突变使钾离子通道外向电流增加，使心脏动作电位间期和有效不应期缩短，从而启动和维持房颤。KCNQ1 S209P基因突变与孤立性房颤相关[4]，KCNQ1 R231C-Q1基因突变会导致长QT综合征及房颤[5]，KCNQ1 R231H基因突变可能缩短心房动作电位不应期，促进折返，从而增加家族性房颤的发生[6]。其他与房颤相关变异位点有Q147R、V241F、V141M等[7-9]。KCNQ1常见SNP（单核苷酸多态性）与房颤关联性研究也逐渐成为研究热点，例如Chu等[10]发现，rs59233444（KCNQ1的SNP）是中国汉族人群发生孤立性房颤的危险因素之一。KCNE家族目前有5个家族成员，依次命名为KCNE1、KCNE2、KCNE3、KCNE4和KCNE5，分别编码蛋白MinK和MiRP1～4（MinK 相关多肽 1～4）。最近一项 KCNE1基因多态性与心房颤动易感性关系的Meta分析研究发现，KCNE1基因112 G>A突变可作为诊断房颤的重要生物标志物[11]。KCNE1基因112 G>A突变[12]及 KCNE1 基因 SNP（rs1805127，rs1805120 等）多态性均与房颤相关，KCNE1-G38S基因多态性存在种族、地区差异[13]。KCNE2、KCNE3已被证实均与房颤相关，而KCNE4及KCNE5为房颤抑制性基因。KCNE3多种房颤相关基因位点（SNPs）也相继被发现，例如 KCNE3 V17M、KCNE3 R53H[14,15]等。对KCNE2、KCNE4、KCNE5基因位点多态性有待进一步研究。IKr通道由4个亚基形成嵌合体组装而成，已发现的HERG基因（KCNH2基因）编码的蛋白质是IKr的α亚基，并且研究已证实KCNH2-K897T基因位点多态性与房颤的关系[16]。而KCNE2（MiRP1）编码IKr的另一个调节亚基。KCNE2 R27C是家族性房颤发病的一个分子基础，可产生“功能获得性”改变缩短动作电位有效不应期，从而增加房颤的发生危险并维持房颤[17]。

1.2 内向整流钾离子通道相关基因 内向整流钾通道Kir，即ATP敏感性钾通道，由两次穿膜螺旋和夹于其间的H段构成，心房肌细胞超极化时激活，去极化时灭活。Kir由12个相应基因——KCNJ1～KCNJ11和KCNK所编码。KCNJ8-S422L的基因多态性增加房颤易感性，并且与心房，心室复极相关6.1K ATP通道的作用有关[18]。Kir 2.1是心肌细胞动作3和4期的主要电流通道，该蛋白的上升是房颤相关离子重构的重要标志[19]。KCNJ2基因定位于第17号染色体，编码内向整流钾通道Kir2.1α亚单位。家族性房颤患者该通道电流增强，使心肌细胞动作电位复极相缩短，从而引发房颤[20]。另外，KCNJ2与遗传性长QT间期综合征（LQTS）、遗传性短QT间期综合征（SQTS）也存在关联性。

1.3 钾通道功能缺失相关基因 KCNA5编码钾离子通道 α 亚基 K（V）1.5，KCNAB2编码 K（V）β2（K（V）1.5的一β亚基）。早发特发性房颤患者KCNA5及KCNAB2基因突变会导致钾离子通道功能缺失，从而增加心房颤动易感性，并相继发现其多个变异位点，如Y155C、D469E及 P488S等[21]。研究发现，携带KCNA5基因突变的心房颤动患者行导管消融也可能得到根治[22]，但样本量较少，不能明确下此结论，后续研究中应扩大样本量。

1.4 缝隙连接蛋白相关基因 缝隙连接蛋白构成细胞间缝隙连接通道的基本结构和功能，心房肌细胞主要连接蛋白有 Cx40、Cx43、Cx45、Cx37、Cx46等。房颤患者心房Cx40、Cx43蛋白基因表达减少且分布异常[23]。国外一项研究中，Cx40和Cx43转染的房颤模型约克夏猪与对照组相比，心房传导明显改善且能有效预防房颤的发生[24]。另一项研究中，与窦性心律对照组相比，房颤患者Cx40 mRNA减到50%以下，转录比率也减少至50%以下[25]，这说明Cx40蛋白生成减少或许是房颤发生的一个重要因素。对房颤大鼠模型的一项研究也证实了缝隙连接蛋白Total-Cx43表达减少及重新分布与房颤的发生有密切关系[26]。该研究中还提到青蒿提取物及卡托普利是通过改变Total-Cx43的表达和分布改善房颤症状。

1.5 钙离子通道相关基因 心房肌细胞钙离子通道主要有高电压激活L型Ca2+通道及低电压激活T型Ca2+通道。研究发现，房颤患者L型Ca2+通道失活与MRNA转录过程的改变有关[27]。房颤心房肌L型Ca2+通道的离子重构可能与α1c亚基的亚型表达改变有关。某项研究中，兔急性房颤模型诱发房颤后，L型Ca2+通道α1c基因和β1基因表达明显下降，伊布利特及参松养心胶囊联合用药能抑制α1c、β1表达下降，从而预防及降低房颤发生率[28]。刘元生等[29]在对快速起搏建立慢性房颤的模型犬的研究中发现，房颤时心房肌细胞的T型Ca2+电流增加，而L型Ca2+电流减少，提示T型Ca2+通道可能在房颤心房肌细胞内Ca2+超载机制中起主要作用。上述几项实验研究中，钙离子通道相关基因突变会导致通道功能的改变，从而出现心房肌细胞电活动异常。然而，钙离子相关突变基因定位及单核苷酸多态性方面的研究目前比较少见。

1.6 其他房颤相关基因 除上述外，已知的房颤相关基因研究还包括全基因组学研究、micro RNA及其他心房肌细胞通道相关基因学研究等。Brugada等[30]在1997年发表的“一个家族性心房颤动相关遗传基因座的识别”一文中，首次提到位于10q22～q24的d10s569和 d10s607与心房颤动有关。之后，2009年Husser等[31]发现，4q25多态性调节房颤导管消融后复发的风险，目前有rs10033464、rs2200733两种基因分型。

微小RNA（microRNAs）是一类较短的内源性非编码小RNA，与靶基因mRNA 3′非翻译区的不完全互补结合，在转录后水平抑制靶基因的表达。根据先前的多项研究，房颤与microRNAs存在相关性，主要通过调控离子通道的表达影响心房电重构,或通过调控心肌纤维化及细胞外基质沉积参与心房结构重构。房颤相关microRNA主要有miR-1、miR-26、miR-101、miR-133、miR-328、miR-21、miR-30等[32]。目前，microRNA对房颤的具体调控途径仍不明确，成为microRNA为靶点的临床药物研究的障碍。

2 房颤基因治疗现状

基因治疗是指将功能基因通过载体转染至靶细胞或靶组织以达到预防或治疗疾病的一种方法。房颤基因治疗有成为药物治疗或射频消融手术替代治疗的潜能。但目前房颤基因治疗处于临床前研究阶段，将其发展成临床试验或者临床实践将会是一个耗时长且艰难的工程。

基因载体分为病毒载体（腺病毒、腺相关病毒、慢病毒等）及非病毒载体（DNA质粒）。基因载体转染常用的方法有心肌内注射法、电穿孔转染法、心外膜涂染法及冠脉内直接注射法。2000年，美国约翰霍普金斯大学Donahue等[33]为了对房颤基因治疗进行初步探索，对猪心脏行Adbetagal（表达大肠杆菌β-半乳糖苷酶的腺病毒）或AdGi（编码Galphai2亚单位的腺病毒）转染，结果证明Adbetagal产生局部β-肾上腺素能受体阻断作用，而AdGi在不产生完全性心脏传导阻滞的情况下，能阻断房室间传导通路，从而降低房颤发生率或改善房颤预后。随后，房颤基因治疗研究获得了重大突破。目前为止，动物转基因或基因敲除包括了目的基因大肠杆菌β-半乳糖酶基因、G蛋白相关基因（wtGi，cGi）、钙通道阻滞剂相关基因 （Gem）、HERGG628S、缝隙连接蛋白基因（Cx40、Cx43）、Caspase 3基因、ACE2基因、SERCA2a基因等。2004年，Murata等[34]通过左心室腔内注射法将载有Gem基因的腺病毒转染至房颤模型荷兰猪心房肌细胞内，导致Gem基因超表达出现类似钙通道阻滞剂的功能，调节心脏电活动及收缩功能。之后，研究者将载有wtGi及cGi基因用冠脉内注射法转染至持续性房颤模型猪心房肌细胞内，结果在持续性房颤中猪心脏房室结cGi基因超表达能控制心室率。wtGi基因超表达控制心室率的作用在镇静状态下比较显著[35]。房颤模型猪心外膜涂染法HERG-G628S转基因治疗后，在不影响心室电生理活动前提下能延长心房动作电位时程及有效不应期[36]。Bikou等[37]通过心肌内注射联合心外膜电穿孔法进行Cx43转基因治疗，结果提示，能预防家猪房颤的发生并改善其左心室功能。另一项对约克夏猪心房肌细胞转基因实验[38]也发现，Cx40和Cx43转基因能改善电传导，减少房颤的发生。Caspase 3基因敲除通过减少细胞凋亡及加快心房内传导，抑制或延迟持续性房颤的发生[39]。ACE2基因超表达能抑制心房胶原蛋白的积聚，且改善左心房重构及其功能[40]。另外，2015年Kuken等[41]的研究发现，SERCA2a转基因治疗增加SERCA2a蛋白的表达，改善心肌细胞肌浆网摄取钙离子的能力，从而提高心肌收缩力。

3 展望

近年来，心房颤动的基因学研究已证实了基因在房颤发病、心房重构及房颤维持中的重要作用。房颤基因治疗已逐渐被认为是房颤根治及预防的最佳方法。但目前房颤相关基因及基因治疗研究尚未成熟，房颤全基因组学研究及其他房颤相关基因位点研究有待进一步发展。另外，房颤基因治疗目前仍局限于动物实验研究，应尽早开展临床研究，将基因治疗早日用于临床。

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Progress in related genes and gene therapy of atrial fibrillation

Atrial fibrillation；Gene；Gene therapy

835000 新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市，新疆医科大学第一附属医院心脏中心

10.3969/j.issn.1672－5301.2016.08.003

R541.7

A

1672-5301（2016）08-0682-04

2016-03-07）