心房顫動的全基因組關聯研究進展

李延健(綜述)，佘 強(審校)

(重慶醫科大學附屬第二醫院心內科，重慶 400010)

心房顫動(房顫)是臨床上十分常見的疾病，至今已報道了大量明確的致病危險因素，包括高齡、男性、高血壓、糖尿病、心力衰竭、心肌梗死、心肌病[1-2]，說明房顫是一個多因素疾病。基因背景在房顫的發病中起重要作用，早期的基于候選基因病例-對照的試驗研究發現了很多與房顫關聯的單核苷酸多態位點(single nucleotide polymorphisms，SNPs)，但是這些試驗參與人群數量較少且沒有進一步的大規模的重復試驗，故說服力較差。近年來報道了許多應用全基因組關聯研究(genome-wide association study，GWAS)發現的房顫易患基因位點，這些位點與房顫的關聯性也更加真實可信；這些易患位點也對認識房顫的發病機制提供了很多有用的線索。

1 房顫GWAS

1.1易患區域4q25 2007年Gudbjartsson等[3]第一次應用GWAS研究房顫。該研究從冰島人群中篩選出550例房顫(或心房撲動)患者和4476例對照者，用Illumina Hap300 BeadChip基因芯片測序，最終在4q25區域發現了兩個與房顫強關聯的突變位點，即rs2200733和rs2220464。二次重復試驗在冰島人群(2251例房顫患者和13 238例對照者)以及兩個具有歐洲血統的人群(分別為來自瑞典的143例房顫患者和738例對照者以及美國的636例房顫患者和804例對照者)中進行，亦證實了這種強關聯性。最后，他們將該位點在中國人群(333例房顫患者和2836例對照者)進行重復試驗也得到相同的結論。

此后，K??b等[4]聯合來自歐洲和美國的4個隊列：Framingham Heart Study(FHS)、Rotterdam Study(RS)、Vanderbilt AF Registry、German Competence Network for Atrial Fibrillation(AFNet)共計3508例房顫患者和12 173例對照者進行上述位點與房顫的病例-對照關聯試驗，發現rs2200733在4個隊列人群中均與房顫存在強關聯性，但是rs10033464只是在FHS和AFNet隊列中證實與房顫關聯。有趣的是，無論是在Gudbjartsson等[3]還是K??b等[4]的研究中，與房顫最強關聯的位點rs2200733似乎在年齡更小的患者中具有更強的效應值[4]。Viviani Anselmi等[5]則在意大利人群(78例房顫或心房撲動患者和348例對照者)中證實了rs2200733 T等位基因與房顫的強關聯性。Lee等[6]對中國臺灣人群篩選了200例房顫患者和158例對照者，應用多重單堿基延伸的方法對5個SNPs，分別為rs2634043,rs2200733,rs13143308,rs2220427,rs10033464進行基因分型，他們也證實了rs2200733與房顫的關聯，但是否定了rs10033464與房顫的關聯。總之，這些研究都一致顯示rs2200733與房顫的強關聯性，而rs10033464則在不同的人群中有不同的結果。2009年，Shi等[7]在中國漢族人群中應用病例-對照的方法研究rs2200733與房顫的關聯性，也得出了陽性關聯結論，當他們把房顫組進一步分為孤立性房顫和其他類型房顫單獨分析時發現，rs2200733與孤立性房顫的關聯較其他類型房顫更強，這可能暗示遺傳對孤立性房顫較其他類型房顫作用更強。

2010年Lubitz等[8]從美國馬薩諸塞州綜合醫院篩選了790例房顫患者和1177例對照者，在4q25區域選取了34個SNPs進行基因分型并檢驗它們與房顫的關聯。在這一區域他們鑒定出了兩個新的與房顫關聯的突變位點，即rs17570669和rs3853445。隨后將這兩個新鑒定的位點放在來自German Competence Network for AF(AFNET),Atherosclerosis Risk in Communities Study(ARIC),Cleveland Clinic Lone AF Study(CCAF),Cardiovascular Health Study(CHS)和Rotterdam Study(RS)5個隊列共計5066例房顫患者和30 661例對照者中進行房顫的關聯研究，結果均為陽性關聯。然而,他們研究中的受試者都是歐洲人群，這兩個SNPs與房顫的關聯能否在其他人種中得到證實仍不得而知。

到目前為止還沒有一個已知基因是定位在包含了前面所述的突變位點的連鎖不平衡區域，位于上游毗鄰的連鎖不平衡區域的Pitx2是最靠近這些突變位點的一個基因[3]。研究證實,Pitx2基因在自左心房肌延伸形成的肺靜脈肌袖的增殖分化過程中起著至關重要的作用,而來自肺靜脈的觸發活動對于房顫的開始和維持起著決定性作用，提示Pitx2可能在房顫的發生中發揮著重要作用[9]。另外，有研究顯示Pitx2在心房肌表達不足會導致左心房和右心房的同等程度的擴大[10]，并且會導致骨形態發生蛋白10在左心房表達上調[11]，而骨形態發生蛋白10的過度表達在調節生理性肥大方面有重要作用[12]。因此，這就支持一種假說：骨形態發生蛋白10在心房肌組織選擇性的上調是由Pitx2介導的，并進一步導致了細胞增殖和心房腔擴大。而心房擴大已經被認可是房顫發生和維持的重要機制。最近，有報道稱Pitx2c在持續性房顫患者的心房組織表達降低[13]。但是,至今仍無直接證據顯示Pitx2c在人類心肌組織表達降低,是由于房顫相關聯的這些突變位點所致。

1.2易患區域16q22 繼發現與房顫相關的突變區域4q25后，2009年Gudbjartsson等[14]再次在冰島人群中應用GWAS發現了新的與房顫強相關的突變位點，即位于16q22的rs7193343，但是在中國人群進行重復試驗時沒有達到應有的統計效力。隨后Benjamin等[15]納入了來自Age,Gene/Environment Susceptibility Reykjavik Study (AGES),Atherosclerosis Risk in Communities (ARIC),Cardiovascular Health Study(CHS),Framingham Heart Study(FHS)和Rotterdam Study(RS)5個隊列(共計896例持續房顫患者和15 768例對照以及2517例陣發房顫患者和21 337例對照者)進行GWAS的Meta分析，發現位于16q22的rs2106261與房顫關聯。隨后他們將這一關聯在一個來自德國的隊列人群(145例房顫患者和4073例對照者)進行了成功的重復驗證。Li等[16]嘗試在中國人群重復這兩個突變位點與房顫的關聯，他們選取了650例房顫患者和1447例對照者，研究證實了rs2106261與房顫的關聯，但是rs7193343關聯沒有達到統計學意義。

16q22區域的突變位點處于ZFHX3基因內，而ZFHX3基因對神經細胞和骨骼肌細胞的分化及增殖發揮重要作用[14-15]。ZFHX3編碼的轉錄因子AT motif-binding factor 1(Atbf1)對Pituitary-specific positive transcription factor 1(POU1F1)早期的轉錄活性有重要影響[14-15]。而研究發現POU1F1可與Pitx2相互作用[15-16]，Pitx2與房顫的關系在前文已經述及，所以ZFHX3是否通過這一途徑導致房顫易患,需要進一步的實驗證據。

1.3易患區域1q21 孤立性房顫患者在沒有非遺傳患病風險因素時仍然發生房顫，那么這些患者肯定具有與常人不同的相關遺傳背景。基于這種觀點Ellinor等[17]納入了來自German Atrial Fibrillation Network(AFNET),Heart and Vascular Health Study(HVH),Atherosclerosis Risk in Communities Study(ARIC),Cleveland Clinic以及Massachusetts General Hospital Atrial Fibrillation study(MGH)的共計1335例早發孤立性房顫患者和12 844例對照者進行GWAS的Meta分析研究,結果鑒定出了一個全新的位于1q21的房顫易患位點，即rs13376333。隨后他們在來自德國(977例房顫患者和3042例對照者)和美國(187例房顫患者和565例對照者)的兩個人群中進行該位點與孤立性房顫的關聯研究，結果證實為陽性關聯。而Li等[16]在中國人群的重復試驗顯示，該位點與房顫的關聯未達到統計意義。

與房顫關聯的1q21區域中發現的最強關聯位點rs13376333定位在KCNN3的第一內含子[17]。KCNN3編碼鈣依賴性鉀離子通道SKCa2.3，這些通道對于可興奮組織至關重要。據報道它們已經在腦[18]和心臟表達[19-20]。KCNN家族在心臟的作用并不十分清楚。在兔短陣超速起搏實驗中發現SKCa通道阻滯劑可通過縮短肺靜脈和心房動作電位時程而抑制超速起搏刺激誘發異位肺靜脈局灶點沖動，使起源于肺靜脈的激動易于傳向左心房肌而形成折返導致房顫發生和維持[21]。但是，在短陣超速起搏實驗中并沒有檢測到KCNN3表達量的變化，而另一個鈣離子依賴性鉀離子通道家族成員KCNN2卻顯示出了表達量增加[21]。KCNN2和KCNN3在體內可聚合為多亞基通道復合物[22]，這種多亞基通道復合物意義重大，因為當KCNN2被異位的表達于小鼠時，它會抑制KCNN3的表達，起搏細胞的動作電位時程和自主節律都會被改變[23]。但是，至今也沒有直接的證據顯示這一突變位點可以導致人類心臟組織KCNN3表達的減少。

1.4其他易患區域 2012年，Ellinor等[24]聯合多個歐洲人群(6707例房顫患者和52 426例對照者)應用GWAS的Meta分析的方法發現了6個新的易患位點,并且在一個獨立的歐洲人群(5381例房顫患者和10 030例對照者)進行重復試驗證實了陽性關聯。這些易患位點分別是1q24的rs3903239、7q31的rs3807989、9q22的rs10821415、10q22的rs10824026、14q23的rs1152591、15q24的rs7164883，與之相應的候選基因則分別是PRRX1,CAV1,C9orf3,SYNPO2L,SYNE2,HCN4。這些基因大多與心臟起搏、離子通道以及心肺發育相關，并進而與房顫的發生機制產生聯系[25-28]。但這些SNPs是否會影響到鄰近基因的轉錄表達，尚需后續試驗證實。此外，這些位點除歐洲人群外尚無更多人群的重復試驗，這也需要后續多人群的重復試驗進一步驗證。

2 房顫SNPs的臨床應用

GWAS發現的這些與房顫相關的突變位點為人們理解房顫的分子機制提供了新的線索，并且在某些應用領域也顯示出巨大的潛能，如房顫患病風險預測、預后評估、對抗心律失常治療的反應評估等[29]。

腦卒中是房顫最重要的并發癥之一。Gretarsdottir等[30]運用基因芯片Infinium Human Hap300 chip對來自冰島的1661例腦卒中患者和10 815例健康對照者進行基因分型，研究發現rs2200733和rs10033464與缺血性腦卒中具有顯著相關性，具有心源性卒中最強的危險度。隨后他們將這一結果在共計含2224例缺血性腦卒中患者和2583例健康對照者的兩個大型的歐洲缺血性腦卒中組試驗中得以驗證。然而，Lemmens等[31]進行了一項大型的病例-對照關聯研究，研究選取了6組分別來自澳大利亞、奧地利、比利時、波蘭、西班牙和瑞典的隊列共計4299例缺血性腦卒中患者和3750例對照者，他們認為rs2200733和rs10033464與腦卒中的關聯僅局限于心源性腦卒中患者。隨著基因測序技術的進步及成本大幅度降低，今后病因不明的腦卒中患者是否應接受基因測序檢查？這就取決于未來更大量人群以及不同種族人群的深入的關聯研究結果[31]。

房顫是心臟手術后最常見的并發癥，據估計其發病率為27%～40%[32]。Body等[32]在兩個獨立的心臟手術組進行研究發現，位于4q25區域的rs2200733和rs13143308能夠預測冠狀動脈旁路移植術后房顫的發生，但是rs10033464與術后房顫沒有明確的關聯。并且他們的研究顯示,冠狀動脈旁路移植術后的房顫風險預測可能因聯合多個基因位點而得以改善預測效能。最近，Virani等[33]在來自TexGen genetic registry的1166例高加索房顫患者中發現，rs2200733和rs10033464位點都與冠狀動脈旁路移植術后房顫相關(OR=1.41,1.47)。他們也發現這兩個位點與長時程房顫相聯系，風險比分別為1.32和1.28。基于上述兩項研究結果推斷，應用4q25的兩個突變位點既能預測冠狀動脈旁路移植術后短期房顫也能預測長時程房顫風險。據此，醫師可以調整術后治療，提前篩選出術后高發房顫風險的患者并加強監護、早期識別并治療。Husser等[34]入選了195例因藥物抵抗的陣發性或持續性房顫而行射頻消融治療的患者，他們對這些患者進行了為期6個月的隨訪，發現rs2200733和rs10033464位點的任何突變的等位基因都會增加房顫早期復發(OR=1.994)和晚期復發(OR=4.182)的風險。Benjamin Shoemaker等[35]也對來自Vanderbilt AF Registry的378例房顫射頻消融術患者進行隨訪觀察，證實了rs2200733可以獨立的預測術后房顫的復發。他們的研究表明,利用這些突變位點可在房顫患者行射頻消融治療前對患者進行分層。也可被用在手術前預測風險或成功率，并制訂手術策略以及相應的術后管理。

3 房顫丟失的遺傳度

盡管來自房顫的GWAS結果鼓舞人心，但是有關房顫的很大一部分遺傳度仍未能被解釋。一種可能是房顫丟失的遺傳度存在于未知數量的尚未被鑒定的突變位點內；第二種可能是房顫丟失的遺傳度存在于罕見的突變位點，而這些位點還沒有完全的被目前的GWAS覆蓋。現在人們已經注意到突變位點的頻率與效應值呈負相關；罕見的突變位點往往含有較大的效應值，而常見的突變位點只有較溫和的效應值[36]。為了找到更多的與房顫相關聯的遺傳位點，最直接的方式就是增加受試者數量，如在研究QT間期的GWAS試驗中，一個包含了200例患者的隊列只定位到NOS1AP基因附近的一個突變位點[37]，而在兩個獨立的隨訪試驗中(分別包括13 685和15 842例患者)，有10個不同的易患位點被定位出來[38-39]。這些具有較小的效應值的突變位點只有在更大的標本數量時才能被檢測出來。雖然只有有限的效應值，但這些基因突變位點也能夠提供有用的與房顫相關的分子機制線索。

4 房顫GWAS的后續研究

未來的研究工作會放在更大規模的GWAS以發現更多相關突變位點。此外，有研究顯示在同一區域聯合多個房顫易患位點較單個易患位點預測房顫的患病風險效應值明顯增加[9]。所以,最后的結果可能是需要更多的而不是少數的突變位點來最終解釋房顫的遺傳度。未來繼續在4q25和其他與房顫相關的GWAS區域測序可能有助于發現更多的與房顫相關的突變位點，并且還可能發現與功能改變相關的突變而不僅只是一些SNPs遺傳路標。以后房顫的GWAS也需要更多種族人群的參與。到目前為止，所有房顫的GWAS都是在歐洲人群進行的。非洲和亞洲人群是否也會得到相同的結果仍不得而知。聯合來自多種族人群的信息是一個有效發現與疾病相關聯的SNPs方法。另外，在鑒定了與房顫相關的突變位點后，未來大量的研究則需要闡明后續的功能學機制。很快研究的焦點將會由統計遺傳學轉向立足于實驗室的研究。這些研究包括整合并表達已經鑒定的SNPs到細胞系，設置剔除已知基因的動物模型，以及研究突變通道蛋白的電生理學方面的變化。結合新一代的基因分型和作圖技術以及功能學的研究最終會闡明與房顫相關的SNPs導致房顫易患的機制，以及這些SNPs能有效預測臨床預后和治療效果的真正原因。

5 小 結

應用GWAS，目前已經發現4q25、16q22、1q21等多個染色體區域的多個SNPs與房顫的易患性相關。部分SNPs可對房顫發病、并發腦卒中、復律治療效果作出有效預測。另外，這些SNPs也為實驗室研究進一步揭示房顫發病的分子機制提供了有益線索。后續研究需要繼續采用大樣本并納入多種族人群以增加檢驗的效力和說服力。

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