心房颤动易感基因的研究进展

周尚蓉，何凤珍，陈宇晴，蔡键，班青丽，刘莉，，潘兴寿

(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血管内科，广西 百色 533000)

心房颤动(atrial fibrillation，AF)是指因心房不规则的跳动最终导致心房正常收缩舒张周期改变的心律失常，其发病率随年龄增长呈急剧上升趋势。当今社会人口老龄化加速，故AF成为严重影响人类健康的疾病。2001—2012年的调查数据显示，中国71～80岁人群AF的患病率为51～60岁人群的5倍，年龄>80岁人群的患病率为51～60岁人群的6倍[1]，提示AF对高龄老人的生命有巨大威胁。AF作为单因素导致患者死亡的发生率较低，合并其他疾病导致的死亡相对多见，合并的疾病以脑卒中和心力衰竭较为常见。目前AF的发病机制尚未完全阐明，基因层面的机制是现阶段的研究热点。全基因组关联研究(Genome-wide association study,GWAS)确定了许多与AF发病风险增加相关的遗传变异。Ellinor等[2]针对GWAS的研究结果，对与AF相关的染色体区域展开了研究。在所有识别的区域中，具有最强关联的单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism，SNP)不是由蛋白质编码，遗传易感基因的致病性与AF的关联可能通过影响附近基因的表达介导。每个识别区域的候选基因具有广泛的功能，包括细胞结构蛋白含有核膜的血影蛋白重复序列2(spectrin repeat containing nuclear envelope protein 2，SYNE2)、MYOZ1(myozenin 1)和SYNPO2L(synaptopodin 2 like)、钾钙激活通道亚家族N成员3(potassium calcium-activated channel subfamily N member 3，KCNN3)和超极化激活环核苷酸门控钾通道4(hyperpolarization activated cyclic nucleotide gated potassium channel 4，HCN4)、配对类同源域转录因子2(paired like homeodomain 2，PITX2)、锌指同源框蛋白3(zinc finger homeobox protein 3，ZFHX3)和PRRX1、细胞信号转导蛋白CAV(Caveolin)-1和CAV-2及调节内分泌功能的基因雌激素受体β(estrogen receptor β,ESR2)、C9orf3。进一步了解和认识AF易感基因，对诊断、治疗以及提高老年AF患者的生存率具有重要意义。现就AF易感基因的研究进展予以综述。

1 细胞结构蛋白基因的分布及作用机制

SYNE2主要在心肌和骨骼肌中高表达，编码一种核外膜蛋白，即Nesprin-2[3-4]。Ellinor等[2]的Meta分析发现，在新发现的AF易感基因中，位于染色体14q23的SYNE2基因编码大量的Nesprin-2异构体，这些异构体在心脏和骨骼肌中高表达。Nesprin-2蛋白的作用定位于整个肌节，通过将细胞核锚定在细胞骨架上维持核结构的完整性。通过候选基因方法发现，SYNE2基因突变在一些肌营养不良家系中分离，其导致骨骼肌萎缩、心肌病以及心脏传导缺陷，可能与心房正常电生理活动发生变化相关[5]。基于SYNE2基因编码的几种异构体研究发现，敲除小鼠SYNE2基因的C端诱发了心肌病和神经缺陷[6]。SYNE2基因的rs1152591位点与AF发病显著相关，而rs1152591位点编码产物是连接核膜和细胞骨架的Nesprin-2蛋白，该蛋白与核膜和细胞骨架相连[7]，表明SYNE2基因可能通过增加心房肌细胞搏动中核-细胞骨架的连接和核应激，诱发心房异常电生理活动。

2 离子通道基因的分布及作用机制

2.1KCNN3基因与AF KCNN3基因位于染色体1q21，编码电压非依赖性钙激活钾通道，也可称为SK3或KCa2.3。动物和人体内细胞钙激活钾通道分布广泛，且能够被胞内极微量的钙离子激活，根据电导能力高低可分为大电导、中电导以及小电导三类[8]。由KCNN3基因编码的小电导钙离子激活钾离子通道是一种由细胞内游离钙离子和细胞膜电位控制的钾离子通道。小电导通道在许多可激发的器官组织中表达，包括脑和心脏。KCNN3基因上相关位点的表达可导致离子通道的功能发生改变，从而进一步改变心肌细胞的电生理活动，导致AF的产生与维持。2010年Ellinor等[9]首次发现，KCNN3基因rs13376333位点与孤立性AF具有一定的相关性；随后又有研究者证实，rs11584403位点与中国北方汉族人群AF发病有一定的相关性[10]。Shoemaker等[11]研究发现，KCNN3基因与AF导管消融后的复发无显著相关性。Yao等[12]的Meta分析证实，KCNN3基因rs13376333的多态性将显著增加孤立性AF和总AF的发生风险，表明KCNN3基因rs13376333多态性可能在AF的发病中起重要作用。未来可从基因多态性入手，推测相应位点与AF发病的相关性，针对该基因位点研究对应的阻滞性药物将有利于AF患者的治疗。

2.2HCN4基因与AF HCN4基因在哺乳动物心脏起搏区显著表达[13]，其编码的蛋白质产物是一种由钾、钠超极化下激活的环核苷酸通道[14-16]。部分心动过缓和病态窦房结综合征患者HCN4基因发生了突变[17-18]；其中1例检测到HCN4基因第5外显子的1-bp出现杂合性缺失。2017年，日本研究者针对携带HCN4基因突变和SCN5A基因突变的家族性病态窦房结综合征患者进行研究发现，携带HCN4基因的患者合并AF的风险明显高于携带SCN5A基因的患者[19]。通过细胞转染获取HCN4基因的单克隆抗体进行研究发现，心肌细胞中线粒体通过进入HCN通道的钾离子和交换子介导钾离子耦合维持电化学平衡，推断心肌细胞中HCN通道能稳定驱动一定数量的钾离子进入线粒体基质，线粒体中钾离子通道的开放可以稳定和保护心肌细胞，反之抑制则会促进细胞死亡[20]。HCN4基因编码产物作用于细胞膜调节钾钠离子进出的机制为临床使用HCN通道阻滞剂治疗AF提供了新思路。目前单纯携带HCN4基因与AF发病的机制尚未明确，有待进一步研究。

3 转录因子基因的分布及作用机制

3.1PITX2基因与AF PITX2基因位于第4号染色体，编码PITX2蛋白[21-22]。根据GWAS公布的AF易感基因，学者首次在冰岛人群的染色体4q25中发现了与AF强相关的两个SNP，这两个多态性位点分别为rs2200733和rs10033464，随后研究者又进行了第2次重复试验，这两个多态性位点又在瑞典人群和美国人群中得到验证；同时，该研究还发现rs2200733位点较rs10033464位点关联更显著[23]。在此基础上，我国学者通过病例对照研究和突变扩增系统-聚合酶链反应或直接测序法构建遗传学模型验证PITX2基因与AF发病的相关性，结果显示，rs17042171位点可能与中国中原地区汉族人群的AF易感性有关[24]。Krisztina等[25]的研究认为，在高加索人群中PITX2的rs2595104位点多态性可能与AF发病无关，这一研究结论与在中国人群中的发现相反[26]。与其他AF易感基因相比，位于人染色体4q25的PITX2基因是目前AF发病相关性研究中研究最为全面的一个基因座，但其参与AF发病的具体机制尚未完全明确。

3.2ZFHX3基因与AF Kiliszek等[27]基于前期GWAS染色体4q25、16q22和1q21多态性与AF相关性进行研究发现，在波兰人群中16q22与AF发病无明显相关性，而染色体4q25和1q21有一定相关性，表明基因多态性在不同人群中分布不同。Li等[28]结合GWAS鉴定出两个SNP，即ZFHX3中的rs2106261和rs7193343，以及KCNN3中的rs13376333；进一步研究发现，在中国汉族人群中ZFHX3基因的rs2106261位点与AF发病显著相关。以上研究提示，在不同人群中相同基因对AF发病的影响可能存在差异。基因与基因之间也存在互相作用，但具体分子机制尚不清楚。在欧洲血统人群中,GWAS鉴定的10个AF易感性位点中只有3个位点在中国人群中，这3个位点分别是ZFHX3的rs2106261(G/A替换)，PITX2附近的rs2200733(C/T替换)和CAV-1的rs3807989(A/G替换)；选择性进行基因-基因相互作用研究发现，PITX2基因与ZHFX3基因存在相互作用，主要为PITX2基因通过微RNA(microRNA，miR)-1正向调控ZHFX3基因，ZHFX3基因正向调控PITX2基因，这两个基因产生了交叉的调控循环，表明基因表达的周期性交叉调节是复杂疾病性状遗传学中基因-基因相互作用的分子基础[29]。在体外模型中将ZFHX3基因敲除后，心房肌细胞miRNA的表达发生明显变化，具体表现为miR-133a和miR-133b显著下调，从而导致心脏重构和房性心律失常信号转导，而miR-133a/b模拟物可逆转以上过程[30]。现阶段临床治疗AF主要采用射频消融，而针对射频消融术后AF患者与AF易感基因的研究较少。Tomomori等[31]对ZFHX3基因位点rs2106261与AF风险的相关性进行回顾性分析发现，ZFHX3基因位点rs2106261的次等要基因(T)在日本阵发性AF患者进行射频导管消融后更有可能维持窦性心律的稳定。然而，AF相关性易感基因是否有利于射频消融后AF患者的恢复需深入研究。

4 细胞信号转导蛋白基因的分布及作用机制

CAV-1基因是质膜微囊基因家族的第1个成员，其余成员分别为CAV-2基因和CAV-3基因。在心血管系统中，CAV-1和CAV-2表达于多种细胞和组织类型，其中在成纤维细胞和内皮细胞表达最丰富，而CAV-3主要在心肌细胞表达[32-34]。在心肌纤维化过程中，转化生长因子-β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)是关键的促纤维化细胞因子[35]，而CAV-1被证实是TGF-β1信号通路的抑制剂。敲除动物的CAV-1基因，TGF-β1信号通路转导活性增强，表现为更广泛的胶原沉积并伴随基质金属蛋白酶8和基质金属蛋白酶13信使RNA在心脏的表达减少[36]。心电图的P波可作为心房电功能的度量，常作为心律失常的预测指标。且平均P波持续时间和P波终末电势增加可作为左心房扩大的标志物，两者均与AF风险增加相关。Yi等[37]的研究也证实，CAV-1基因可通过调节心肌纤维化导致心脏结构和功能改变。虽然CAV-1基因在心房中具有抗纤维化作用，但其导致AF发病的机制不清楚。

CAV-1基因和CAV-2基因在组织分布上十分相似，但CAV-2基因需要CAV-1基因才能完成膜定位。Zhu等[38]通过研究发现，CAV-2基因在内皮细胞、平滑肌细胞、骨骼肌成肌细胞(L6和BC3H1细胞系)、成纤维细胞和3T3-L1脂肪细胞中含量最高。在心肌细胞中，CAV-2基因和CAV-3基因共同作用完成质膜微囊细胞功能。但CAV-2基因导致AF发病的具体机制需进一步研究。

5 内分泌调节基因的分布及作用机制

ESR2基因与雌激素结合，以雌激素依赖的方式激活含有雌激素的反应元件[39]。ESR2基因参与调节许多复杂生理过程的转录因子，主要在卵巢、中枢神经系统、心血管系统、肺、男性生殖器、前列腺、结肠、肾脏以及免疫系统中表达。雌激素受体信号异常将导致多种疾病的发生，如癌症、代谢和心血管疾病、神经退行性变、炎症以及骨质疏松[40]，这些疾病在老年人群中发病率和死亡率较高。AF发病率与年龄密切相关，成年男性的患病率稍高于女性，但女性AF患者合并脑卒中的风险更高[41]。绝经前女性AF的发病率较男性低，而绝经后发病率明显上升，提示高雌激素水平可能是AF发病的保护因素，雌激素的减少可能是绝经后AF发病率升高的原因之一[42]。目前，有关ESR2基因与AF发病相关的机制尚未明确，结合雌激素对AF发病的影响，可针对老年绝经后女性患者展开进一步研究。

6 小 结

随着对AF发病机制研究的深入，有关AF的人类基因组数据在不断增加，除了以上GWAS已经公布的与AF发病相关的易感基因外，仍有许多未涉及的基因及位点。今后的研究中，如何把握基因多态性、基因突变将成为研究重点。研究者可通过提取AF患者的DNA进行临床研究，也可以在动物上建立相关基因转录因子调控模型，在这些易感基因中其他未被研究的SNP位点也有可能成为今后诊断或治疗的新指标。此外，通过研究已发现的基因也可以发现新的基因，甚至找到已有的基因与其他心脏电生理疾病的关联。总之，基因层面的研究拥有广阔的应用前景，其有利于从基因层面诊断AF，有利于临床开展靶向治疗，也有利于改善AF患者生存现状，极大程度上降低AF患者的死亡率，这对降低医疗费用、节约医疗成本、改善预后有重要意义。