基因突变在先天性心脏病发病中的作用研究进展

姜殿东，韩波

(山东大学附属省立医院，济南250021)

先天性心脏病(CHD)是由于胎儿期心脏或大血管发育异常所导致的心血管畸形，占我国出生缺陷的首位，发病率约为2.5‰～7.7‰[1,2]。目前的研究表明CHD的发生是宫内感染、环境因素、染色体异常、基因突变及表观遗传等多因素导致。随着对心脏发育分子机制的研究和基因测序技术的发展，对CHD遗传基础的研究逐渐深入，发现了一系列参与心脏发育调节转录、信号传导和形态发生的关键基因，相关遗传学分析进一步证实单个或多个基因遗传缺陷可导致CHD的发生，遗传因素在CHD中的作用越来越受到重视。心脏的发育由特定的信号分子所激发，由组织特异性的转录因子介导，受许多基因时空特异性表达的调控。目前已报道至少有40多种基因突变与CHD的发生密切相关，涉及基因中研究比较全面的有NKX2.5、 GATA4、TBX5、TBX1、NOTCH1、CRELD1、TFAP2B基因。现就其研究进展作一综述。

1 NKX2.5基因突变

1998年Schott等[3]首次在具有CHD高发生率的4个家系中检测到NKX2.5基因3个位点突变，证实NKX2.5基因是心脏发育过程中最早的表达的基因之一，在胚胎心脏的心肌细胞分化、房室分隔、传导系统的形成以及成熟心脏各种功能的维持等方面均发挥重要的作用，也是最早被发现并证实与心脏发育关系最密切的基因。目前国内外学者已至少检测出NKX2.5基因的70多个突变位点与CHD相关[4～6]，这些突变位点广泛分布于NKX2.5基因编码区和非编码区，且多个研究证实同一基因突变位点可有多种CHD表型，同一CHD表型又可对应多种突变位点，提示NKX2.5基因可能在心脏发育的不同阶段发挥着不同的作用，并且存在明显的地域和人种差异。目前多数学者认为，NKX2.5基因突变会引起基因转录水平的下降，并影响其他与心脏发育相关基因发挥作用，从而导致 CHD 的发生。

与NKX2.5基因突变相关的CHD包括房间隔缺损(ASD)、室间隔缺损(VSD)、法洛四联症(TOF)、大动脉转位(TGA)、三尖瓣闭锁(TA)、三尖瓣下移畸形(Ebstein畸形)、右室双出口(DORV)等，其中以继发孔型ASD最多见。Stallmeyer等[7]对121例各种类型的CHD患者进行基因序列分析，分别在两个ASD家系中发现两个NKX2.5基因位点突变。Wang等[8]在3个常染色体显性遗传的ASD、VSD和TOF的家系中分别检测出NKX2.5基因的3个位点突变。Mc Elhinney等[9]检测了608例CHD患者NKX2.5基因突变情况，在其中18 例患者中发现12个突变，其中9例为TOF，3例为ASD，永存动脉干(PTA)、DORV、TGA、主动脉弓离断(IAA)、左心发育不良综合征(HLHS)、主动脉缩窄(CoA)各1例。Goldmuntz等[10]对114例TOF患者进行基因测序，在6例患者中发现了4种杂合子突变，并发现合并右位主动脉弓或肺动脉闭锁(PA)的患者NKX2.5 基因突变发生率高于一般患者。

Gioli-Pereira等[11]在1例散发三尖瓣下移畸形的患者中发现了NKX2.5基因的一个突变，同时在其无CHD表型的父母中同样检测到了该突变。Granados-Riveron等[12]在1例散发性ASD患者中检测到了NKX2.5与 MYH6基因的联合突变，其中NKX2.5基因突变来源于无CHD表型的父亲，MYH6基因突变来源于无 CHD 表型的母亲。Granados-Riveron等[12]对331例患者进行NKX2.5、TBX5和GATA4 联合检测，发现2个NKX2.5 突变，同时还有NKX2.5与 MYH6突变、GATA4与MYH6突变伴随出现的多重杂合突变。据此可推测散发性单纯型CHD更多是由于多基因联合突变引起，单基因错义突变可能只增加CHD患病的易感性。

2 GATA4基因突变

GATA4基因可以调控多种心脏结构基因的表达，并通过其锌指结构与其他心脏特异性转录因子相互作用，高表达于胚胎心脏的整个发育过程及成熟心脏，影响胚胎心脏正常结构的形成及功能的发挥，是心肌细胞增殖和分化过程中的重要转录因子，也是心脏前体细胞的最早期标志基因之一[13]。GATA4基因是心脏发育过程中的一个剂量依赖型转录因子，只有表达量不低于正常水平的30%～50%才能维持心脏的正常发育和胚胎存活。目前已证明GATA4基因是NKX2.5基因的下游调控序列，共同参与心脏发育的调控[14]。

2003年Garg等[15]在两个独立的CHD家系中发现GATA4的两个位点突变，首次证实GATA4基因突变是CHD的致病原因之一，目前研究证实可引起功能改变的突变位点有59个[16]。已证实GATA4基因的多个突变与多种类型的CHD有关，如ASD、VSD、房室间隔缺损(AVSD)、DORV、TOF、肺动脉瓣缩窄(PS)、HLHS、动脉导管未闭(PDA)等，尤其与间隔缺损关系密切[17,18]。汪希珂等[19]对66例VSD、84例ASD、48例单纯性心脏圆锥动脉干畸形患儿进行GATA4、5、6基因检测，在1例VSD和1例PTA患儿中均发现相同的GATA4基因杂合子突变。Okubo等[20]曾研究一个4代29人的家系，其中11人患有ASD，遗传分析发现所有ASD患者均有相同的GATA4基因致病突变，家系非患者成员未发现这种突变。Chen等[21]在50例心脏间隔缺损患者中发现了两个GATA4基因杂合突变。刘兴元等[22]对160例VSD患者进行基因检测，发现3个新的GATA4杂合错义突变。Xiong等[23]在TOF、VSD和PDA患者中发现了三种GATA4同义突变，这种沉默突变的意义尚未明确。

3 TBX5基因突变

1997年Basson等[24]最早明确TBX5为Holt-Oram综合征(心-手综合征)的致病基因，患者表现为ASD和上肢畸形，目前已发现TBX5的突变达60余种，在Holt-Oram综合征中发现的突变类型有37种[25]，而且不同类型的TBX5基因突变可引起不同严重程度的心脏和上肢畸形。TBX5对心脏发育的主要作用表现在：发育初期参与心肌细胞的分化及房室腔的分化，后期参与室间隔的形成和传导系统的发育，尤其是在心房和左心室的发育中起着独一无二的作用[26]。心肌蛋白与TBX5基因相互作用共同参与心脏的发育。TBX5在心内膜中表达的缺失可导致ASD[27]，TBX5转录时点的变化可导致室间隔发育异常，从而引起VSD和单心室(SV)[28]。目前研究与TBX5基因突变相关的CHD主要包括ASD、VSD、AVSD、HLHS、SV等。Liu等[29]对192例汉族小儿VSD患者进行研究，认为TBX5与VSD的发生密切相关。

4 TBX1基因突变

1997年Chieffo等[30]首次证实TBX1是Di Gemge综合征(人类染色体微缺失综合征)的致病基因，并将其定位于22q11.2。目前认为，TBX1基因是22q11.2微缺失综合征的核心基因。TBX1在胚胎发育的过程中参与了咽弓内胚层的发育和排列、动脉弓的重塑、神经嵴细胞的分化和迁移过程，与维持心脏圆锥动脉干正常发育密切相关[31]。TBX1的缺失可导致胚胎阶段心脏流出道和主动脉弓异常，主要引起圆锥动脉干畸形，包括TOF、PA、IAA、DORV、PTA、TGA等，在不同种群间其发病率存在差异。在欧美人TOF及PA中 22q11.2 微缺失综合征最为多见[32]，PA的TBX1微缺失阳性率可高达40%。龚立等[33]对30例PA患儿进行TBX1基因检测，发现3例TBX1微缺失患儿，其中2例合并VSD，1例室间隔完整。

5 PTPN11基因突变

PTPN11基因是Noonan综合征的最常见致病基因[34]，约50%Noonan综合征患者携带PTPN11错义突变，约80%Noonan综合征患者合并心脏病变，以PS最常见，且常伴瓣膜发育不良，其他包括ASD、肥厚型心肌病(HCM)等[35]。PTPN11基因也是LEOPARD综合征的主要致病基因，约90%LEOPARD综合征患者携带PTPN11基因错义突变[36]，目前已发现11种错义突变[37]。LEOPARD综合征绝大多数合并心脏病变，以HCM最常见，亦常合并心脏瓣膜病变，包括PS、二尖瓣狭窄(MS)、主动脉瓣狭窄(AS)等[38]。此外，少数LEOPARD综合征患者可合并ASD、VSD[39]。

6 NOTCH1基因突变

NOTCH1基因主要调控心脏心室腔和心室肌骨小梁的生长，NOTCH1基因突变也会影响上皮间质转化从而导致瓣膜疾病。Acharya等[40]证实在人的钙化主动脉瓣膜中激活的 NOTCH1显著减少；Zeng等[41]发现 NOTCH1基因表达水平的升高和不断激活可以造成主动脉瓣间质细胞的钙化反应。目前已经明确NOTCH1基因突变与二叶主动脉瓣畸形有一定的关联，可引起先天性AS、CoA、HLHS、TOF等[42]。一项研究报道发现TOF患儿NOTCH1基因表达水平高[43]。

7 CRELD1基因突变

CRELD1基因在心内膜高密度表达，可能通过表皮生长因子(EGF)信号通路影响心内膜垫发育，是第一个明确与AVSD发病相关的基因[44]。CRELD1基因突变主要与AVSD相关，其他相关CHD包括ASD、VSD等[45]。Robinson等[46]在50例AVSD患者中发现3个CRELD1基因错义突变。袁浪等[47]对67例AVSD患儿进行基因测序，在伴21三体综合征的患儿中检出1个CRELD1基因错义突变。

8 TFAP2B基因突变

TFAP2B基因编码神经管嵴相关转录蛋白，其在动脉导管和主动脉弓的发育过程中呈现出时空特异性表达，通过调节心脏神经嵴来源细胞的分化而影响动脉导管的发育，从而导致PDA[48]。Chen等[49]对2个PDA家系进行基因测序，发现了TFAP2B基因突变并产生移码突变。陈轶维等[50]报道了国内首例单纯性PDA家系TFAP-2B基因突变情况，发现TFAP-2B基因突变可导致家族型PDA。

心脏的发育是一个由多细胞多基因相互作用的极其复杂的生物学过程。随着遗传学研究方法的迅速发展尤其是新一代测序和全外显子组测序技术的发展，越来越多的CHD致病基因突变不断地被发现，CHD的遗传机制正被逐步揭开。对NKX2.5、GATA4、TBX5等基因突变筛查以及不同基因之间相互作用的研究，有助于发现新的心脏发育相关调节因子，明确CHD的潜在致病基因，为今后阐明 CHD 的发病机制、基因产前诊断和基因靶向治疗等提供新导向。

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