肥厚型心肌病發病機制及治療進展

芮明艷，楊景柯，孟祥光，趙育潔，牛思泉，袁義強

（1南方醫科大學附屬河南心血管病醫院心內科，2鄭州市第七人民醫院心血管疾病及藥物研究室，河南鄭州450016）

0 引言

肥厚型心肌病（hypertrophic cardiomyopathy，HCM）是一種原因不明的心肌疾病，其臨床表現多樣，包括無癥狀、呼吸困難、舒張功能障礙、左心室流出道梗阻、心律失常、心肌缺血、二尖瓣關閉不全、心力衰竭等，是青少年和運動員心源性猝死的首要原因［1］。主要是由編碼肌小節結構蛋白的基因突變，和／或一些修飾基因以及線粒體基因異常引起的單基因遺傳性疾病，常表現為常染色體顯性遺傳以及不多見的常染色體隱性遺傳和伴性遺傳［2］。現已證實有超過29個基因的1500余種突變可導致HCM，其中絕大部分位于編碼肌小節結構蛋白的基因上。目前，該病病因不明，病死率高，臨床治療多采用對癥處理，可分為非分子干預和分子干預。通過文獻查閱，我們發現HCM在分子領域方面的研究發展迅速，因此本文將基于分子生物學對HCM的病因及治療做一綜述。

1 肥厚型心肌病病因的分子基礎

1.1 肌小節結構蛋白基因肌小節是心臟的基本收縮單位，它主要由粗、細肌絲構成。粗肌絲主要成分為肌球蛋白，同時也含有肌球蛋白結合蛋白C、H和X（MBPC、MBPH和 MBPX）；細肌絲主要由肌動蛋白、原肌球蛋白和肌鈣蛋白構成，肌鈣蛋白由肌鈣蛋白 C（cTnC）、肌鈣蛋白 I（cTnI）和肌鈣蛋白 T（cTnT）三種亞單位構成。編碼上述任意蛋白的基因發生突變，肌小節的結構和功能將可能發生改變，由此可導致HCM。HCM患者約60%是由肌小節相關基因突變所致，這些基因主要包括編碼粗肌絲的MYH7、MYH6、MYL2 和 MYL3，編碼細肌絲的 TNNT2、TNNI3、TNNC1、TPM1和ACTC1，還有編碼中間纖維的MYBPC3［3-4］，在約40%的HCM患者中，致病基因仍有待確定［5］。肌節蛋白基因突變引起 HCM潛在的分子機制尚不明確，有學者認為HCM的基本遺傳學機制如下：基因突變后心肌收縮蛋白對Ca2＋敏感性增加導致心肌張力增加、心肌收縮亢進和舒張功能障礙，從而誘發代償性左室肥厚、排列紊亂及間質纖維化。1.1.1 β-肌球蛋白重鏈基因 β-肌球蛋白重鏈基因是第一個發現的HCM致病基因［6］，已發現超過300個與HCM相關的MYH7突變，攜帶MYH7基因突變的HCM患者約占HCM患者總數的35%～50%［6］。該基因編碼的β-肌球蛋白重鏈具有高度保守性，是肌小節的主要收縮蛋白。β-肌球蛋白重鏈主要分為三個部分：球狀頭部S1、桿狀部分S2和C端的桿狀尾部區LMM。MYH7突變多是錯義突變，大部分突變主要集中在肌球蛋白的S1和S2區域，少部分集中在LMM，S1突變時可以阻礙肌動蛋白之間的相互作用，影響ATP分解位點和肌動蛋白的結合位點，降低粗肌絲和細肌絲的親和力，從而使心肌收縮功能下降，心肌出現代償性的增生和肥厚。S2發揮連接頭部和肌絲的作用，而桿狀尾部在肌絲正確組裝中發揮重要的作用。盡管目前已經達成共識，MYH7是 HCM突變頻率最高致病基因，但是MYH7突變導致 HCM的發病機制尚不清楚，較為公認的是涉及 Ca2＋穩態、心肌纖維化、能量失調等多個方面［7］。

1.1.2 心肌肌球蛋白結合蛋白C基因 心肌肌球蛋白結合蛋白C基因是第二個發現的HCM致病基因，目前已經發現超過350個與HCM相關的MYBPC3突變［8］，多數已知的MYBPC3突變（60% ）是截短突變，包括插入、缺失、剪接或分支點突變，攜帶MYBPC3基因突變的HCM患者約占HCM患者總數的30%～40%［9］。MYBPC3編碼心臟特異性肌球蛋白結合蛋白，參與肌節蛋白結構與功能的調節和細胞內信息傳遞，影響肌絲的收縮與舒張運動。MYBPC3的肌球蛋白結合位點主要位于C末端，其C1及C2結構域存在3個調控心肌收縮的磷酸位點，cMYBPC的磷酸化和去磷酸化可調節肌肉的舒張和收縮。MYBPC3突變大部分為cMyBPC的C端異常缺失，產生“截短蛋白”cMyBP-C，缺乏主要的肌球蛋白和／或肌動蛋白結合位點，進而造成肌小節結構和功能損害。在導致HCM的MYBPC3突變中，無義突變和框移突變的比例較高且嚴重，錯義突變相對較低且輕微。研究發現，MYBPC3突變所致HCM的嚴重程度及預后與突變類型相關，多數無義突變和框移突變其臨床癥狀較重，并與進行性心力衰竭、卒中、心臟猝死等相關，預后較差［10］。錯義突變能降低 MYBPC結合肌球蛋白的能力，但大多數錯義突變既不影響MYBPC的功能，也不影響其穩定性，心肌肥厚出現晚、癥狀一般較輕，不利于臨床診斷，因此MYBPC3突變攜帶者需要進行全面的臨床危險性分析。

1.1.3 肌球蛋白調控輕鏈基因 肌球蛋白調控輕鏈基因位于12號染色體上，含7個外顯子，編碼肌球蛋白調控輕鏈，肌球蛋白調控輕鏈是粗肌絲的重要組成部分，現認為肌球蛋白調控輕鏈基因轉錄上調是心肌細胞對肥厚應答的一個重要標志，它對心肌細胞正常結構和功能的維持有重要意義。目前已發現10種與HCM相關的MYL2基因突變，其突變所致的HCM發生率小于5%。肌球蛋白調控輕鏈對心肌細胞正常結構和功能的維持有重要意義，破壞MYL2基因可導致肌小節不能正確裝配，從而導致心肌收縮舒張功能障礙。

1.1.4 肌球蛋白必須輕鏈基因 肌球蛋白必須輕鏈基因定位在3號染色體上，目前發現5種與HCM相關的MYL3基因突變，攜帶MYL3基因突變的人群不超過HCM總人口的1%。肌球蛋白必須輕鏈的微小變化就可以改變橫橋的性能并引起臨床癥狀，盡管攜帶MYL3基因突變患者的臨床變現嚴重程度不一，但幾乎所有MYL3基因突變攜帶者青少年時期都會發生心源性猝死。

1.1.5 心臟肌鈣蛋白I基因 心臟肌鈣蛋白I基因位于19號染色體上，由8個外顯子組成，編碼心肌肌鈣蛋白I，是肌絲的重要組成部分，主要功能是抑制肌動蛋白與肌球蛋白的相互作用。近年來發現，肌鈣蛋白I高度保守抑制肽區域的突變改變了肌絲鈣離子的敏感性，從而調節心肌細胞的收縮活動［11］。至今已經發現20種與HCM相關的TNNI3基因突變，TNNI3基因突變所致的HCM約占患者總數的5%。

1.1.6 心臟肌鈣蛋白T基因 心臟肌鈣蛋白T基因定位于1號染色體上，由17個外顯子組成，TNNT2基因編碼心肌肌鈣蛋白T是一種重要的調節蛋白，是細肌絲的重要組成成分，該基因突變可導致HCM［12］，其可能的機制是突變改變了橫橋的動力，在一定范圍內降低了肌原纖維對鈣離子的敏感性以及鈣離子激活的最大速率并增加了肌肉收縮時能量的消耗，從而影響心肌細胞的舒縮運動。目前已經發現36種與HCM相關的TNNT2基因突變，TNNT2基因突變所致的HCM約占患者總數的20%。

1.1.7 α-原肌球蛋白基因 α-原肌球蛋白基因定位于15號染色體上，由14個外顯子組成，編碼原肌球蛋白。該基因上的突變可影響原肌球蛋白的二級結構，即與肌動蛋白的結合及其在細肌絲上的位置，改變肌動蛋白、肌球蛋白的相互作用和肌絲的Ca2＋敏感性。除了影響心肌收縮性，還會使得細胞內鈣離子調控和信號通路發生改變，從而引發HCM。目前已經發現12種與HCM相關的TPM1基因突變，TPM1基因突變所致的HCM約占患者總數的5%左右［13］。1.1.8 心肌肌動蛋白基因 心肌肌動蛋白基因定位于15號染色體上，編碼心肌肌動蛋白，是細肌絲的重要組成部分，在心肌收縮過程中發揮著重要的作用。ACTC 1突變導致HCM的機制可能與抑制細肌絲的活性、改變肌動蛋白不穩定性或聚合缺陷、降低肌動蛋白和肌球蛋白結合蛋白的親和力息息相關。由于肌動蛋白序列的高度保守性，在HCM患者中存在ACTC 1突變是值得注意的。目前已經發現12種與HCM相關的 ACTC1基因突變［14］，ACTC1基因突變所致的HCM不超過患者總數的5%。

1.2 Z盤基因Z盤不僅是肌節的自然分界線，在肌節收縮與舒張的機械偶聯中發揮著重要作用，而且具有將收縮力橫向傳至細胞膜外基質的作用。Z盤蛋白與HCM相關的包括肌聯蛋白（TTN）、肌肉LIM蛋白（MLP）、T 帽蛋白（TCAP）、MYOZ2蛋白、心肌錨定重復序列蛋白（ANKRD1）、a-輔肌動蛋白（ACTN2）、微管連接蛋白（NEXN）、遮蔽蛋白（OBSCN）。雖然Z盤蛋白基因突變引起的HCM并不常見，但Z盤蛋白在信號轉導過程中發揮著重要的作用，可以參與心肌肥厚應答，因此研究HCM發病機制和治療時，Z盤基因應該引起一定的重視。

1.2.1 肌聯蛋白基因 肌聯蛋白基因位于2號染色體上，由363個外顯子組成，其編碼的巨絲蛋白是目前已知分子量最大的多肽，在肌節內從Z盤延伸到M帶。肌聯蛋白在肌小節中起到類似骨架的作用，為其他肌小節蛋白提供結合位點，幫助肌絲的組裝和肌小節的形成，是肌肉被動彈性的分子彈簧以及作為提供各種信號傳導的機械傳感器［15］。目前僅發現2種與HCM相關的TTN基因突變。

1.2.2 心肌LIM蛋白基因 MLP位于11號染色體上，由6個外顯子組成［16］。MLP表達于心肌和慢收縮骨骼肌，被認為是輔助肌動蛋白組裝、滑動的細胞骨架之一，MLP是心肌分化的必須調節因子之一，在心肌發生過程中具有重要的調節作用，并可能參與調節心肌中肌肉特異性基因表達，穩定心肌細胞膜。研究已經發現并鑒定了MLP基因第2外顯子中的Trp4Arg錯義突變，這是第一個發現與心肌病相關的人類MLP突變，并提出了該基因在心臟機械活動中的作用［16-17］。

1.2.3 T帽蛋白基因 T帽蛋白基因位于17號染色體上，T帽蛋白由167個氨基酸殘基構成，在骨骼肌和心肌中特異性的表達，主要功能是促進肌聯蛋白的反向平行組裝，在肌小節的組裝中發揮重要的作用。目前針對TCAP導致HCM的確切機制尚不清楚，有待進一步研究。

1.3 修飾因子修飾因子是指除致病基因外，由于DNA的多態性可以影響患者個體表型表達的因素，通常指患者的遺傳背景。修飾因子不足以導致HCM，也不是患HCM的必要條件，但是修飾因子可以影響HCM的嚴重程度和疾病進展。HCM臨床表現性有很大的差異，同一突變攜帶者的臨床異質性和不同的表型表達可以用其他因素來解釋，如環境和遺傳修飾因子［4］。目前，已發現多個可能參與HCM表型表達的修飾因子，如內皮素-1、5-羥色胺、緩激肽B2受體、鈣調蛋白、醛固酮合成酶、血管緊張素 II等［18-19］。其中血管緊張素和5-羥色胺之間的相互作用可能在心臟肥大的發展中發揮重要作用［19］。

1.4 線粒體基因線粒體是真核細胞生物氧化和能量轉換不可缺少的細胞器，受雙重基因組控制。它的蛋白質中只有一小部分由線粒體DNA（mtDNA）編碼，而超過99%的蛋白質由核DNA（nDNA）編碼［20］。許多生物功能都涉及線粒體，包括ATP轉運、產熱、電解質平衡、應激和防御反應［21］。因為心肌是高能量需求的組織之一，所以線粒體疾病優先影響心臟，心臟受損狀況與氧化呼吸鏈復合物亞單位及其組裝因子、線粒體轉運RNAs、核糖體RNAs、核糖體蛋白、翻譯因子、mtDNA維持和輔酶Q10合成等缺陷導致的線粒體功能障礙相關。與mtDNA突變相關的心臟表現主要為：無癥狀、心律失常和心肌病，肥厚型心肌病是常見的一種線粒體突變，發生在40%的線粒體疾病患者中。目前研究發現與HCM相關的mtDNA突變主要為：tRNA基因點突變、編碼線粒體呼吸復合體亞基的結構基因突變、調控區D環基因突變。此外，由于大多數呼吸鏈復合體亞基和mtDNA復制和表達需要的許多酶是由nDNA編碼，因此與線粒體相關的nDNA基因突變也可能導致HCM。由nDNA基因突變引起的線粒體疾病發生在幼兒期，而由mtDNA突變引起的疾病發生在幼兒期或成年期。mtDNA幾乎不含內含子序列，其上發生的任何突變都會累及基因組中的重要功能區，進而影響氧化磷酸化過程，使ATP生成減少。心肌組織在ATP供應不足的情況下，會產生退行性變及代償性肥厚增生等病理改變，最終導致HCM。

HCM通常在年齡較大（＞20歲）時發生，而肌節基因突變從出生就存在。這說明HCM的病理生理機制比單純的肌節基因突變更為復雜。總之，HCM不僅僅與基因突變有關，而且可能和基因修飾、環境等因素共同作用，其研究的深入將對患者的診斷及臨床新藥的研發有所幫助。

2 肥厚型心肌病的治療

2.1 非分子干預肥厚型心肌病病死率高，目前對HCM患者的治療是基于癥狀改善的藥物及手術，癥狀輕微且左室流出道壓力階差＜50 mmHg的HCM患者可采用保守治療，包括生活方式的干預和藥物治療。伴有左室腔內梗阻以及嚴重的限制性癥狀且藥物治療效果不佳者，稱為藥物難治性肥厚性梗阻性心肌病，可采用介入治療，介入治療以其創傷小，效果明顯，現在已經成為肥厚型心肌病治療的主要方法。包括經皮間隔心肌化學消融術、起搏器置入術、植入型心律轉復除顫器和室間隔心肌切除術［3，23-24］。

2.1.1 生活方式干預 生活方式干預的主要目的在于避免誘發或加重左室腔內梗阻，減少猝死。避免劇烈運動、持重、飽餐，低鹽低脂飲食，避免使用動靜脈擴展劑及強心劑，定期復查心電圖、心臟彩超等。

2.1.2 藥物治療 藥物是治療HCM的基礎，治療類似于標準心力衰竭治療，均以β受體阻滯劑和非二氫吡啶類鈣通道阻斷劑為主要藥物治療方法［22］。單用β受體阻滯劑或維拉帕米不敏感的梗阻型HCM患者可以加用丙吡胺或西苯唑啉。此外，動物實驗提示，螺內酯、辛伐他丁、雌激素能影響HCM小鼠的心肌重塑和纖維化，但這些藥物在人體中是否具有相似的作用有待驗證。

2.1.3 經皮間隔心肌化學消融術 經皮間隔心肌化學消融術通常被選擇用于外科治療風險高的老年患者，其原理是使靶間隔支支配的室間隔區域發生缺血壞死，進而心肌收縮力下降，使心室流出道梗阻減輕或消失，從而改善臨床癥狀，減少心血管并發癥的發生。目前最常用的是向把血管內注入無水乙醇，使局部心肌壞死以減輕梗阻。由于無水乙醇有漏出至冠狀動脈左前降支的風險，近幾年提出用線圈或微球栓塞替代乙醇，線圈因并發癥較多已不再使用。微球栓塞與乙醇相比具備更好的操控性、更少的排異及炎性反應。但其有效性尚需大規模、長期的臨床對照研究證實。

2.1.4 起搏器置入 起搏器置入只限于對于藥物保守治療效果不佳，或出現藥物副作用，不能耐受或不接受經皮間隔心肌化學消融術和室間隔心肌切除術的患者，尤其對于合并竇性心動過緩、房室傳導阻滯、交界性心律或伴有心衰患者行起搏器治療更有裨益。

2.1.5 植入型心律轉復除顫器 HCM是運動員和青年心源性猝死最常見的原因，ICD已被證明是一種安全有效的預防HCM患者猝死的療法。與冠狀動脈疾病后植入ICD的患者相比，HCM患者發病年齡較小，通常無癥狀，射血分數保留，合并癥較少。鑒于這些特點，HCM患者將面臨更長時間的猝死風險。在高危的HCM患者，如曾經發生過心臟驟停、親屬中出現過猝死、不明原因暈厥史、Holter監測中出現非持續性室性心動過速、運動時出現低血壓和左心室嚴重肥大（壁厚≥30 mm），植入ICD對預防HCM相關心源性猝死是非常有價值的。

2.1.6 室間隔心肌切除術 室間隔心肌切除術是目前治療藥物難治性肥厚性梗阻性心肌病的金標準。經典的手術是著名的MORROW術式及擴大的MORROW術式。手術通過切除部分肥厚的室間隔，減少室間隔的厚度，增加流出道面積，改變血流方向，減少了二尖瓣前葉的壓力及乳頭肌的前移，使SAM征減弱或消失以解除左心室流出道梗阻。術后患者左室流出道壓差、室間隔厚度、左心室射血分數、左心室舒張末內徑、二尖瓣關閉不全、心功能分級均較術前有不同程度的減輕。

2.2 分子干預在過去十年中，對于遺傳性疾病，基于DNA或RNA水平進行基因干預取得了重大進展，當前已經開發了幾種策略來消除遺傳缺陷，主要包括基因組編輯、外顯子跳躍、剪接體介導的RNA反式剪接、等位基因特異性沉默和基因替換療法等［25］。這些技術中的大多數已經在動物模型中進行了功效和效率測試，并取得了有望的結果。

2.2.1 基因組編輯 基因組編輯技術能夠精確靶向修飾生物體基因組特定位點，可完成基因定點突變、敲除、多位點同時突變和小片段的刪除等基因組編輯技術［26］，人為改造生物遺傳學信息。傳統的基因組編輯工具主要是基于鋅指核酸酶和轉錄激活因子樣效應核酸酶，但因其成本高，勞動強度大，已被廉價且快速的CRISPR／Cas9基因組編輯方法所取代，可以更加準確、深入地了解疾病發病機理和探究基因功能，可以改造人的基因，達到基因治療的目的［27］。

2.2.2 外顯子跳躍 外顯子跳躍是指以整碼突變或移碼突變的原理為基礎，通過選擇性剪接，去除含基因缺陷的外顯子，從而表達更短的具有功能相同或相似的新蛋白或不表達任何蛋白。在臨床上，外顯子跳躍策略主要指將疾病狀態從重癥轉為輕癥的選擇性剪接措施。Christina等通過外顯子跳躍干預MYBPC3突變小鼠短暫的消除了心臟功能障礙并防止了左心室肥大，這預示了外顯子跳躍作為一種新的治療手段已顯示出在臨床上的應用前景，為HCM患者的治療鋪平了道路。

2.2.3 RNA反式剪接 RNA反式剪接指的是兩條獨立轉錄的mRNA分子之間的剪接反應，一個是靶內源性突變前mRNA分子，另一個是治療性前反式剪接分子，在mRNA成熟過程中使mRNA發生嵌合修復轉錄成正常蛋白［28］。與正常的順式剪接不同，這里的兩段外顯子是來自不同的RNA的，但卻可能來自同一基因。這種方法的目的是降低具有修復全長mRNA的缺陷轉錄物的水平。特別是HCM相關MYBPC3突變的患者可以從反式剪接中獲益，因為所有突變都可以用兩個前反式剪接分子修復，覆蓋MYBPC3 mRNA的前半部分和后半部分，實現整條MYBPC3 mRNA任意突變位點的修復［29-30］。在小鼠體內與體外均有應用反式剪接修復MYBPC3 mRNA和cMyBP-C蛋白的證據，但因反式剪接效率較低，需要進一步優化［30］。

2.2.4 基因替代療法 基因替代療法就是利用載體將缺失的基因轉染特定細胞，已達到治療的目的，主要應用于突變導致相應蛋白水平低或缺失的情況。基因替代療法適用于HCM相關的MYBPC3基因突變，因為它們通常導致蛋白質低水平或缺乏。Prondzynski等將正常的 MYBPC3 cDNA導入具有MYBPC3基因突變的異常心肌細胞（該細胞由一個HCM患者的多功能干細胞誘導分化而來），發現cMyBP-C表達水平升高［29］；Monteiro等通過腺病毒介導的全長MYBPC3基因治療攜帶MYBPC3突變的HCM人類胚胎干細胞系后，HCM攜帶者心肌細胞肥大、肌節紊亂和鈣脈沖傳播得到改善［31］。

2.2.5 等位基因特異性沉默 基因沉默是生物體中特定基因由于各種原因不表達或者表達減少的現象，隨著基因工程的迅速發展，基因沉默技術不斷有新技術出現，主要包括反義寡核酸技術、基因敲除、RNA干擾技術等。等位基因特異性沉默是指在生物體細胞內，與靶基因同源的外源性或內源性雙鏈RNA誘導轉錄后引起特異性基因沉默，降低突變蛋白表達，是治療常染色體顯性遺傳病的一種選擇。在HCM的背景下，應用等位基因特異性沉默技術成功消除了Myh6等位基因突變小鼠心肌病的研究，為人類HCM基因突變的治療提供了新的思路［32］。

3 總結和展望

肥厚性心肌病是最常見的遺傳性心臟病，給人類社會帶來了巨大的經濟和精神負擔。肌節蛋白基因突變是這種疾病最常見的原因，但其相關致病基因和突變位點遠未被完全揭示，影響其預后的因素也遠未被闡明，對臨床工作的指導作用還很局限，因此通過發現與HCM相關的新生物標記和新基因來理解這種復雜和異質性疾病是必要的，需要進行更多的工作來擴展HCM的候選基因，找到能夠恢復心臟功能的新治療策略，揭示基因突變與臨床表現及預后的關系，為基因的診斷和治療打下基礎。