肥厚型和扩张型心肌病的分子遗传学研究进展

李 帅 洪 葵

(南昌大学第二附属医院心内科，江西 南昌 330006)

肥厚型心肌病(HCM)和扩张型心肌病(DCM)是原发性心肌病中最常见的两种临床表型，是导致年轻患者进行性心力衰竭和心源性猝死(SCD)的重要原因。一半以上家族性HCM和20%～35%家族性DCM呈常染色体显性遗传〔1〕。已发现29个基因，至少1 500个突变位点与HCM发病密切相关，其中大部分突变来源于β-肌球蛋白重链(MYH7)、心肌肌球蛋白结合蛋白C(MYBP)C3、肌球蛋白轻链(MYL)2、MYL3、心肌肌钙蛋白(TNN)T2、TNNI3、α-心肌肌动蛋白(ACTC1)、α-原肌球蛋白(TPM1)和TNNC1基因等9种常见的肌小节致病基因〔2〕，编码Z盘蛋白或钙调蛋白的基因突变则相对少见。与HCM不同，DCM突变区域及种类具有多样性和严重性。除肌小节基因突变外，编码细胞骨架、核膜、离子通道及钙调蛋白等相关的基因突变亦被发现与DCM发病密切相关〔3〕。最近一项研究还揭示了散发性DCM的新型易感基因，如热休克蛋白B族成员(HSPB)7、α激酶(ALPK)3基因等〔4〕。目前已发现MYH7、MYBPC3、TPM1、TNNT2、ACTC1、肌联蛋白(TTN)、锚蛋白重复域(ANKRD)1、肌钯蛋白(MYPN)等18个基因的突变与HCM及DCM发病有关，但其致病机制不同。同时需警惕，遗传噪音产生的假阴性或假阳性突变〔5〕。本文就HCM和DCM相关致病基因及其发病机制进行综述。

1 HCM和DCM相关致病基因及其发病机制

1.1编码肌节蛋白基因突变

1.1.1编码心肌收缩蛋白基因突变 大部分HCM与肌节蛋白基因突变相关。一项日本家族性HCM研究发现〔6〕，粗肌丝蛋白相关基因突变以MYH7突变最为常见(17%)，且大多数为错义突变，其次为MYBPC3突变(14%)，而MYH6、MYL2、MYL3相对较少见。此外，编码细肌丝蛋白的相关基因突变也被证明与HCM发病相关，如TNNT2(11%)、ACTC1、TPM1、TNNI3和TNNC1基因等。另外，在该研究中约1.8%家族性HCM患者发生MYBPC3、TNNT2双基因突变。而一散发性HCM的先证者则发生MYL2、TTN及ALPK3多基因突变〔7〕。双(多)突变者发生室性心律失常和心肌肥厚比单突变者要早，且纯合子者比杂合子者的临床表现更为严重，被认为与基因突变的剂量-效应相关〔8〕，即两种或两种以上异常基因过度表达叠加产生的效应。但另有研究表明基因突变之间存在相互作用，双突变或多突变在HCM中的致病机制并非为单纯的剂量叠加，而是第二个突变与第一个突变相互作用从而加重表型〔9〕。因此多突变引起表型加重的机制尚需进一步探究。

肌节蛋白基因突变引起HCM的发病机制尚不明确。目前认为肌节功能受损是HCM的基本遗传学机制。心肌收缩蛋白基因突变后可增加心肌张力及对Ca2+敏感性等从而影响心肌重构〔10〕。肌节功能受损后使心脏收缩亢进，舒张功能障碍，诱发代偿性左室肥厚、排列紊乱和间质纤维化，是HCM最常见的病理生理学改变。与HCM致病机制相反，DCM相关收缩蛋白基因突变降低了肌丝对Ca2+的敏感性，故 DCM相关收缩蛋白基因突变导致心脏收缩功能障碍〔11〕。例如，在携带TNNT2突变模型小鼠中发现，HCM相关delGlu160突变增加了心肌对Ca2+的敏感性，而 DCM相关delLys210突变则降低了对Ca2+敏感性〔12〕。

1.1.2编码Z盘蛋白基因突变 既往遗传学调查发现，编码心肌Z盘蛋白的基因突变与HCM和DCM发病均有关。Z盘通过titin/Tcap/MLP系统实现心肌的收缩和舒张。当HCM相关TCAP突变时会增加Tcap与titin、肌LIM蛋白(MLP)和carsarcin-1结合；ANKRD1突变时，可导致心肌锚定重复蛋白(CARP)与titin和肌钯蛋白结合增加。由此推断HCM中编码Z盘的基因发生突变可增加Z盘组件相互结合而导致肌节变硬，故HCM被认为是一种“肌节僵硬”疾病。相比于HCM，DCM发生肌节Z盘基因突变的频率较高，且基因突变降低了组件间结合,因而DCM被认为是一种“肌节疏松”疾病。TTN突变多见于DCM〔13〕，且多为截断突变，其突变后可导致titin结构及功能异常，影响肌小节收缩动力的产生及传导进而导致DCM。

研究者还发现了Cypher/ZASP(LDB3编码)新的结合蛋白-葡萄糖磷酸变位酶(PGM)1〔14〕，其参与糖代谢，PGM1在Z盘能量代谢方面起重要作用。DCM相关突变会降低与PGM1结合，因此代谢应激反应降低可能参与DCM的发病。Bcl2相关永生基因蛋白3(BAG3编码)位于Z盘，是一种具有抗细胞凋亡作用的分子伴侣蛋白〔15〕。BAG3基因突变可在代谢异常的情况下通过干扰Z盘的组装和诱导细胞凋亡而导致DCM发生。

1.2编码细胞骨架蛋白基因突变 细胞骨架蛋白是连接肌浆膜与细胞膜的结构蛋白，对心肌细胞的收缩起重要作用。目前在DCM中已发现了抗肌萎缩蛋白(DMD)、结蛋白(DES)、LIM域结合蛋白(LDB)3、δ-肌聚糖(SGCD)、PDZ和LIM域蛋白(PDLIM)3、VCL、CRYAB、整合素连接激酶(ILK)和层黏连蛋白α4链(LAMA4)9种细胞骨架蛋白相关的基因突变〔16〕。DMD基因主要编码在连接肌纤维的细胞骨架和细胞外基质中起重要作用的肌肉萎缩蛋白(Dystrophin)。以Dystrophin为基础的胞膜细胞骨架构成一个重要的蛋白复合体-肌糖蛋白复合物(DGC)〔17〕，DGC不同位点基因突变均可导致DCM，且常合并肢带型肌营养不良。DMD突变主要见于X连锁隐性DCM，是一种较为罕见的主要影响男性的家族性DCM。目前认为DMD异常导致DCM发病机制可能是DMD突变可导致其蛋白结构功能异常，细胞骨架解体，细胞膜变得不稳定，甚至出现膜的缺失，从而影响心肌细胞的收缩功能。另外，Dystrophin缺乏还导致与其相关的蛋白表达量减少，更增加了细胞的不稳定性。此外，结蛋白(DES编码)是另一种重要的细胞骨架蛋白，参与维持肌纤维结构与功能的完整。DES突变不仅可导致单纯性DCM,更可导致伴有骨骼肌疾病和心脏传导阻滞的DCM〔18〕，而SGCD突变则多导致单纯性DCM。

1.3编码核膜蛋白基因突变 目前已发现致核膜蛋白异常的有核纤层蛋白A/C(LMNA)、Emerin(EMD)、Nesprin(SYNEl及SYNE2)、促胸腺生成素(TMPO)和核纤层相关蛋白(LAP)2α基因突变等与DCM相关，其中以LMNA突变最为常见。核膜异常导致DCM的分子机制尚不完全清楚，但对LMNA突变基因敲入小鼠研究显示,其突变激活了MAPK通路，这表明信号转导障碍可能与DCM发病有关〔19〕。

1.4编码离子通道蛋白基因突变

1.4.1钾离子通道基因突变所致DCM伴心律失常 心肌钾离子通道参与的复极化在保持心肌细胞电稳态中发挥重要作用。最近研究显示心肌钾离子通道介导了心肌病的发生发展，在DCM中发现存在心肌钾离子通道ABCC9基因突变〔20〕。ABCC9突变改变钾离子通道的调节亚基SUR2A，阻碍通道的开放，并降低了ATP的水解活性，使钾通道对ADP不敏感，从而影响代谢信号的传递。此外，本团队首次揭示了KCNQ1基因突变与DCM并室速(VT)相关〔21〕。在DCM并VT患者中发现KCNQ1基因罕见突变R397Q，该突变致慢激活延迟整流钾电流(IKs)的尾电流密度降低，动作电位时程延长，QT间期延长。其“功能减退”的机制可能与突变致KCNQ1通道蛋白膜定位表达下降以及转运缺陷有关。

1.4.2钠离子通道基因突变所致DCM伴心律失常 研究发现，编码钠通道调节亚基基因(SCN5A)突变可导致病态窦房结综合征、长QT综合征等多种心律失常。Mcnair等〔22〕提出SCN5A基因突变与DCM有关。目前认为SCN5A突变所致DCM发病机制可能是SCN5A基因突变直接或间接影响细胞骨架蛋白与钠通道的结合位点，使其相互作用减弱或丧失；SCN5A基因突变改变细胞内钠浓度而引起细胞内钙稳态失衡。

1.5改变Ca2+稳态的基因突变 肌浆网钙调ATP酶(SERCA)和兰碱尼受体(RyR2)表达改变等所致的心肌细胞钙循环受损是心脏舒缩功能障碍的重要发病机制。受磷蛋白(PLN)是心肌SERCA2重要的调节蛋白。目前已发现PLN突变与DCM相关〔23〕。PLN突变抑制SERCA的活性，减少Ca2+回摄和肌质网内Ca2+含量，从而导致心肌收缩力降低或功能障碍。

1.6其他致病基因突变 HCM和DCM中还存在其他致病基因，如CAV3、JPH-2突变后可改变心肌兴奋-收缩耦联相关蛋白量的表达而导致HCM；MYPN突变后可致Z-盘蛋白异常引起HCM和(或)DCM，但致病机制尚未完全了解。在DCM中还有 FHOD3、线粒体(TAZ/G4.5基因)、FKTN、DSP及JUP等基因突变。

2 遗传修饰作用

HCM还存在遗传突变以外影响表型的机制，如表观遗传学，其中DNA甲基化、非编码RNA等对HCM表型存在修饰作用。此外，种族、年龄、性别、运动、高血压、肥胖和环境等也参与表型修饰。

3 基因突变与诊疗及预后关系

与基因型阴性或单基因突变者相比，HCM 基因型阳性或多基因突变者的预后更差〔24〕，其恶性心律失常、SCD、左心室肥厚及进行性心力衰竭发生率增加。既往认为〔25〕，在已知的HCM相关基因突变中，MYH7突变可导致中、重度心肌肥厚及SCD；而MYBPC3突变外显率低，临床症状晚发且预后良好；TNNT2突变的心肌肥厚程度虽轻但SCD高发；TNNI3突变家系内异质性显著；MYL2、MYL3突变与左室流出道梗阻及骨骼肌病有关。但随后大样研究并不支持上述结论，故相关致病基因与预后的明确关系仍存争议〔26,27〕。0.5%～5.0%的心力衰竭患者发现有LMNA突变，该突变较其他原因所致心肌病的病情更重，常伴有重度房室传导阻滞、恶性心律失常及SCD。

4 展 望

心肌病尚无特定病因治疗，治疗上仍以减轻患者症状和防治并发症为主。已经发现致病基因的先证者，为筛查家族其他成员提供了明确的候选基因，可推荐家属进行相关基因筛查，并对潜在患者进一步随访和干预。另外，据相关资料显示家族性HCM的肌节蛋白基因检测阳性率约为60%，散发性HCM更低，故结果为阴性者尚不能完全排除该病〔20〕。研究者需进一步探索已知DCM和HCM致病基因的未知区域及其他基因突变，为心肌病的基因诊疗提供更加全面而系统的数据库依据。

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