家族性心房颤动家系携带NEXN和JPH2基因突变分析

马宗宾 赵永辉 刘倩玲 张智文

(河南大学人民医院 河南省人民医院 华中阜外医院，河南 郑州 450003)

心房颤动(房颤)是临床常见的一种心律失常，人群中房颤的发生率约为0.4%，房颤的患病率及发病率均随年龄增长而逐步增加，中国房颤患者年龄<60岁男女患病率分别为0.43%和0.44%，年龄>60岁男女患病率分别增长至1.83%和1.92%[1]。房颤患者发生缺血性脑卒中的风险是非房颤患者的4～5倍，因此阐明房颤发生的分子生物学机制是目前治疗房颤的关键。房颤的发生通常与心脏病理有关，这些病理包括高血压心脏病、心肌病、瓣膜病或动脉粥样硬化等，但它也可在无先前心脏病理或任何已知危险因素的情况下出现[2]，这类情况下的房颤通常被称为孤立性房颤。孤立性房颤中有家族史者称为家族性房颤，家族性房颤与基因变异密切相关。本研究应用全外显子测序技术结合Sanger测序法对1例房颤患者及其家系成员进行基因筛查，确定该家族房颤相关致病基因及变异类型，进一步阐述了房颤发病的分子生物学机制，对房颤的早期诊断、遗传干预以及对房颤的基因组学研究具有重要的临床指导意义。

1 对象及方法

1.1 研究对象

本研究共纳入研究对象111例，其中先证者及其家系三代成员10例(男性7例，女性3例)，健康组共101例(男性60例，女性41例)。房颤诊断标准符合《2019 AHA/ACC/HRS房颤患者管理指南》。先证者是1例55岁男性患者(Ⅱ-3)(见图1)，间断心悸和胸闷4年，多于活动后发生，当地医院诊断为“阵发性房颤、高血压”，每日口服美托洛尔缓释片47.5 mg，效果不佳，心电图显示：心律失常、快速性房颤。于河南省人民医院行“经心导管射频消融术”，术后未再发房颤。先证者父亲(Ⅰ-1)间断胸闷和心悸，最初心电图检查显示“频发房性期前收缩，短阵房性心动过速”，后发展为阵发性房颤。先证者哥哥(Ⅱ-2)4年前同样因间断心悸就诊于当地医院，心电图显示“快速性房颤”，2年前于本院行射频导管消融术后恢复窦性心律，未再复发。先证者的弟弟(Ⅱ-5)和妹妹(Ⅱ-7)近2年来存在活动后心慌等症状，就诊于本院，心电图均显示“持续性房颤”，房颤持续2年余，口服药物治疗，均未行射频导管消融术。先证者外甥(Ⅲ-4)有晨起突发胸闷不适，初次就诊时心电图未见明显异常，但6个月的随访后，其动态心电图呈阵发性房颤发作。

注：○表示为女性，■●表示为发病者，□表示为男性，/表示为已死亡，↘表示为先证者。

1.2 方法

收集先证者及其家系的临床资料，包括病史采集和体格检查，采集12导联心电图和超声心动图，绘制家系图谱(见图1)。所有研究对象签署知情同意书后，采集其外周血标本，提取送检样本的基因组DNA，经片段化、连接接头、扩增纯化后，使用杂交捕获方法制备DNA文库，然后采用高通量测序平台检测人类全外显子组中20 099个基因的外显子区域及旁侧内含子区域(20 bp)。将测序数据与人类基因组hg19(GRCh37)参考序列进行比对，并对目标区域的覆盖度和测序质量进行评估(受检者参数见表1)。

参照2015年版美国医学遗传学与基因组学学会(ACMG)指南对变异的致病性评估，当检出的致病或可能致病变异存在于常染色体隐性基因中时，实验室通过高通量测序以及Sanger测序法确保该基因编码序列的覆盖率为100%。确定致病基因后对先证者家系其余成员进行相同位点检测，通过与患者妻子及100例健康人相应基因位点对照得出结论。最后使用Polyphen2、MutationTaster和Provean三种软件进行突变基因功能检测，利用Swiss-Model软件分析突变前后的蛋白质三维结构模型。

2 结果

通过对先证者进行基因测序发现先证者存在NEXN基因杂合变异c.919C>A(p.P307T)和JPH2基因杂合变异c.1088G>A(p.R363H)。

NEXN基因杂合变异导致核苷酸编码的序列第919位碱基由C变为A，导致编码的307位氨基酸由脯氨酸突变为苏氨酸(p.P307T)(图2)。JPH2基因杂合变异导致核苷酸编码的序列第1 088位碱基由G变为A，导致编码的363位氨基酸由精氨酸突变为组氨酸(p.R363H)(图3)。

图2 NEXN基因c.919C>A杂合变异位点

图3 JPH2基因c.1088G>A杂合变异位点

对该家系除先证者外其余9位家庭成员及101例健康人员分别进行NEXN基因和JPH2基因扫描发现，先证者家系有4例携带NEXN基因突变(Ⅰ-1、Ⅱ-2、Ⅱ-7和Ⅲ-4)，2例携带JPH2基因突变(Ⅰ-1和Ⅱ-9)，其中先证者父亲同时存在上述两种突变(表2)。先证者妻子(Ⅱ-4)及100例健康对照者中未检测出NEXN基因c.919C>A(p.P307T)变异及JPH2基因c.1088G>A(p.R363H)变异。

表2 先证者家系其余成员变异基因携带及发病情况

两种突变所在区域的氨基酸序列高度保守，Polyphen2、MutationTaster和Provean三种软件预测该位点的NEXN基因杂合变异和JPH2基因杂合变异均为有害变异。Swiss-Model软件预测突变后的蛋白质结构导致蛋白功能的改变，从而引起疾病的发生(图4和图5)。

图4 NEXN基因c.919C>A(p.P307T)突变蛋白的结构模拟图

图5 JPH2基因c.1088G>A(p.R363H)突变蛋白的结构模拟图

3 讨论

房颤的发生受多种因素影响，遗传是其中重要的因素之一，具有家族性房颤史者，若一级亲属确诊房颤，则本人罹患房颤的风险增加约40%[3]。房颤的病理生理机制主要是心房重构、自主神经调节、房颤时心房肌组织肾素-血管紧张素-醛固酮系统活性升高等方面[4]，房颤患者多表现为心悸、头晕、胸闷和乏力等症状。本研究在1个房颤家系中发现NEXN基因c.919C>A(p.P307T)杂合突变和JPH2基因c.1088G>A(p.R363H)杂合突变。生物信息学预测该突变可能是新的致病基因。

NEXN基因编码Nexilin，Nexilin是一种心脏Z盘蛋白，其功能是保护心脏Z盘免受肌节内产生的力，Nexilin突变使心脏Z盘不稳定，导致扩张型心肌病[5]。有研究证实NEXN是中国汉族人群中一种新型的冠状动脉疾病易感基因[6]。目前证实NEXN基因相关疾病为扩张型心肌病1CC型和肥厚型心肌病20型，是常染色体显性遗传。临床表现主要为心脏扩大、左心室肥大、室间隔增厚、房颤、降低的左室收缩功能和左室舒张功能等[7]。NEXN基因的p.P307T变异未在相关临床病例中被报道过。依据美国ACMG变异分类指南[8]，这个变异为“3类-意义未明”，结合患者的临床表现，推断NEXN基因的p.P307T变异为房颤致病基因变异位点。

JPH2基因编码Junctophilin-2蛋白(JPH2蛋白)，JPH2蛋白主要分布在心肌组织，是存在于心肌细胞膜L型钙通道与肌质网RyR2(心肌细胞释放钙离子的通道)间的膜偶联复合物，是可兴奋细胞和参与细胞内钙信号转导的重要亚细胞结构[9]，对细胞内钙稳态调控发挥重要作用。JPH2基因的改变会导致胞内钙信号传导异常，继而引起心力衰竭、心肌病和心律失常等一系列疾病。有研究[10]发现JPH2基因在房颤时明显下调，这表明房颤使JPH2蛋白功能下调，心房肌兴奋收缩脱偶联，兴奋收缩偶联效率降低，细胞内钙调节紊乱，进而影响心房肌的收缩功能。Sabater-Molina等[11]研究发现JPH2基因突变可导致扩张型心肌病。Beavers等[12]研究证实JPH2基因中的E169K突变会导致RyR2稳定性受损，导致房颤。目前JPH2基因的p.R363H变异未在相关临床病例中被报道过。依据美国ACMG变异分类指南[8]，这个变异为“3类-意义未明”。结合患者的临床表现，笔者推断JPH2基因的p.R363H变异为房颤致病基因变异位点。

综上所述，本研究利用二代测序技术在1个中国房颤家系中发现了NEXN基因c.919C>A(p.P307T)杂合突变和JPH2基因c.1088G>A(p.R363H)杂合突变，该突变位点在中国未见报道。该家系三代成员10人中有6人为房颤患者，2人同时携带上述两种突变，而101例健康人均不存在上述突变，该突变位点可能是该家系房颤的致病基因。利用二代测序技术对房颤患者家系进行检测，有助于明确房颤患者及其家系成员遗传易感性，筛查家族性房颤的突变基因，对房颤家系成员的早期诊断具有明确价值，对突变携带者进行早期干预及治疗具有重要的指导意义[13]。但本研究尚存在一定局限性，本研究中该家系存在NEXN和JPH2基因变异，这种变异与患者家系成员发生房颤密切相关，但目前未能进一步进行相关动物实验证实此类基因变异导致房颤发生的具体机制。