进行性心脏传导障碍性疾病分子遗传和基因研究进展

李华俊 潘小宏

进行性心脏传导障碍性疾病（progressive cardiac conduction disease，PCCD）是一种以心脏房室传导系统异常为特征的心律失常性疾病，是引起房室传导阻滞的原因之一，部分患者在新生儿期即可发病，到青春期可能进展为三度房室传导阻滞，发生晕厥甚至猝死[1-2]。以往认为PCCD 的病理基础为心脏传导组织纤维化变性，近来研究发现，家族性PCCD 是因为编码参与心脏传导系统电信号的离子通道基因突变，离子通道功能发生障碍，导致心脏传导阻滞的发生[1]。PCCD 患者可能伴有房间隔缺损等先天性心脏病，或者伴有扩张性心肌病等非先天性结构性心脏病，而更多的患者没有基础心脏疾病，为单纯性PCCD[1-2]。Lenègre-Lev 病多为无基础心脏疾病的PCCD 患者。如果一个家系中有2 个及以上的PCCD 患者，呈家族性进行性心脏传导障碍性疾病表现，就更有必要对该家系进行遗传学调查。本文对PCCD 相关致病基因和分子机制的研究进展作一综述。

1 PCCD 的遗传流行病学研究

1901 年Morquio 首次注意到心脏传导障碍的家族聚集现象。之后有报道不同家系心脏传导阻滞在两代及以上的家族聚集。1965 年Gazes 等[3]较为完整地报道某一家族四代人多发阿-斯综合征和二度房室传导阻滞，呈显性遗传。Gourraud 等[4]在法国西部进行了大规模的遗传流行病学研究，观察到发病率巨大地域差异，在局部区域显著增高，并由此发现了5 个PCCD 大家系，强烈提示了PCCD 的遗传背景。Baruteau 等[5]观察到儿童先天性非免疫性房室传导阻滞的高度遗传性。近70%不完全性房室传导阻滞的患儿在出生后会逐渐进展为完全性房室传导阻滞，对患儿的父母进行12 导联心电图筛查，发现患儿父母心脏传导异常发生率高，包括P波增宽、PR 段延长和QRS 波群增宽，表明心房内、房室间和心室内传导异常。与配对的健康对照组相比，患儿父母更容易出现传导异常（主要是一度房室传导阻滞、右束支传导阻滞和心电轴左偏），估计独立传导障碍遗传率为91%。

虽然一直有研究者报道呈家族聚集现象的心脏传导阻滞病例，但是受制于分子生物学技术的局限，一直未发现致病基因。直到近20 年随着分子生物学的迅猛发展，PCCD 的研究取得了革命性的突破。

2 心脏结构正常的PCCD 分子遗传和基因突变研究

2.1 SCN5A 基因 SCN5A 基因定位于染色体3p21，编码心脏去极化期内向钠离子流通道Na1.5的α 亚基。SCN5A 基因突变引起心脏钠离子通道功能异常，表型多样，涵盖无症状的携带者到致命性心律失常，包括PCCD、Brugada 综合征、病态窦房结综合征、心房静止、家族性心房颤动、扩张性心肌病、长QT 间期综合征3 型和婴儿猝死综合征[6-7]。目前发现相关的SCN5A 基因突变位点达16 处，均能造成钠通道功能低下甚至丧失。周熙惠等[8]根据发现的1 例中国人三代人心脏传导阻滞家系SCN5A基因突变c2002T＞A（L1001Q）构建突变表达载体，发现该突变未影响钠通道蛋白的表达和转运，主要通过改变钠通道门控特性引起钠通道功能减弱进而导致心脏传导阻滞。SCN5A 基因突变减少心脏细胞除极时钠离子内流，降低0 相除极速度与峰值，加速失活，从而减慢传导，导致心脏传导系统的希浦系、心室内和心房内不同程度的阻滞。心电图表现为QRS 波群增宽、束支传导阻滞、双束支阻滞，进而发展为完全性房室传导阻滞[6-7]。

SCN5A 突变携带者容易表现为不同SCN5A 相关综合征多重临床表现，定义为“SCN5A 重叠综合征”[7]，可表现为传导延缓合并Brugada 综合征、心房扑动、长QT 间期综合征等心律失常。

2.2 SCN1B 基因 SCN1B 基因定位于染色体19q13，编码Nav1.5 钠离子通道相关β1 亚单位，参与调节心脏钠离子通道的表达和功能，研究发现至少有3 种SCN1B 基因突变与传导异常相关，分别是外显子3 的c.259G ＞C 突变、外显子3A 的c.536G＞A 突变和c.537G＞A 突变[9]。与对照组相比，上述3 种突变均能减少Nav1.5 介导的电流。

2.3 SCN10A 基因 SCN10A 基因定位于染色体3p22，编码电压门控钠离子通道Nav1.8。几项大型基因组研究发现，SCN10A 基因突变也与房室传导阻滞有关，可能与SCN10A 的心脏增强子调节SCN5A 的启动子相关[10]。

2.4 TRPM4 基因 TRPM4 基因定位于染色体19q13，编码心肌细胞钙离子激活的非选择性阳离子通道，介导细胞膜除极。突变个体细胞膜胞饮和离子通道稳定发生变化，影响钙离子介导的短暂内向电流Iti，导致浦肯野纤维和心肌细胞传导延缓甚至阻滞[11]。TRPM4 基因突变会导致进行性家族性心脏传导阻滞Ⅰ型、房室传导阻滞和右束支传导阻滞。至今已发现有18 种TRPM4 基因突变与临床心脏传导障碍有关[12]。Daumy 等[13]将从一法国四代PCCD 家系发现的新突变TRPM4-p.1376T构建转染HEK293 细胞系，膜片钳研究发现离子流增加，Western 印迹法发现细胞表面TPRM4 通道表达增加。

2.5 连接蛋白 连接蛋白构成低阻抗离子通道，形成缝隙连接，介导电偶联和细胞间电交流。人类心脏的连接蛋白共有4 种亚型：Cx40、Cx43、Cx45 和Cx31.9，通过影响缝隙链接偶联和钠通道活性等多种机制影响传导[14]。心脏连接蛋白表达的改变可导致传导障碍，该假说由Makita 等晚近发表的研究首次证实[15]。研究者在一PCCD 家系中检测到Cx40 编码基因GJA5 发生基因突变（Q58L），导致Cx40-Q58L 蛋白在细胞膜附近弥散分布，无法正常形成缝隙连接，电导显著降低[15]。

2.6 KCNK17 基因 KCNK17 基因定位于染色体6p21，编码外向整流钾离子通道TASK-4，而人类浦肯野纤维细胞表达TASK-4。最近研究报道了1 例伴有特发性心室颤动的PCCD 患者，测序整个外显子发现KCNK17 基因无义突变G884，也能影响传导系统[16]。

2.7 KCNH2、KCNJ2 及KCNQ1 基因 KCNH2 定位于染色体7q35-7q36，由KCNH2 基因缺陷所致2 型长QT 综合征患者，延迟性整流钾电流（Ikr）中快速激活成分抑制，可在长QT 基础上出现间歇性2∶1房室传导阻滞[17]。KCNJ2 定位于染色体17q23，位点突变使内向Ik1 减少，与多形性室性心动过速或Anderson-Tawi 综合征相关，表现为钾敏感的周期性瘫痪、室性心律失常、发育异常，且多有房室传导阻滞、束支传导阻滞或室内传导延迟[18]。KCNQ1 基因定位于染色体11p15.5 上，编码构成慢激活延迟Iksα 亚基，它的S140G 突变引起房室传导功能障碍从而表现为缓慢型心房颤动。此外，在同样的转基因小鼠模型中，也频繁记录到一度、二度、高度甚至或完全的房室传导阻滞[19]。

2.8 CACNA1C 编码L-钙通道的CACNAIC 定位于染色体12p13.3，突变将导致一系列遗传性心律失常，包括获得性的8 型长QT 综合征（LQT8）和Timothy 综合征，早期复极综合征等。Timothy 综合征的特点是多器官受累，包括发育畸形，L-钙通道功能障碍，平台期持续钙离子内流，动作电位延长，并且发现，患者体内钙通道可转化为非选择性的单价阳离子通道，其钠离子内流与钾离子外流的峰值和持续时间均显著增加，导致QT 间期延长，间歇性二度房室传导阻滞，心肌细胞内钙超载，T 波电交替，猝死风险高[20]。

3 伴有先天性心脏病的PCCD 分子遗传和基因突变研究

某些心脏转录因子编码基因不仅对传导系统发育，而且对心脏心腔分隔和形态形成都是必须的。因此相关基因突变导致进行性心脏传导障碍的同时，也会导致并发各种先天性心脏病。

3.1 NKX2-5 基因 NKX2-5 基因属于同源盒基因NK2 家族，定位于染色体5q34，只表达于心脏中，编码ANF 转录因子激活物，进而与GATA4 的C 末端相互反应。NKX2-5 基因是心脏形态形成的重要调节因子之一，对心脏发育和心肌细胞影响明显，4%的心血管畸形由该突变导致。该基因不同突变导致多种伴或不伴有传导障碍的先天性心脏病，最常见的是房室间隔缺损和房室传导阻滞，其它包括法洛四联症、大动脉转位、左心发育不良综合征和右心室双流出道等等。已发现的NKX2-5 基因突变有82种，其中基因突变C618T、C533T、C701T、498-499 insC 和insTCCCT701 可同时导致房间隔缺损和房室传导阻滞。Perera 等[21]报道了一个家族三代多发猝死、恶性室性心律失常、PCCD 和房室间隔缺损等先天性心脏病，致病突变基因就是NKX2-5 基因。

3.2 TBX5 基因 TBX5 基因定位于染色体12q24，涉及中胚层分化。TBX5 蛋白正常表达对于上肢和心脏正常发育是必需的。TBX5 基因可导致Holt-Oram 综合征，表现为上肢畸形和可表现为房室间隔缺损和（或）主动脉缩窄，以及不同程度的传导障碍的心脏异常[17]。已发现的并发房室间隔缺损和PCCD 的TBX5 基因突变类型有Arg237pro、His445FsX136 和12q24.1 位置11kb 重复[22]。

4 合并非先天性结构性心脏病的PCCD 分子遗传和基因突变研究

4.1 核纤层蛋白基因（LMNA） LMNA 定位于染色体1q21，全长56.7kb，包含12 个外显子，构成细胞核纤层，和其他核膜结构蛋白相互作用维持核膜稳定[23]。LMNA 基因是扩张型心肌病最常见的致病性基因之一，大约5%家族性扩张型心肌病的致病基因是LMNA。突变还导致房室传导阻滞，扩张型心肌病伴PCCD 可能是LMNA 基因突变的首发甚至唯一的表现，在已发现的扩张型心肌病伴PCCD 患者中，LMNA 基因突变携带者占30%[23]，其还可导致骨骼肌萎缩、早衰症候群和代谢异常等多种疾病，统称为核纤层蛋白病[24]。

4.2 PRKAG2 基因 PRKAG2 基因定位于7q36，编码AMP 激活蛋白激酶（AMPK）γ2 调节亚基，突变表现为心室肥厚，心肌细胞内糖原沉积损害传导纤维可出现预激综合征及传导障碍[25]，心外常累及骨骼肌。通常临床诊断PRKAG2 疾病需满足左心室壁厚度＞3cm 且存在进行性房室传导阻滞，若不治疗预后较差。

4.3 Ⅱ型溶酶体相关膜蛋白（LAMP2） 基因LAMP2 基因定位于染色体Xq24，突变可导致Danon病（Ⅰb 型糖原沉积病），表现为进行性肌营养不良、智力障碍、心肌病——通常为左心室肥厚，少数表现为扩张型心肌病或左心室致密化不全[26]。心电图常表现为预激综合征，或三度房室传导阻滞，心房颤动等[27]。尚无特效治疗方法。

4.4 GLA 基因 GLA 基因位于染色体Xq22.1，Fabry 病是由GLA 基因突变引起的溶酶体储存障碍，导致α-半乳糖苷酶A 缺失，可累及多种系统，男性半合子发病率远高于女性，在女性中发病较晚，病症较轻[28]。是否累及心脏是影响预后的主要因素，通常表现为心肌肥厚，心电图常表现为V5、V6ST 段压低、抬高或T 波倒置，结合磁共振提示心肌纤维化。早期传导异常、自主神经功能障碍与心脏传导组织糖磷脂堆积、凋亡和空泡化而导致的变性有关。患者心律失常，静息状态下心动过缓，变时性差。需要永久性起搏器植入。Fabry 病患者中约75%死于心血管问题，其中约60%为猝死[29]。

4.5 DES 基因 DES 基因位于染色体2q35，其编码的肌间线蛋白是一种丝蛋白，负责连接、锚定细胞内结构[30]。DES 基因错位突变致多种心肌病合并不同的心律失常或传导障碍，伴或不伴骨骼肌病变。通常表现为限制性心肌病或扩张型心肌病，合并严重的传导阻滞需起搏器植入，部分患者以室性心律失常为主，需植入ICD 治疗。

4.6 TNNI3K 基因 TNNI3K 基因位于染色体1p31.1，负责编码调节心肌肌钙蛋白Ⅰ与MAP 激酶（TNNI3K）间作用，在心脏中特异性表达，室间隔及心尖处转录水平较高，对心脏大体形态及肌小节形成均有一定影响[31]，影响心室重构，引起心脏传导系统异常。

4.7 HCN4 基因 HCN4 基因位于染色体15q23-q24，编码超级化激活阳离子电流（If）通道结构蛋白，决定窦房结缓慢去极化过程，具有调节心脏起搏的功能。HCN4 突变可致窦房结功能障碍，包括病态窦房结综合征、窦性心动过缓、 病理性窦性心动过速，早发心房颤动、房室传导阻滞、左心室心肌致密化不全、特发性室性心动过速、心室颤动[32]。

5 展望

心脏传导涉及很多基因，目前发现的只是小部分。动物研究发现Irx3、Id2 和GATA6 基因异常与传导功能障碍相关，但是目前尚未发现基因突变相关的临床PCCD 病例[33]。因为传导改变是相对缓慢的过程，基因检测有助于更好的评价心脏传导障碍进展的风险，从而决定合适行起搏器植入的最佳时机。不断筛查家族性PCCD 患者的基因型，发现新的基因突变位点，充实PCCD 疾病基因库是目前分子遗传学的研究热点。细胞生物学研究突变基因编码蛋白和离子通道的功能变化，有助于揭示基因突变如何导致PCCD 发生的病理生理过程，帮助我们进一步认识心脏传导系统的电生理机制。也使得以此为基础进行基因治疗，干细胞移植和药物治疗成为可能。