长QT综合征的基础研究进展

艾旭光 综述,李 凌 审校

(1.郑州大学第一附属医院心内科,郑州 450052;2.许昌卫生学校,河南许昌 461000)

先天性长QT综合征(congenital or inherited long QT syndrome,CLQTS)是由于编码心肌细胞离子通道基因突变引起功能异常,使钾、钠或钙离子流失衡而导致动作电位时程和 QT间期延长,导致一系列临床紊乱的心脏离子通道病[1]。因其发病多见于婴幼儿和年青轻人,且易引起晕厥和心源性猝死,引起人们高度重视。长 QT综合征的离子流学说是目前心脏病学在分子生物学研究的热点之一,该文结合有关文献报道,对LQTS基因突变和发病机制综述如下。

1 先天性长QT综合征基因突变的主要形式

1.1 单核苷酸多态性 单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms,SNPs)是指在基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的DNA序列多态性,是人类可遗传变异中最常见的一种,也是人类疾病易感性和药物反应的重要原因。

SNPs所致的基因编码序列的改变可能不影响其所翻译的蛋白质的氨基酸序列,如KCNH2基因第6外显子SNPs C1467T和C1539T,第7外显子A1692G[2],称为同义SNPs;另一种是非同义SNPs,碱基序列的改变可使所翻译的蛋白质序列发生改变,影响蛋白质功能如KCNH 2基因的K897T[3]

表面上健康的易感人群中存在的SNPs是可以耐受的,具有野生型的生理特点,不具备基因突变的外显性病理改变,但在活体外的心肌细胞通道的SNPs有自身的功能表型,在心肌梗死或暴露于QT延长药物的情况下,会外显出对致命性室性心律失常的遗传易感性[4]。

1.2 错义突变 是由于一个或几个碱基对的改变而使决定蛋白质多肽链的氨基酸的密码子发生改变,从而使它所编码的蛋白质部分或完全失活。

错义突变通常能使编码的多肽链丧失原有功能,如康彩练等[5]发现在中国人中发现的 4个错义突变位点,分别为KCNQ1的C682T、C934T和G983A,KCNH2的 T1515G,分别形成 LQT1和LQT2。有些错义突变外显性较强,如KCNH2基因错义突变V630A、N633S具有明显的负显性抑制,引起通道电生理学功能改变[6],而另外有些错义突变外显性较弱[7]。

1.3 无义突变 是指在以mRNA为模板翻译蛋白质的过程中,编码某一氨基酸的三联体密码突变为终止密码UAA、UAG或UGA,使得翻译提前终止,形成一条不完整的截短蛋白。

据董颖雪等报道[8],某家系LQTS2型患者KCNH2基因的第10号外显子无义突变(C2587T),产生的截短蛋白(R863X),不能转运到细胞膜,引起IKr电流降低,引起相应较为严重的临床症状。有些无义突变,由于无义突变介导的 mRNA降解(NMD)[9-10],临床症状较为轻微。

1.4 移码突变 是指在正常的DNA分子中,碱基缺失、增加或其他原因,造成这位点之后的一系列编码发生移位错误的改变。如在KCNQ1第一个内含子的IVS1+5G→A突变[11]导致移码,在S4跨膜片段的末端提前出现终止密码子。

1.5 剪接突变 在真核基因的内涵子5'端以GT开始,3'端以AG结束,转录成mRNA后由酶识别内含子两端的剪接信号,进行十分精确的拼接过程。如果突变发生在剪接位点,会导致编码蛋白质结构和功能的改变,如KCNQ1第一个内含子的IVS1+ 5G→A突变[11]。

1.6 缺失突变 (氨基酸缺失)是由于基因一段核苷酸序列、且丢失的核苷酸数量不能被 3整除丢失而产生的突变。据梁鹏等[12]报道,SCN5A基因第28外显子的del5368-5370碱基(GAC)缺失,引起天冬氨酸(Asp)缺失1790ΔD。由于KCNQ1发生del1176-1181缺失突变,造成编码蛋白KvLQT1第356和 357位缺失 2个谷氨酰胺 356-357ΔQQ[13]

2 基因突变引起通道功能异常的类型

2.1 “沉默”突变(silentmutation) 是由于基因突变没有明显效应的突变。一些健康的人群中存在沉默突变,其LQTS临床症状不完全外显,如果暴露在阻断钾通道的药物,他们有发生 TDP的危险[14]。有些继发LQTS可能就是CLQTS“沉默”突变的携带者,在没有触发因素时没有症状,当某种药物、电解质异常或心肌缺血等破坏了复极过程时,表现出LQTS外显症状,即亚临床型CLQTS。

2.2 “顿挫”(forme fruste)表型 主要是突变携带者临床表现为QT间期延长程度较轻,出现症状及猝死的比例较少,如 KCNQ1基因 R555C突变[15]。顿挫的机制可能有由于基因水平的SNPs修饰,也有可能因为转录水平的无义突变介导的NMD[9],或者还有其他因素。

2.3 负显性(negative dominant) 机制是指突变型一种“负性”作用干预正常野生型的功能,使心肌复极化时程延长,如SCN5A-A1330P,且多数错义突变产生负显性机制,其携带者临床症状较为严重[16]。

无义突变也可以引起负显性机制。KCNH2基因的第10号外显子出现一个无义突变(C2587T),产生的截短蛋白质KCNH2(R863X),与正常亚单位组装成无功能或功能降低的通道蛋白,使突变携带者细胞通道的功能明显低于正常通道功能的一半,称之为“负显性机制”,其先证者临床较为严重[8]。

2.4 功能丧失(lose of function) 是指在突变型单独表达时,不表现出生物活性,而且当其与野生型共表达时,只有突变型失去活性,野生型功能不受影响,如KCNQ1基因的R190Q[17]。

2.5 功能获得(gain of function) 是由于基因突变导致离子通道获得了野生型不具备功能,如钠离子通道除极失活变为除极开放,其实为动作电位过程中钠通道失活的“功能丧失”。SCN5A基因del1505-1507KPQ的缺失突变,导致钠通道失活障碍,即“功能获得”,使钠通道持续开放,动作电位延长,SCN5A上的许多突变位点都与钠通道的持续开放有关[18]

3 基因突变与长QT综合征

3.1 KCNQ1与KCNE1 KCNQ1定位于11pl5.5,由16个外显子组成,编码KvLQT1蛋白或Kv7.1为延迟整流钾通道缓慢激活部分(slow ly activated delayed rectifier potassium,Iks)的α亚单位。KCNE1定位于21q22.1-22.2,由3个外显子组成,编码的蛋白质为Mink蛋白,是Iks通道的β亚单位。KCNE1与KCNQ1共同表达形成Iks通道,4个α亚单位组成一个四聚体,构成Iks的主要功能结构,β亚单位是 α亚单位的调节部分。

KCNQ1基因突变通过负显性作用,使得Iks减小,使得动作电位平台期K+外流减少,导致心室复极化延长,形成LQT1[19]。

3.2 KCNH2与KCNE2 KCNH2定位于7q35-36,基因全长 55kb,含 16个外显子,编码的蛋白质为HERG蛋白或Kv11.1,即延迟整流钾电流快速激活部分(rapid ly activating component of delayed rectifier potassium current,Ikr)α亚单位。KCNE2定位于21q22.1,编码的蛋白质为Mink相关蛋白1(mink related peptide 1,MiRP1)为Ikr通道的β亚单位, KCNE2与KCNH2共同表达形成Ikr通道。

KCNH2基因突变通过负显性机制,导致Ikr减小[20],形成LQT2;KCNE2基因突变形成LQT6[21]。

3.3 SCN5A与SCN4B SCN5A定位于3p21-24,由28个外显子组成,编码的蛋白质为 Nav1.5,是电压门控钠通道 α亚单位,全长 2 016个氨基酸。SCN4B定位于 11q23,所编码的蛋白质为电压门控钠通道β亚单位。SCN5A与SCN4B共同表达形成电压门控钠通道,产生内向的INa。

SCN5A基因突变使其钠通道功能增强,钠内向电流增加,引起LQT3[10]。SCN4B基因突变,导致钠通道功能增强,形成LQT10[22]。

3.4 ANK2与AKAP9 ANK2定位于4q25-27,属于显性遗传,编码的蛋白质为连接蛋白 B,其功能是在心肌细胞橫管和肌质网中将Na/Ca交换器、Na/ KATP酶和肌苷三磷酸受体(InsP3)连接到细胞骨架蛋白。ANK2基因突变后锚蛋白B功能丧失,使细胞内钙离子水平升高,导致自动除极,产生 EAD或DAD,诱发室性心律失常,形成LQT4[23]。

AKAP9定位于7q21-22,属于显性基因,所编码的蛋白质为A kinase(PRKA)anchor protein(yotiao)9,参与IKs通道功能的调节。AKAP9基因突变,导致钾通道功能降低,使复极期的 IKs减小,心肌细胞动作电位和QT间期延长,形成LQT11[24]。

3.5 KCNJ2 KCNJ2 定位于17q23.1-24.2,属于显性遗传,编码的Kir2.1蛋白质为背景内向整流钾通道 α亚单位,每个 α亚单位由 5 397个氨基酸组成,四个亚单位环绕成跨膜离子通道。通道蛋白对ATP敏感,有PIP2(2磷酸磷脂酰肌醇)结合区,受PIP2调节。

KCNJ2基因突变如T75A和163-164ΔFQ,使得内向整流钾通道功能减弱或消失,导致复极化末期Ikl电流强度减少,动作电位 3相延长,从而延长了心肌细胞动作电位和QT间期,引起Andersen综合征[25],即LQT7。

3.6 CACNA1C CACNA1C定位于12p13.3,编码的蛋白质为CaV1.2为L型钙离子通道的α1亚单位,形成电压门控的内向钙通道,产生ICa电流。

CACNA1C基因突变,钙离子通道产生功能增强,导致Timothy综合征,即LQT8,常伴有肌肉病变[26]。

3.7 Cav3与SNTA1 Cav3定位于3q25,所编码的蛋白质参与钠离子通道构成,形成INa,其生理作用为增加心肌细胞钠通道的晚期钠电流。Cav3基因突变,导致钠通道功能增强,使复极期的INa增加,心肌细胞动作电位和QT间期延长,形成LQT9[27]。

SNTA1定位于20q11.2,所编秒的蛋白质参与钠通道的构成,形成INa。SNTA1基因突变,导致钠通道功能增强,使复极期的INa增加,心肌细胞QT间期延长,形成 LQT12[28]。

4 常见遗传性长QT综合征的电生理机制

临床上常见的CLQTS有LQT1、LQT2和LQT3,此三型LQTS患者占全部LQTS患者的90%以上。

4.1 LQT1 KCNQ1基因表达的产物是KvLQT1蛋白,与KCNE1表达的Mink蛋白组成Iks通道,IKs是动作电位复极期主要外向电流。LQT1的致病基因为KCNQ1,该基因突变如S225L、I235N和L239P均使具有功能的钾离子通道数量明显减少,功能减弱,钾离子外流减小,延迟整流钾电流减小,心肌细胞复极减慢[29],APD和QT间期延长,导致EAD和触发活动,引发 TDP[30]。

LQT1患者运动时QT间期不能随心率加快而缩短,LQT1患者心脏事件多发生于运动和精神处于兴奋状态时,其中多是在游泳时,ECG表现为QT间期延长,特征性 T波高大。

4.2 LQT2 LQT2的致病基因为KCNH2基因,编码的HERG蛋白与KCNE2基因编码的MiRP1构成Ikr通道,共同完成IKr的功能,维持和稳定2,3相期动作电位,促进心肌细胞复极化?KCNH 2基因突变致LQT2的分子生物学机制归纳为①合成异常,②细胞内运输异常,③通道门控异常,④通道离子选择性异常。其中合成异常和细胞内运输异常[31,32]是最常见致病机制。

LQT2患者遇到突然的声音刺激和异常的情绪激动时容易诱发TDP

4.3 LQT3 SCN5A基因突变导致钠通道失活障碍,使心肌细胞动作电位复极过程中钠通道不能完全关闭,仍有缓慢钠电流(INa),即“功能获得”,引起的LQT3。如SCN5A的E1784K基因突变,导致钠通道持续开放,使动作电位持续时间延长引起膜电位不稳定,从而引起 EAD和触发活动增加,诱发TDP[33]。

LQT3患者T波起始段延长,心脏事件多在夜间发生(休息或睡眠),常因心动过缓而发生心律失常,通常在睡梦中死去,极少在运动中发病。此型患者在运动时心率加快,QT间期可缩短,故对此型患者不必限制运动。

总之,随着先天性长 QT综合征基因突变位点发现和发病机制的研究,使人们对于该病的临床诊断,尤其是针对性治疗提供了可靠的理论基础,并为其预防和预后提供了理论依据。

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