3型长QT综合征基因突变型与表型关系分析

李翠兰 李旭 郭保静 王福军 梁璐 蒋勇 高元丰 李蕾 胡大一 刘文玲

(1.北京大学人民医院心内科,北京 100044; 2.首都医科大学附属北京安贞医院小儿心脏中心心内科,北京 100029; 3.湘西土家族苗族自治州人民医院心内科,湖南 吉首 416000; 4.首都儿科研究所小儿心脏病科,北京 100020; 5.首都医科大学附属北京朝阳医院心脏中心,北京 100020)

长QT综合征(long QT syndrome,LQTS)是一种遗传性离子通道病,以心电图(electrocardiogram,ECG)上QT间期延长为特征,严重者可引起晕厥、心搏骤停和猝死,是引起青少年死亡的重要原因。据估计LQTS的发病率约为1/2 000[1]。至今已发现至少17个致病基因[2],但常见的是前3个:KCNQ1、KCNH2和SCN5A[3]。3个主要亚型中LQT1占30%～35%,LQT2占25%～30%,LQT3占5%～10%[4]。

LQT3型与编码心脏钠离子通道Nav1.5α亚单位的SCN5A基因的功能获得性突变相关。人类基因组突变数据库(Human Gene Mutation Database,HGMD)(http://www.hgmd.cf.ac.uk)中已经列出的SCN5A变异有441个。已有数项研究[5-8]证实3个主要LQTS亚型存在很强的基因型-表型关系,与LQT1和LQT2相比,LQT3患者的致死性心脏事件发生率最高[9]。

SCN5A基因上的突变可以引起不同的病理生理表型,包括LQT3、Brugada综合征和心脏传导异常疾病[5]。由于参与国际LQTS注册的患者中LQT3数量相对较少,使得有关LQT3患者基因型-表型关系的数据非常有限[10]。因此,笔者对6个携带SCN5A突变的中国LQT3家系进行了临床表现、ECG特征和药物治疗效果的分析,旨在进一步探讨中国LQT3患者不同基因突变与表型的关系。

1 资料与方法

1.1 研究对象

从参与本组注册研究的LQTS患者中选择了6例携带SCN5A突变的LQT3先证者 (L30、L139、L165、L198、L200和L207)。患者的诊断基于Schwartz评分标准[11],用新一代靶向技术和直接测序法或全外显子组测序检测到SCN5A基因上的突变。经医院伦理委员会批准,所有患者签署知情同意书。

1.2 研究方法

基于个人和家族史、体格检查和标准12导联ECG的结果对入选者进行评估。QT间期选择ECG上Ⅱ或V5导联3～5个连续心跳的平均值进行测量。采用Bazett公式计算心率校正的QT间期(corrected QT interval,QTc),ECG参数由两名心脏病学专家评估。详细的病史包括临床表现、心脏事件的触发因素、家族史和对治疗的反应。根据危险分层制定治疗策略。随访期间每6～12个月重复一次12导联ECG检查。对携带特定突变的先证者及其受累亲属进行突变型和表型分析。

1.3 统计学分析

所有统计分析均采用SPSS v25.0软件(IBM,阿蒙克,纽约,美国)进行。连续变量以均值±标准差或中位数(四分位数间距)表示。基于数据分布类型使用配对t检验或韦尔奇t检验对连续变量进行比较。P值均来自双侧检验,P<0.05被认为有统计学意义。

2 结果

在6个不相关的家系中发现了5个SCN5A突变(V411M由两个家系携带,delD1790、R1644H、F1473S和P1332L分别由一个家系携带),见表1。其中,R1664H为纯合突变,其他为杂合突变。delD1790是码内缺失突变,而其他4个是错义突变。4个突变位于钠通道蛋白胞内区域或跨膜片段上,1个位于通道蛋白的C末端区域(图1)。

表1 6例LQT3先证者的突变汇总

图1 SCN5A通道拓扑结构及LQT3各个突变所处位置

2.1 L200和L207家系的突变型和临床特征

在2例无关先证者(L200和L207)身上,发现了同一个SCN5A上的杂合错义突变V411M。L200患者是1例13岁女孩,QTc为558 ms,在8岁时首次出现晕厥,此后反复发作。12导联ECG显示,静息时有窦性心动过速,这在LQT3中不太常见。口服美西律[7.14 mg/(kg·d)]和美托洛尔缓释片(71.25 mg/d)治疗,在随访期间仍有晕厥发作,大概每年两次。24小时动态ECG显示平均心率和峰值心率分别为85次/min和140次/min。美西律剂量随后增加到9.52 mg/(kg·d),最近半年没有发生心脏事件。

L207患者是1例10岁男孩,6岁开始晕厥发作,被诊断为LQTS,QTc为640 ms。24小时动态ECG也显示窦性心动过速,平均心率为104次/min,峰值心率为143次/min。开始普萘洛尔治疗,仍有晕厥复发。基因筛查发现突变后,改为美西律[6.98 mg/(kg·d)]、普萘洛尔[0.83～1.81 mg/(kg·d)]和钾/镁补充剂治疗。24小时动态ECG上显示平均心率和峰值心率分别为84次/min和121次/min,12导联ECG的QTc为494 ms。在随访期间平均每年发作两次晕厥,随年龄增加逐渐减少。普萘洛尔剂量调整为2.11 mg/(kg·d),最近1年内未发生心脏事件。

2.2 L198家系的突变型和临床特征

先证者L198是1例7岁男孩,有反复晕厥病史,主要由情绪压力或体育锻炼引发,5岁首发晕厥。12导联ECG显示类似LQT2型模式(低振幅顿挫T波),QTc最大为534 ms。病史记录有室性心动过速发生。KCNH2基因检测结果阴性,随后在SCN5A上发现了致病变异P1332L突变。利多卡因试验结果阳性,遂开始美西律[8.0 mg/(kg·d)]和普萘洛尔[2.5 mg/(kg·d)]治疗,治疗6周后QTc显著缩短(478 ms)。在随后的3年随访中,患者口服美西律和普萘洛尔治疗,未发生心脏事件。

2.3 L165家系的突变型和临床特征

先证者L165是1例通过体外受精方式受孕出生的9月龄女孩。因反复夜间晕厥而首次住院,12导联ECG上QTc为640 ms,在动态ECG上记录到尖端扭转型室性心动过速(torsade de pointes, TdP)。全基因检测结果提示患者携带一个新发SCN5A错义突变(F1473S)。服用美西律[12.5 mg/(kg·d)]和普萘洛尔[2.5 mg/(kg·d)]后,患者仍每月出现1～2次晕厥,并伴有TdP反复发作。连续ECG记录的QTc范围为461～575 ms。美西律剂量调整为15.6 mg/(kg·d),仍未能控制心脏事件发作,在2.5岁时因电风暴而死亡。

2.4 L139家系的突变型和临床特征

先证者L139为1例8岁男童,既往有晕厥发作史。从1岁开始,该患者在睡眠或休息时出现心脏事件,ECG上有顿挫或倒置T波,有明显的晕厥家族史(祖母和妹妹都有因情绪引起的晕厥发作)。随访期间,患者的姐姐13岁时在睡眠中发生了猝死。根据ECG特点,开始时怀疑患者是LQT2型,但KCNH2基因检测结果阴性。患者服用普萘洛尔(后改为美托洛尔缓释片)联合起搏器(AAI模式)以预防因心动过缓引起的TdP。后来通过全外显子组测序,鉴定出一个SCN5A基因上的纯合错义突变R1644H。利多卡因试验显示心前导联的倒置T波明显改善(图2),QTc由532 ms缩短至445 ms(利多卡因给药后5 min),提示利多卡因试验结果阳性。据此,用美西律代替β受体阻滞剂,美西律[8.45 mg/(kg·d)]可将QTc从开始时的536 ms缩短到9个月随访时的421 ms。在1年的随访中,患者没有发生任何心脏事件,ECG也基本正常。

注:A图为利多卡因试验前ECG上心前区导联倒置T波,B图为利多卡因试验后3 min T波异常明显改善,C～E图为美西律治疗后2周、6周和9个月后T波异常的进行性改善。

2.5 L30家系的突变型和临床特征

先证者L30为1例23岁女性,表现为心悸和QTc延长(522 ms)。其母也有同样症状,ECG显示T-U复合波。基因筛查在SCN5A上中发现了一个码内缺失杂合突变c.5468_5470delGAC(p.1790delAsp),简写delD1790。由于患者无症状,故未给予药物治疗。随访20年无晕厥,但QTc仍延长(515 ms)。

本研究入选6例LQT3患者(3男/3女),中位年龄7.5岁(9月龄～23岁)。首次心脏事件发生时的中位年龄5.5岁(9月龄～22岁)。入组前,5例患者有症状(3例晕厥,2例记录到TdP)。心脏事件常在休息或睡眠时发生。平均QTc为(571±55)ms。在4例患者中观察到典型的LQT3型的ECG模式,而携带P1332L或R1644H突变患者的ECG模式与LQT2相似(图3)。携带V411M突变的患者有窦性心动过速。治疗方案包括β受体阻滞剂、美西律和/或心脏起搏器。6例患者随访11年(7～20年)。5例患者至少在过去半年内无心脏事件发生,平均QTc为(468±34)ms,与基础QTc相比显著缩短(P=0.01),F1473S突变患者死于电风暴,delD1790患者从未发生晕厥。6例患者临床特征汇总见表2。

表2 6例LQT3患者的临床特征

图3 6例LQT3 先证者的V1～V6 导联ECG

3 讨论

LQT3是一种罕见的LQTS亚型,多数临床症状严重,但限于病例数少,相关报道并不多。本研究选取了6例携带SCN5A基因突变的中国LQTS家系,比较了临床表现、病程、治疗方案和遗传特征,发现LQT3患者发生心脏事件的风险随突变所处位置和首发症状出现的年龄而不同。这些发现拓宽了中国LQT3患者的基因型-表型谱,也提示对LQT3这种恶性亚型采取危险分层和积极治疗的重要性。

SCN5A通道是由4个同源结构域组成的跨膜蛋白,每个结构域包含6个跨膜片段(S1～S6)。LQT3相关变异多数位于跨膜结构域的DⅢ/DⅣ连接区域和S3-S5/6片段[12]。本研究在6例LQT3先证者身上发现了5个不同的突变,其中4个在上述结构域,1个在C末端。在两个无关家庭中均发现了V411M突变,提示V411M可能是引起LQT3的热点突变。

V411M突变位于Nav1.5通道的S5-S6孔区(图1)。既往研究[13]提示,孔区突变发生致死性心律失常事件的风险比其他突变高得多。此外,Yokoyama等[14]报告,当先证者携带孔区变异时,美西律可能无法防止其发生心脏事件,尽管可以将QTc缩短到正常范围。与此类似,两个携带该突变的先证者在服用美西律后QTc缩短,但仍出现晕厥。LQT3患者经常表现为静息时心动过缓[15],但V411M携带者即使在开始使用β受体阻滞剂后也会出现窦性心动过速[14,16]。本研究结果与这些观察结果一致,表明这些效应可能是突变特异性的。

已有研究[17-18]发现,LQT3的ECG特征为晚发、尖峰或双相T波,除2例分别携带P1332L和R1644H突变的患者外,本研究大多数突变携带者都有上述特征。P1332L和R1644H携带者表现出不典型的ECG模式,与LQT2模式不易区分,因此建议临床医生不要仅局限于根据ECG特点来寻找靶向突变。

P1332L突变位于DⅢ结构域的S4-S5连接(图1)。有研究证明,P1332L在体外试验中显示出电流衰变的时间延迟,这与携带该突变的LQTS患者表型一致[19-20]。有趣的是,本研究的先证者在ECG上显示出在LQT2患者中最常见的顿挫T波。Zareba[21]强调,年龄是影响LQTS基因突变对应ECG表现的因素之一。LQTS患儿的特征性ECG表现低于成人。鉴于LQT1和LQT3患儿的顿挫T波非常常见,不宜根据T波切迹来区分儿童LQT2型与其他亚型。多项研究[19,22-23]表明P1332L是一个美西律敏感突变。本研究中携带该突变的患者对美西律治疗有效,与前述研究结果一致。

F1473S突变位于DⅢ-DⅣ胞内连接环上(图1)。F1473S通过增加持续钠电流和钠窗电流机制导致LQT3患者的QT间期延长[24]。该突变的功能研究显示,美西律不能降低持续钠电流,同时增加峰值电流。在计算机模拟研究中,通过将实验获得的数据引入到模型来评估美西律对动作电位的影响,显示钠窗电流的重新激活,延长了动作电位[24]。然而,潜在的机制仍然未知。免疫染色显示美西律增加了突变通道在细胞膜表面的表达。膜定位改善可能在这种机制中发挥作用。先前的一项研究[25]发现,Nav1.5第三结构域电压敏感区域(DⅢ-VSD)的激活与美西律对通道的抑制之间存在很强的相关性。F1473S位于DⅢ-DⅣ胞内连接环上,突变可能会改变电压敏感区的动力学和对美西律的反应。对上述研究[24]中的患者,美西律不仅未能改善症状,还可能恶化临床状态,导致院内死亡。本研究中携带相同突变患者尽管使用了足量的美西律和普萘洛尔联合治疗,在随访期间仍发生了死亡,原因可能与之相同。

R1644H突变位于DⅣ-S4跨膜片段细胞内表面。功能研究[26-27]表明,该突变会损害快钠通道的失活,引起持续的非失活钠电流。有趣的是,携带这种突变的LQT3患者表现为基底部宽大的倒置T波,这并不是典型LQT3的特点。这种差异背后的机制可能是等位基因累加效应或遗传修饰因子(尚未知)。此外,美西律似乎可以很好地平衡R1644H突变的内向电流[28],正像在本研究患者中观察到的美西律可以使患者的ECG完全正常化(图3)。

delD1790突变位于C末端(图1)。C末端突变与较低的心脏事件频率相关[6]。在本研究的患者中也观察到了类似的现象。

最近有研究[29]表明,部分婴儿猝死综合征是由LQTS引起的。发病年龄与致死性心律失常的风险有关。通过对胎儿心磁图综合数据的回顾,提示有一种LQT3引起的胎儿严重表型,死亡率很高[30]。Horigome等[31]基于新生儿样本的研究表明,LQTS的3个主要亚型中表现为早发恶性LQTS的多为LQT2和LQT3患者,而最易发生致死性心律失常的年龄段为0～2日龄。另一项分析了33例LQT3患者的报告[32]也提示,那些在出生后第1年就发生心脏事件的人比无症状的人风险更高。本研究中有1例死亡,患者在婴儿期即有致死性心律失常发生,提示对这些特别恶性的LQT3亚型应实施积极的治疗策略。

4 局限性

由于疾病的罕见性,本研究中先证者有6例,有关基因型-表型关系的结果需要在更大的家系以及更多的患者中去进一步确认。与其他类似的临床遗传学研究类似,笔者也未对突变进行功能验证研究。尽管存在这些局限性,笔者的数据仍表明LQT3患者的特定基因突变与表型存在相关性。

5 结论

在大多数基因检测阳性的LQT3患者中观察到典型的LQT3型ECG ST-T波模式。美西律对预防大多数LQT3患者致死性心律失常都非常有效。V411M突变与窦性心动过速有关,并且可能是热点突变位点。携带P1332L突变的LQT3患者表现出类似LQT2型ECG模式,对美西律治疗敏感。携带F1473S突变的患者在出生后第1年即发生心脏事件,2.5岁时发生猝死。在携带R1644H纯合错义突变的患者中,观察到基底部宽大的倒置T波,美西律可使这种ECG正常化。位于C末端的delD1790突变引起致死性心脏事件的风险较低。LQT3患者发生心脏事件的风险随突变所处位置和首发症状出现的年龄而不同,对那些特别恶性的LQT3亚型在危险分层后应实施积极的干预策略。

致谢感谢仇晓亮(现在美国耶鲁大学医学院附属医院工作)在读硕士研究生期间参与本研究的部分患者调查及基因筛查工作