SCN5A基因突变致相关遗传性心脏病*

刘慧慧 单其俊

大量的研究发现，SCN5A基因的突变与多种心脏疾病有着密不可分的关系。笔者综述SCN5A的结构和功能及其在疾病中SCN5A突变潜在的病理生理的机制，以及SCN5A突变与相关心律失常等疾病在诊断和临床部分治疗上的相应进展。

1 SCN5A基因的结构和功能

SCN5A基因是心脏钠离子通道编码基因的家庭成员，它编码了心肌钠离子通道的成孔离子传导的α亚基。SCN5A是一个大组的基因，普遍存在于物种中，位于染色体3P21，有28个外显子，编码2 016个氨基酸，分子量为227 kD。钠离子通道由SCN5A基因编码，由一个细胞内的N-末端、C-末端及4个结构上同源的结构域(DⅠ-DⅣ)相互连接而成。每个领域包括6个跨膜片段(S1-S6)，通过细胞外和细胞内的回路相互连接。4个结构域折叠成一个离子传导的孔隙，S5和S6之间的细胞外的环即P环连成一片。据研究，P环调控离子的选择性和渗透性。

2 SCN5A基因突变病理生理的机制

SCN5A编码NaV1.5，即心肌钠通道蛋白，NaV1.5指钠通道家属亚科1的成员5，此为电压门控依赖性，门控被电压转变调控。NaV1.5优先表达于心肌的闰盘，与其他一些蛋白相互作用，调节了生物合成、运输、细胞膜的稳定性，门控通道及NaV1.5蛋白的降解。SCN5A的突变会破坏NaV1.5的门控特性。心脏钠离子通道中，Na+流从细胞外环境涌入心肌细胞，形成钠离子内向电流(INa)。INa是心房、心室、浦肯野肌细胞去极化的原因。当膜去极化，从邻近细胞触发带正电的S4片段向外移动，导致通道的开放(即快速激活)。Na+快速进入细胞，即动作电位去极化状态(0期)。激活的同时伴随着失活，分为快失活和慢失活。有3期复极化时，一小部分的NaV1.5会持续开放或过早地再活化，分别平衡晚期钠电流(INa-L)或窗电流。窗电流短暂发生于细胞膜充分去极化，再活化一些钠离子通道。细胞膜在达到电压之前，不可活化通道。在健康条件下，窗电流电压范围是窄的，在心脏电生理学起一个限制的作用。当SCN5A突变时，NaV1.5的门控特性也发生着变化。据研究表明功能缺失的突变，会导致SCN5A更低的表达水平或产生NaV1.5蛋白的缺陷；而功能获得性突变会导致更多的钠离子通过异常通道门控而涌入心肌。这些基因的异常均会致相应离子通道蛋白结构和功能的异常，进而导致各式的遗传性疾病。

3 与SCN5A基因突变相关的疾病

SCN5A基因突变引发心律失常，可分为功能缺失突变与功能获得性突变。功能缺失突变形成无功能通道或通道的快速失活；和(或)减弱钠通道的快速失活的过程，以Brugada综合征(Brs)为典型代表。病窦综合征(SSS)部分由功能缺失SCN5A突变引起。功能获得性突变引发通道功能减慢或加快，和“晚期钠电流”增加，从而致使动作电位时程延长，以长QT间期综合征(LQTs)为典型代表。当功能缺失突变增加和功能获得性突变均出现时，即出现了重叠综合征。

3.1SCN5A与Brs 1992年，Brugada兄弟初次报道了一组病例，被命名为Brs。其特点为典型的右心前区ST段抬高与室性心律失常相关。心电图示右胸导联(V1～V3)ST段抬高，伴或不伴右束支传导阻滞，多形性室性心动过速(简称室速)或心室颤动(简称室颤)，反复发作心源性猝死或晕厥。1998年Chen等[1]检测6个家系，发现SCN5A存在3种突变。即第21外显子上碱基位点3 944的碱基C被T替换，色氨酸取代精氨酸(R1232W)和28外显子5 009碱基C被T替换，蛋氨酸替代苏氨酸(T1620M)。同时，发现密码子1 397处缺失1个碱基A，产生终止密码子，致钠通道缺失DⅢ/S6、DⅣ/S1-S6和羧基端部分。其中包含错义突变、插入突变、缺失突变。近年来，也有不少研究报道了Brs的出现与SCN5A其他碱基突变的关系。2006年梁鹏等[2]发现了与BrsSCN5A基因的三个新突变，即V95I、A1649V、delF1617。因而，他们大胆提出中国人Brs的突变位点与外国人的突变位点不同。2012年刘福强等[3]针对3例Brs患者，对他们进行家系研究且明确分子遗传学病因。发现1 192号密码子第二位碱基由A置换G，致影响钠通道蛋白。在此研究中还发现了R1192Q基因携带者人群，考虑与基因突变不全外显有关。2017年陈燕玉等[4]报道了中国人Brs的SCN5A基因在第1 712位密码子第1个碱基G→T改变，相应编码的氨基酸由甘氨酸(G)突变为半胱氨酸(C)，从而发现了新突变位点,G1712错义突变导致NaV1.5通道功能损坏，降低INa的门控特性[5]，延迟激活或更快地失活。现如今基因诊断相关遗传疾病的手段被广泛应用，国际上发现Brs的发病与20多个基因的突变有关，例如有编码钾通道、编码钙通道以及与其他心脏离子通道相关的基因。但在我国基本上多数的Brs的发生与SCN5A突变有关[6]，因此在我国疑为Brs的患者,首先排除筛选出SCN5A突变的可能性，这里也不排除有其他的基因或因素综合作用导致。因此，应用SCN5A基因突变致遗传变异解释所有的Brs有一定的局限性，在临床决策中做相关基因咨询以及分子诊断时，一些罕见的基因突变以及基因与基因的叠加效应致Brs的情况下做出诊断需要更加谨慎[7]。

Brs极其凶险，死亡率也高，疾病的预后较差。在Brs的诊断和治疗方面仍是一个难题，科学家和临床医生做了大量的尝试。众所周知，Brs有其独特的心电图模式，分3型。然而，Ⅰ型最具典型性，对Brs的诊断具有诊断价值[8]。其特点为心电图右心前导联V1～V2呈穹隆形ST段抬高2 mm，随之T波倒置，V1～V3未见等电位分离。在近些年，为了能够更加快捷地找到典型的Brs心电图波形，最先将心电图右心前区导联放置于胸前区的高位，运用了12导联的24 h心电监测进行筛查，同时在未见典型心电波形的情况下进行药物激惹试验[8]。在确诊为Brs后，临床上常植入埋藏式自动转复除颤器(ICD)。经过多年研究，SCN5A突变致NaV1.5通道功能损坏，从而导致INa的减少，而瞬时外向钾电流(Ito)明显增加，在心电图上表现为J点抬高和ST段的抬高，此机制早已明确。针对Brs的病理生理机制提出了三种假说[9]：①去极化假说：右室流出道(RVOT)传导缓慢可能与Brs心电图和心律失常的发生发展有关。②复极理论：右室心外膜电流平衡向外转移可导致复极化异常。③神经嵴迁移理论:Brs可能与胚胎学过程中神经嵴的异常表达有关。SCN5A基因突变致家族遗传性Brs通过基因敲除或是引入治疗基因突变相关的质粒诱导通道的正常表达等方法只是治疗的一方面设想，想付诸临床还需较长的时间去深入探索。这样的基因干预路线也是复杂的，毕竟Brs可能与其他基因或是基因与基因之间的叠加效应有千丝万缕的联系。遂目前最简单看似易行的方式就是药物治疗替代ICD的治疗。通过药物减弱Ito电流，弥补基因突变导致的通道异常表达已被临床广泛应用。但是理想的且立竿见影的药物在临床应用中确实异常缺乏。目前应用最多的是奎尼丁，是一种Ia类钠通道阻滞剂，减慢动作电位0相上升速度，延长动作电位时程，主要发挥对Ito的抑制作用。Valdivia等[10]相关研究显示患者在植入ICD后，多次出现放电和晕厥事件，但加用奎尼丁后，ICD的放电次数减少。在后续的临床研究中发现高剂量(900～1 500 mg/d)的奎尼丁对所有类型的Brs患者及电风暴均有效，而低剂量(200～600 mg/d)的奎尼丁的应用效果不如高剂量的使用情况[11]。其次是异丙肾上腺素的使用。异丙肾上腺素是β受体激动剂，可以减少患者的迷走张力，增加钙的电流，降低心内膜与心外膜之间的电位梯度，增加心率，可以降低Ito的电流[12]，使升高的ST段恢复正常。磷酸二酯酶Ⅲ型抑制剂如西洛他唑的作用原理类似于异丙肾上腺素，增加内向钙的电流，使升高的ST段回落。临床上使用这些药物均可减少室性心律失常或ICD电风暴的复发。目前药物的循证医学资料并不算十分充足，有相关报道提示受体阻滞剂在Brs的治疗中是无效的，甚至可能是有害的[12]。丙比胺、美西律、4-氨基吡啶、克拉霉素的应用[12]均在相关机制上抑制了Ito，且在一定程度上达到了治疗Brs的作用。

3.2SCN5A与LQTs LQTs特点为QT间期延长，ST-T易变，室性心律失常，晕厥和猝死的一组综合征，该症候具有家族遗传性。细分LQTs，可分为十几种，不同的LQTs其临床表现不同，致病基因也完全不同[13]。遗传性LQTs最多见为LQT1、LQT2、LQT3。LQT1、LQT2与钾电流相关，LQT1的致病突变基因是KCNQ1，LQT2致病基因是KCNH2。LQT3则主要与SCN5A突变相关，使平台期非失活的钠离子电流延迟，从而延长动作电位时程。LQT3各方面均不同于LQT1与LQT2。LQT3多发生于心率缓慢时，QT间期的延长。QT间期反映了由钠、钙、钾等不同的心脏离子电流协调的心室动作电位的复极化。当钾电流减少(功能丧失)或钠或钙电流增加(功能增加)是由离子通道或相关蛋白突变引起时，动作电位持续时间延长，在12导联心电图上表现为QT延长[14]。即有研究发现，由Na+的持续涌入，通过Na+-Ca2+交换致Ca2+超载，从而对心脏的收缩、舒张有不利的作用。在2016年，有作者报告一例LQTs的老年女性，父亲及儿子均有猝死史。通过基因检测发现携带SCN5A基因突变A1185T和AKAP9基因突变R3255G[15]。由于患者亲属均有猝死史的原因，因而推测A1185T突变携带者具猝死高风险。由于LQTs分型复杂，且仍然存在很多并未报道或是正在发现的与疾病相关的基因序列，这在诊断或是治疗方面都存在一定的困难，这样的变异性还有待于研究建立基因型-表型的关系，才可以用于临床[14]。但是相比于Brs，基因测序在LQTs的诊断上更有重要的临床意义，同时发现SCN5A的基因覆盖度是最好的[16]，这对诊治LQT3非常有帮助。结合相关心电图以及电生理检查，进一步的基因检测发现更多的基因以及碱基突变的位点，加强临床医生的诊断和早期的干预，同时针对心电图正常且电生理证据不明朗时，基因的检测结果显得尤为重要。因此，在基因突变无症状的携带者中，基因的检测能够让临床医生对LQTs患者的危险分层、治疗方案的制定、预后的判断更有信心[17]。LQTs是基因突变性疾病，主要问题在于基因。早在2007年便有文章叙述对先天性LQTs相关突变基因的克隆以及真核表达载体的构建，并且取得了成功，对基因病致病机制的研究以及相关基因的结构和功能有较好的认识，为基因的治疗提供了有利的条件[16]。目前针对该病的治疗手段有β受体阻滞剂、外科左侧交感神经节切除术、植入ICD、起搏器治疗和基因治疗。β受体阻滞剂能够有效减少心血管事件，尤其是LQT1和LQT2[18]。在LQT3的患者中，使用β受体阻滞剂造成心率减慢，INa-L、动作电位时程及跨膜离散度增大，可促进早期后除极等触发激动，最终发生心脏事件，因此很少作为LQT3的首选[19],联合用药时多使用非选择性的且有钠通道阻滞作用的β受体阻滞剂如心得安，较少使用选择性阻滞剂如倍他乐克。临床上多使用利多卡因、氟卡尼、雷诺嗪等相关药物，目前药物的使用还需要根据每个病人年龄、性别、QTc持续时间和之前的症状等来判断[18]。针对SCN5A突变致LQTs的基因特异性治疗还需要深入研究，且每个患者的治疗效果也不尽相同。在LQTs中，反复发生心脏骤停或是晕厥的患者，建议行心脏左侧交感神经节切除术。在服用了β受体阻滞剂后仍有症状者，多使用心脏起搏治疗。2016年李国栋等[20]在研究中发现美托洛尔联合心脏起搏器比单用心脏起搏器更好，疾病的发作频率有所下降。在面临高危人群时即QTc间期≥539 ms时只有植入ICD[21]。然而并未发现植入除颤器对LQTs的治疗有十分有效的影响，除颤器的不恰当放电更会导致恶性心律失常和其他恶性事件的发生。

4 其他SCN5A相关疾病

4.1SSS SSS由窦房结及其邻近组织病变引起窦房结起搏及传导功能的障碍。该综合征多以老年人为主。有小鼠的模型发现SCN5A功能缺失的突变，正与SSS相关。2013年，张季谦等[28]的研究表明：SCN5A基因突变是导致窦房结起搏功能异常的主要原因。在兔子模型中研究外界环境对SSS的调节,在基因测序中，发现位于SCN5A基因两个位点(T220I和delF1617)异常使Na+电流减少，从而影响窦房结起搏功能。2009年相关中国南方汉族文献[29]显示D1819D多态位点也可能与SSS发生关联，CC是保护基因型，C等位基因为保护基因，T等位基因为易患基因。SSS的致病基因学难以用散在的病例探究清楚，而以一个家系为单位去探究可能是最好的模型。熊梦婷等[30]于2015年报道了一家系SSS与SCN5A发病的关系，此家系涉及15名成员，对家系中成员遗传基因进行深入的研究，经测序发现SCN5A外显子17以及HCN4外显子8的两个同义突变。我们知道SSS是多见的，而家族性SSS则是非常少见的，因此，明确家族性SSS病因对治疗和预防SSS起着重要的作用。SSS多用阿托品、异丙肾上腺素、氨茶碱等药物治疗，当紧急情况时，一般应急处理时需起搏治疗。近年来，中西医结合的治疗取得了较好的成效，研究发现麝香保心丸和氨茶碱合用治疗SSS的效果比单用氨茶碱的效果更好[31]。因此，中西医结合的治疗还是值得提倡的。

4.2特发性心房颤动 特发性心房颤动(简称房颤)也与多基因有关，其中与SCN5A功能缺失突变有一定的关联。有相关研究推测相关机制：①通过延长动作电位持续时间，促进早期去极化发生；②通过心脏舒张期间期增强Na+进入心房肌，从而促进延迟后去极化发生[32]。多基因突变与特发性房颤有关，如Mink38G[33]等位基因及ACE[34]基因I/D多态性。2012年刘川等[35]通过病例对照分析，发现SCN5A基因A1673G多态性与孤立特发性房颤有关，对房颤相关研究又有了一个深入的认识。

4.3SCN5A重叠综合征 近些年的研究表明，单个SCN5A基因突变可引起2个及以上疾病特征存在，即所谓的“SCN5A重叠综合征”。在一个家系，发现同时表现为BrS、LQT3及DCM重叠。2015年高洁等[36]研究钠通道重叠综合征相关基因SCN5A在H9C2细胞中的表达，推测SCN5A突变可影响钠通道而影响功能，从而致多个临床表型。因此，当多个遗传性心脏病出现于同一病人时，我们需要仔细排查并考虑可能与SCN5A的突变有密切关系，在条件允许的情况下，让病人做基因组测序和家族谱系的遗传筛查。

5 结语

SCN5A突变与Brs、LQTs、DCM、SSS、特发性房颤等疾病的发生有一定的关联。SCN5A突变影响钠离子通道和相关蛋白的表达从而导致一系列的心脏离子通道病。如今通过基因测序和分子遗传的手段诊断疾病，基因靶向治疗和相关的替代疗法来弥补基因缺陷的研究取得了一定的成果，在临床上有助于提高医生对疾病预防、诊治、预后的认识判断，制定出更科学的管理策略。此外，科学家还应进一步阐明SCN5A相关疾病的遗传结构，识别可能影响SCN5A突变最终结果的新的遗传和非遗传因素。这些因素的识别有助于更好地了解SCN5A突变的临床外显率和表达率的变异性，并预测SCN5A突变载体的表型和疾病严重程度[37]。