钠离子通道基因多态性与心房颤动易感性的研究进展*

何凤珍，陈宇晴，周尚蓉，邓百路 综述，黄妹丹,刘 莉△,潘兴寿 审校

(1.右江民族医学院，广西百色 533000；2.右江民族医学院附属医院心内科，广西百色 533000)

心房颤动(atrial fibrillation，AF)是指电信号随着窦房结冲动发放而传导，脉冲不规则地传导到心室，导致心率加快和收缩不协调，是严重的心房电活动紊乱。不规律地激活心室充盈和减少心输出量，是最常见的心律失常，其可引起心力衰竭和卒中的危险，使住院率、病死率升高，给家庭和社会带来巨大的经济负担。孤立性AF指临床检查、心电图、超声心动图和甲状腺功能检查所确定的发生于65岁、无血压、明显器质性心脏病或甲状腺功能障碍的患者，其中占AF的11%；继发性AF的基础疾病包括结构性心脏病、高血压、糖尿病，但AF本身也会进行性地导致心房结构重塑[1]。大多数AF患者存在心血管疾病，如高血压、心力衰竭、糖尿病、瓣膜疾病、心肌缺血、心室功能障碍、肾功能损害、多支冠状动脉疾病和左心室射血分数较低等基础疾病[2]。AF的主要发病机制包括心房纤维化、不全收缩、脂肪浸润、炎症、血管重塑、局部缺血、离子通道功能障碍和Ca2+缺乏等，各种病因可引起心房发生复杂的病理生理变化，这些变化增强了异位起搏和传导紊乱，增加心房形成AF的倾向[1]。目前AF病因及发病机制未完全明确，尚缺乏特异性的治疗手段。基因突变所致AF是近期研究热点。近期，国外学者对超过100万人进行了全基因组关联研究，发现151个基因与AF有关[3]。关注较多的是钠离子通道基因多态性。2011年，WILDE等[4]发现钠离子通道基因突变可引起先天性长QT综合征(LQTS)、Brugada syndrome(Br S)、传导障碍和家族性AF等。此外，SHANG等[5]发现抑制心脏钠电流(cardiac sodium current,INa)可减慢心房传导速度(atrial -conduction velocity,CV)，其可降低波长，诱导AF的发生。寻找各种途径去了解AF的发病机制及探讨AF早期诊断、早期干预的研究工作具有十分重要的意义。

1 电压门控钠离子通道(voltage-gated sodium channels，VGSCs)

VGSCs是细胞膜上形成动作电位的重要组成结构，根据膜电位去极化而改变构象的膜蛋白，可以打开跨膜孔，并向内导入钠离子以启动和传播动作电位，其具有产生复活及瞬时和持续电流的能力[6]。因此，其由β亚基辅助蛋白与α亚单位相互作用，调节门控、细胞定位、细胞内转运和降解，它传导引起动作电位去极化的内向INa，对动作电位在心脏中的传播至关重要，但也影响复极和不应期[7]。它含有保守的电压敏感和孔隙形成结构域，但它们是相同亚基上的同源四聚体，而不是伪四聚体，这2个结构捕获了紧闭和开放的状态，并且可以在单个电压门控钠通道中完成关闭-开放-失活的构象循环，并为钠通道阻滞剂的结合状态提供了结构基础[8]。其中心脏钠离子通道由α亚基和β亚基组成，见图1。脊椎动物钠离子通道α亚基是含有离子选择性的单一多肽链(相对分子质量约为260×103)，是功能性亚基。目前可知，其由Nav1.1、Nav1.2、Nav1.3、Nav1.4、 Nav1.5、 Nav1.6、Nav1.7、Nav1.8、Nav1.9等蛋白构成钠电流通过的孔道，产生动作电位；所有β亚基是细胞黏附分子免疫球蛋白(Ig)结构域家族的成员，是辅助亚基，调节电压门控性钠通道，并在控制神经元兴奋性方面发挥关键作用，由β-1、β-2、β-3和β-4亚单位基因组成[9]。β亚基对α亚基起到辅助调节作用并充当黏附分子。

图1 心脏钠离子通道α亚基和β亚基的分子结构

2 心脏钠通道的α亚基

2.1SCN5A基因多态性与AF SCN5A基因位于3q21人类染色体并编码心脏钠通道Nav1.5蛋白，主要存在心肌细胞中，该通道蛋白负责钠离子内向电流的峰值，影响心房、心室细胞和特殊传导组织(浦肯野细胞等)的兴奋性和传导、再极化、晚期钠离子通道[10]。Nav1.5蛋白是由 2 016个氨基酸组成，共有28个外显子，Nav1.5 的4个结构域是 DⅠ、DⅡ、DⅢ和 DⅣ，分别由连接蛋白链接，在每个结构域中有6个跨膜片段(S1～S6)，形成2个胞内环和3个胞外环，其中 S5 和 S6 主要形成中央孔结构域[4]。已知SCN5A基因突变引起氨基酸序列的变化影响钠离子通道的功能，因此，了解最常见于人类心肌上的SCN5A突变确切序列和功能很重要。SCN5A基因引起AF的新的和罕见的突变比率为6%，其控制启动心脏动作电位的INa，其突变可分获得性和失用性[11]。获得性突变可增加细胞钠通道，增加兴奋性，从而降低动作电位阈值，加速动作电位去极化，进而形成AF心电图表型[12]。例如，M1851V突变体使电压依赖曲线转变为去极化失活，加速0期阶段的去极化，加速再激活，增加钠通道的使用率并增加窗口电流，这些因素增加钠通道功能从而引起AF的易感性[13]。获得性突变R1860G可导致INa密度降低70%，引起由稳态失活向持续电流的转变,延缓动作电位上升速度，持续时间显著延长，引起AF的发生[14]。MUSAD等[15]在AF患者中发现SCN5A基因H184R变异使心肌细胞中的成纤维生产因子降解可导致稳态失活变成超极化，导致动作电位持续时间延长和细胞膜自发性去极化。SCN5A基因的失用性突变可降低动作电位1期的钠电流，但可相对增加动作电位2期Ito外流，进而明显缩短复极时间最后导致平台期缺失,从而产生2相折返并引起严重的心律失常。如SCN5A的突变体R986Q为失用性突变可显著减少钠峰电流密度，并使不应期和传导速度缩短，从而导致AF发生[16]。WATANABE等[17]在AF患者中发现钠通道α亚基功能缺失引起钠电流减少，故心脏钠通道中α亚单位基因SCN5A的突变与AF相关。有学者对125例AF患者进行SCN5A基因筛查，发现9个SCN5A基因SNP位点，即A364S、A29A、F1206F、N1387N、D1818D、H558R、P1089L、R1192Q、M1486I。其中，N1387N和M1486I是新的突变位点。SCN5A-D1275N突变首先在1个患有心房停搏的大型荷兰家庭中被发现[18]。2017年VANNINEN等[19]学者在有43名成员的芬兰家庭的DNA中发现13名成员携带有SCN5A D1275N突变可能易发生AF，其第1 275个天冬氨酸被天冬酰胺取代。但该研究未分析这个变异的生理物理特性。同年HAYANO等[20]在AF患者中通过电生理分析SCN5A基因突变D1275N引起NaV1.5蛋白表达水平的降低，从而降低INa减少，使动作电位上升速度变慢。具体作用于动作电位哪个平台期未指出。有关学者进行了针对基因治疗的相关研究，如SCN5A Y1103等位基因与心律失常有关，钠离子阻滞剂美西律可缩短动物模型和成人LQTS 3型的QT间期，该研究结果提出了一种预防性治疗的策略，即用阻滞剂来治疗晚期去极化[21]。此外，有关研究发现GS967降低了小鼠SCN5A-1798INSD心肌细胞延迟后去极化的振幅，并阻止了触发电位，故晚钠电流(INaL)抑制剂GS967可减少复极化异常，在不影响心脏传导的情况下具有抗心律失常作用[22]。因此，选择性抑制INaL是一种有希望治疗与INaL相关的心脏通道病变的药理学治疗。ZAKRZEWSKA-KOPERSKA等[23]通过全外显子组测序揭示了SCN5A中的杂合子R222Q突变，经奎尼丁治疗后，观察到室性心律失常显著降低和心肌功能的改善，其中，奎尼丁主要通过阻断快速INa和Ito。该案例突出了基因型治疗策略价值。这些发现强调了基因靶向治疗在发展中的重要性。

2.2SCN10A基因多态性与AF 含有27个外显子的SCN10A基因可编码Nav1.8α蛋白，该基因位于人类染色体3p22-24。最近的研究表明，Nav1.8对心脏电生理特性的影响是其对内源性心脏神经节神经元的影响所介导的[24]。已知SCN10A基因突变可增加窗口电流，抑制激活，引起明显的去极化激活电压依赖性，主要影响电压门控性钠通道驱动动作电位(AP)的上行和传导[25]。MAIER等[26]使用蛋白质印迹和免疫组织化学发现终末期心力衰竭患者SCN10A明显上调，这与晚期INa增加、细胞性心律失常和动作电位持续时间延长有关，而在敲除NAv1.8的小鼠中，晚期INa降低，因此细胞内Na+和Ca2+负荷降低，可导致自发性舒张期Ca2+释放减少，从而抑制细胞心律失常的发生。以往的研究表明，一些SCN10A变异与P波持续时间、PR间期和QRS持续时间的变化相关，增加心室肌细胞的INaL，并加快心内神经元的动作电位放电，并且常见的功能获得性、功能失用性变异与心脏传导阻滞和AF有关[27]。如功能获得性变异体rs6795970可降低SCN10A基因的表达，从而增加钠通道峰电流和持续电流，使细胞膜快速失活速度减慢[28-30]。SCN10A功能获得性变异体Y158D、R814H、Y158D-R814H和A1886V与钠离子峰值电流相关，均可增加窗口电流，并且同一等位基因上的2种变体同时存在时产生的峰值电流显著增加，峰值电流的幅度接近于每个变量的峰值电流的平均值的总和[31]。也有研究发现Nav1.8选择性抑制剂可以降低孤立性AF的发生率[32]。但Nav1.8在心律失常中的确切作用仍有很长的路要走。针对SCN10A基因靶向治疗，HAN等[33]用一种新的口服生物可利用的Nav1.8的选择性阻滞剂pf-01247324，并证明在浦肯野神经元和野生型脑脊髓炎的小鼠中表达Nav1.8的基因内，小鼠的运动协调性和小脑样症状得到改善。SCN10A变异与心脏传导异常和心律失常的关联需要进一步研究，特别是在其机制基础方面。靶向Nav1.8的治疗策略是否可用于心脏疾病仍有待确定。

3 心脏钠通道的β亚基

3.1SCN1B基因多态性与AF SCN1B基因位于19q13.1染色体上，目前已知的2个变异体β1和β1B，β1亚基的高度表达增加了α亚基 mRNA和蛋白质水平，从而增加INa密度，其可与SCN5A共表达后增加INa密度。大量研究证明，SCN1B的获得性突变或缺失性突变都增加AF的易感性，SCN1B-4b编码心脏钠通道的修饰性β亚单位[34]。WATANABE等[17]在480例AF患者中发现了SCN1B D153N和R85H的非同义功能缺失突变可使钠通道电流功能丧失，使电流振幅明显减小，并且还可增强瞬时外向钾电流功能。另外，有研究显示，SCN1Bb R214Q中的缺失性突变可降低INa，该变体被认为可增加AF的易感性[35]。2017年，国外学者发现SCN1B E87Q突变减少INa，影响Nav1.5蛋白表达，从而抑制细胞膜中成熟Nav1.5α亚基的表达，最终导致个体易发生心室颤动[36]。从而表明β1亚基对整个钠离子通道复合物的成熟和表达有重要的作用。钠离子通道β亚基也是调节心脏兴奋性的重要因子，从SCN1B缺失的小鼠心肌细胞中发现动作电位的持续时间都显著延长，并且心肌细胞的最大复极速率降低了25%～30%，从而使持续INa增加[37]。HAYASHI等[16]通过细胞电生理学研究表明T189M是一种获得性突变，这是关于AF相关SCN1B变体的第一份报告，其可导致峰值INa密度增加并且改变Na+通道的稳态快速激活的电压依赖性，此外，该研究还表明钠通道阻滞剂吡西卡尼对有SCN1B的功能获得性变异的实验组的AF有效。

3.2SCN2B基因多态性与AF SCN2B基因定位于11q23上，电压门控钠通道β2亚基是Ig CAM超家族的成员，并且是电压门控钠通道的黏附分子和辅助亚基。其中，编码β2的SCN2B突变与人类AF和Br S相关[17]。有研究证明，SCN2B缺失性导致INa密度降低，并且可降低心室肌细胞中的钾电流密度，随后右心室传导减慢和复极延长，增加AF的易感性[38]。已报道SCN2B中仅有2种与心功能不全相关的其他致病突变，即R28Q和R28W，均与AF相关[9,17]。与SCN5A/SCN2B共表达相比，SCN5A和SCN2B R28Q或R28W的共表达使内向INa密度降低30%，但在这种情况下可影响通道的生理物理机制[17]。上述研究支持了SCN2B变异体与AF的关联。

3.3SCN3B基因多态性与AF SCN3B基因位于11q23.3染色体上。其中，具有215个氨基酸残基的钠通道SCN3B编码b3亚基[39]，假设基于以下证据，心脏钠通道β3亚基基因SCN3B中的突变与AF相关。如WANG等[40]对来自中国汉族人群的477例AF患者(28.5%孤立性AF)的SCN3B的所有编码外显子和外显子-内含子进行了大规模的测序分析，在46岁孤立性AF患者中发现新的A130V突变，但在500个对照组中没有这个突变，并且还表明突变体A130V能显著降低心脏INa密度，但对通道的激活、失活的动力学没有影响。也有相关研究证实，SCN3B与其他基因共表达可增加AF的易感性，如SCN3B基因的突变体与 SCN5A和SCN1B基因共表达，可显著降低INa[41]。也有学者在192例孤立性AF患者中，发现SCN3B 3个非同义突变体R6K、L10P、M161T，所有突变都影响跨物种进化保守的残基，并且这3种SCN3B突变体可导致钠通道电流功能性降低，增加AF的易感性[42]。这些发现表明，SCN3B缺乏会导致显著的电生理异常，增加AF的易感性。

3.4SCN4B基因多态性与AF SCN4B基因位于11q23.3人类染色体上，它具有蛋白质拓扑结构和细胞外免疫球蛋白样结构域，将钠通道运输至质膜，调节门控依赖性通道、电压依赖性通道，并在胞浆蛋白如锚蛋白-G中的细胞黏附和募集中发挥作用[43]。最近研究表明，β4Ig结构域以平行方式相互作用，影响半胱氨酸残基之间的二硫键。SCN4B基因编码β4蛋白，其突变与钠通道病相关[44]，突变的SCN4B基因可引起钠通道功能失调易发生AF。如LI等[45]发现SCN4B突变体V162G和I166L可能改变INa密度和电压依赖性，从而改变钠通道激活或失活，突变改变了跨物种进化高度保守的氨基酸，并且都被认为是致病的，该研究还发现了AF与先天性长QT综合征及婴儿猝死有共同遗传基础，这些发现为心律失常的分子机制提供了重要的依据，并为心律失常的早期预防和个性化治疗提供了潜在的治疗策略。

随着分子生物学技术的进步和人类基因组研究的程度不断加深，基因多态性和AF的相关性研究已取得突破性进展。识别与AF相关的遗传变异有助于理解AF的病理生理机制，随着更便宜、更强大的测序技术的出现，对AF可遗传成分的认识将迅速增长。