心房顫動易感基因的研究進展

周尚蓉，何鳳珍，陳宇晴，蔡鍵，班青麗，劉莉，，潘興壽

(1.右江民族醫學院，廣西 百色 533000；2.右江民族醫學院附屬醫院心血管內科，廣西 百色 533000)

心房顫動(atrial fibrillation，AF)是指因心房不規則的跳動最終導致心房正常收縮舒張周期改變的心律失常，其發病率隨年齡增長呈急劇上升趨勢。當今社會人口老齡化加速，故AF成為嚴重影響人類健康的疾病。2001—2012年的調查數據顯示，中國71～80歲人群AF的患病率為51～60歲人群的5倍，年齡>80歲人群的患病率為51～60歲人群的6倍[1]，提示AF對高齡老人的生命有巨大威脅。AF作為單因素導致患者死亡的發生率較低，合并其他疾病導致的死亡相對多見，合并的疾病以腦卒中和心力衰竭較為常見。目前AF的發病機制尚未完全闡明，基因層面的機制是現階段的研究熱點。全基因組關聯研究(Genome-wide association study,GWAS)確定了許多與AF發病風險增加相關的遺傳變異。Ellinor等[2]針對GWAS的研究結果，對與AF相關的染色體區域展開了研究。在所有識別的區域中，具有最強關聯的單核苷酸多態性(single nucleotide polymorphism，SNP)不是由蛋白質編碼，遺傳易感基因的致病性與AF的關聯可能通過影響附近基因的表達介導。每個識別區域的候選基因具有廣泛的功能，包括細胞結構蛋白含有核膜的血影蛋白重復序列2(spectrin repeat containing nuclear envelope protein 2，SYNE2)、MYOZ1(myozenin 1)和SYNPO2L(synaptopodin 2 like)、鉀鈣激活通道亞家族N成員3(potassium calcium-activated channel subfamily N member 3，KCNN3)和超極化激活環核苷酸門控鉀通道4(hyperpolarization activated cyclic nucleotide gated potassium channel 4，HCN4)、配對類同源域轉錄因子2(paired like homeodomain 2，PITX2)、鋅指同源框蛋白3(zinc finger homeobox protein 3，ZFHX3)和PRRX1、細胞信號轉導蛋白CAV(Caveolin)-1和CAV-2及調節內分泌功能的基因雌激素受體β(estrogen receptor β,ESR2)、C9orf3。進一步了解和認識AF易感基因，對診斷、治療以及提高老年AF患者的生存率具有重要意義。現就AF易感基因的研究進展予以綜述。

1 細胞結構蛋白基因的分布及作用機制

SYNE2主要在心肌和骨骼肌中高表達，編碼一種核外膜蛋白，即Nesprin-2[3-4]。Ellinor等[2]的Meta分析發現，在新發現的AF易感基因中，位于染色體14q23的SYNE2基因編碼大量的Nesprin-2異構體，這些異構體在心臟和骨骼肌中高表達。Nesprin-2蛋白的作用定位于整個肌節，通過將細胞核錨定在細胞骨架上維持核結構的完整性。通過候選基因方法發現，SYNE2基因突變在一些肌營養不良家系中分離，其導致骨骼肌萎縮、心肌病以及心臟傳導缺陷，可能與心房正常電生理活動發生變化相關[5]?；赟YNE2基因編碼的幾種異構體研究發現，敲除小鼠SYNE2基因的C端誘發了心肌病和神經缺陷[6]。SYNE2基因的rs1152591位點與AF發病顯著相關，而rs1152591位點編碼產物是連接核膜和細胞骨架的Nesprin-2蛋白，該蛋白與核膜和細胞骨架相連[7]，表明SYNE2基因可能通過增加心房肌細胞搏動中核-細胞骨架的連接和核應激，誘發心房異常電生理活動。

2 離子通道基因的分布及作用機制

2.1KCNN3基因與AF KCNN3基因位于染色體1q21，編碼電壓非依賴性鈣激活鉀通道，也可稱為SK3或KCa2.3。動物和人體內細胞鈣激活鉀通道分布廣泛，且能夠被胞內極微量的鈣離子激活，根據電導能力高低可分為大電導、中電導以及小電導三類[8]。由KCNN3基因編碼的小電導鈣離子激活鉀離子通道是一種由細胞內游離鈣離子和細胞膜電位控制的鉀離子通道。小電導通道在許多可激發的器官組織中表達，包括腦和心臟。KCNN3基因上相關位點的表達可導致離子通道的功能發生改變，從而進一步改變心肌細胞的電生理活動，導致AF的產生與維持。2010年Ellinor等[9]首次發現，KCNN3基因rs13376333位點與孤立性AF具有一定的相關性；隨后又有研究者證實，rs11584403位點與中國北方漢族人群AF發病有一定的相關性[10]。Shoemaker等[11]研究發現，KCNN3基因與AF導管消融后的復發無顯著相關性。Yao等[12]的Meta分析證實，KCNN3基因rs13376333的多態性將顯著增加孤立性AF和總AF的發生風險，表明KCNN3基因rs13376333多態性可能在AF的發病中起重要作用。未來可從基因多態性入手，推測相應位點與AF發病的相關性，針對該基因位點研究對應的阻滯性藥物將有利于AF患者的治療。

2.2HCN4基因與AF HCN4基因在哺乳動物心臟起搏區顯著表達[13]，其編碼的蛋白質產物是一種由鉀、鈉超極化下激活的環核苷酸通道[14-16]。部分心動過緩和病態竇房結綜合征患者HCN4基因發生了突變[17-18]；其中1例檢測到HCN4基因第5外顯子的1-bp出現雜合性缺失。2017年，日本研究者針對攜帶HCN4基因突變和SCN5A基因突變的家族性病態竇房結綜合征患者進行研究發現，攜帶HCN4基因的患者合并AF的風險明顯高于攜帶SCN5A基因的患者[19]。通過細胞轉染獲取HCN4基因的單克隆抗體進行研究發現，心肌細胞中線粒體通過進入HCN通道的鉀離子和交換子介導鉀離子耦合維持電化學平衡，推斷心肌細胞中HCN通道能穩定驅動一定數量的鉀離子進入線粒體基質，線粒體中鉀離子通道的開放可以穩定和保護心肌細胞，反之抑制則會促進細胞死亡[20]。HCN4基因編碼產物作用于細胞膜調節鉀鈉離子進出的機制為臨床使用HCN通道阻滯劑治療AF提供了新思路。目前單純攜帶HCN4基因與AF發病的機制尚未明確，有待進一步研究。

3 轉錄因子基因的分布及作用機制

3.1PITX2基因與AF PITX2基因位于第4號染色體，編碼PITX2蛋白[21-22]。根據GWAS公布的AF易感基因，學者首次在冰島人群的染色體4q25中發現了與AF強相關的兩個SNP，這兩個多態性位點分別為rs2200733和rs10033464，隨后研究者又進行了第2次重復試驗，這兩個多態性位點又在瑞典人群和美國人群中得到驗證；同時，該研究還發現rs2200733位點較rs10033464位點關聯更顯著[23]。在此基礎上，我國學者通過病例對照研究和突變擴增系統-聚合酶鏈反應或直接測序法構建遺傳學模型驗證PITX2基因與AF發病的相關性，結果顯示，rs17042171位點可能與中國中原地區漢族人群的AF易感性有關[24]。Krisztina等[25]的研究認為，在高加索人群中PITX2的rs2595104位點多態性可能與AF發病無關，這一研究結論與在中國人群中的發現相反[26]。與其他AF易感基因相比，位于人染色體4q25的PITX2基因是目前AF發病相關性研究中研究最為全面的一個基因座，但其參與AF發病的具體機制尚未完全明確。

3.2ZFHX3基因與AF Kiliszek等[27]基于前期GWAS染色體4q25、16q22和1q21多態性與AF相關性進行研究發現，在波蘭人群中16q22與AF發病無明顯相關性，而染色體4q25和1q21有一定相關性，表明基因多態性在不同人群中分布不同。Li等[28]結合GWAS鑒定出兩個SNP，即ZFHX3中的rs2106261和rs7193343，以及KCNN3中的rs13376333；進一步研究發現，在中國漢族人群中ZFHX3基因的rs2106261位點與AF發病顯著相關。以上研究提示，在不同人群中相同基因對AF發病的影響可能存在差異?；蚺c基因之間也存在互相作用，但具體分子機制尚不清楚。在歐洲血統人群中,GWAS鑒定的10個AF易感性位點中只有3個位點在中國人群中，這3個位點分別是ZFHX3的rs2106261(G/A替換)，PITX2附近的rs2200733(C/T替換)和CAV-1的rs3807989(A/G替換)；選擇性進行基因-基因相互作用研究發現，PITX2基因與ZHFX3基因存在相互作用，主要為PITX2基因通過微RNA(microRNA，miR)-1正向調控ZHFX3基因，ZHFX3基因正向調控PITX2基因，這兩個基因產生了交叉的調控循環，表明基因表達的周期性交叉調節是復雜疾病性狀遺傳學中基因-基因相互作用的分子基礎[29]。在體外模型中將ZFHX3基因敲除后，心房肌細胞miRNA的表達發生明顯變化，具體表現為miR-133a和miR-133b顯著下調，從而導致心臟重構和房性心律失常信號轉導，而miR-133a/b模擬物可逆轉以上過程[30]?，F階段臨床治療AF主要采用射頻消融，而針對射頻消融術后AF患者與AF易感基因的研究較少。Tomomori等[31]對ZFHX3基因位點rs2106261與AF風險的相關性進行回顧性分析發現，ZFHX3基因位點rs2106261的次等要基因(T)在日本陣發性AF患者進行射頻導管消融后更有可能維持竇性心律的穩定。然而，AF相關性易感基因是否有利于射頻消融后AF患者的恢復需深入研究。

4 細胞信號轉導蛋白基因的分布及作用機制

CAV-1基因是質膜微囊基因家族的第1個成員，其余成員分別為CAV-2基因和CAV-3基因。在心血管系統中，CAV-1和CAV-2表達于多種細胞和組織類型，其中在成纖維細胞和內皮細胞表達最豐富，而CAV-3主要在心肌細胞表達[32-34]。在心肌纖維化過程中，轉化生長因子-β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)是關鍵的促纖維化細胞因子[35]，而CAV-1被證實是TGF-β1信號通路的抑制劑。敲除動物的CAV-1基因，TGF-β1信號通路轉導活性增強，表現為更廣泛的膠原沉積并伴隨基質金屬蛋白酶8和基質金屬蛋白酶13信使RNA在心臟的表達減少[36]。心電圖的P波可作為心房電功能的度量，常作為心律失常的預測指標。且平均P波持續時間和P波終末電勢增加可作為左心房擴大的標志物，兩者均與AF風險增加相關。Yi等[37]的研究也證實，CAV-1基因可通過調節心肌纖維化導致心臟結構和功能改變。雖然CAV-1基因在心房中具有抗纖維化作用，但其導致AF發病的機制不清楚。

CAV-1基因和CAV-2基因在組織分布上十分相似，但CAV-2基因需要CAV-1基因才能完成膜定位。Zhu等[38]通過研究發現，CAV-2基因在內皮細胞、平滑肌細胞、骨骼肌成肌細胞(L6和BC3H1細胞系)、成纖維細胞和3T3-L1脂肪細胞中含量最高。在心肌細胞中，CAV-2基因和CAV-3基因共同作用完成質膜微囊細胞功能。但CAV-2基因導致AF發病的具體機制需進一步研究。

5 內分泌調節基因的分布及作用機制

ESR2基因與雌激素結合，以雌激素依賴的方式激活含有雌激素的反應元件[39]。ESR2基因參與調節許多復雜生理過程的轉錄因子，主要在卵巢、中樞神經系統、心血管系統、肺、男性生殖器、前列腺、結腸、腎臟以及免疫系統中表達。雌激素受體信號異常將導致多種疾病的發生，如癌癥、代謝和心血管疾病、神經退行性變、炎癥以及骨質疏松[40]，這些疾病在老年人群中發病率和死亡率較高。AF發病率與年齡密切相關，成年男性的患病率稍高于女性，但女性AF患者合并腦卒中的風險更高[41]。絕經前女性AF的發病率較男性低，而絕經后發病率明顯上升，提示高雌激素水平可能是AF發病的保護因素，雌激素的減少可能是絕經后AF發病率升高的原因之一[42]。目前，有關ESR2基因與AF發病相關的機制尚未明確，結合雌激素對AF發病的影響，可針對老年絕經后女性患者展開進一步研究。

6 小 結

隨著對AF發病機制研究的深入，有關AF的人類基因組數據在不斷增加，除了以上GWAS已經公布的與AF發病相關的易感基因外，仍有許多未涉及的基因及位點。今后的研究中，如何把握基因多態性、基因突變將成為研究重點。研究者可通過提取AF患者的DNA進行臨床研究，也可以在動物上建立相關基因轉錄因子調控模型，在這些易感基因中其他未被研究的SNP位點也有可能成為今后診斷或治療的新指標。此外，通過研究已發現的基因也可以發現新的基因，甚至找到已有的基因與其他心臟電生理疾病的關聯?？傊?，基因層面的研究擁有廣闊的應用前景，其有利于從基因層面診斷AF，有利于臨床開展靶向治療，也有利于改善AF患者生存現狀，極大程度上降低AF患者的死亡率，這對降低醫療費用、節約醫療成本、改善預后有重要意義。