心臟性猝死的分子遺傳學研究進展

趙慧左 王躍兵

不明原因猝死(sudden unexplained death,SUD)是指從發病到死亡時間急驟,經相關輔助檢查無法確定死因的死亡。 30%的成年人猝死是不明原因的,SUD 一直是學術界研究的難點和熱點。 隨著分子遺傳學的發展,心臟性猝死(sudden cardiac death,SCD)患者的基因變異與猝死的關系逐漸得到揭示,遺傳性心律失常和遺傳性心肌病使SCD 發生的可能性增大[1],被認為與SUD 高度相關,近70%的猝死病例由SCD 引起[2]。 據《中國心血管健康與疾病報告2021》估測,中國每年有54.4 萬人發生SCD,相當于每分鐘有1 人發生SCD,而搶救成功率不足1%,且發生率還在上升[3]。 國內外學者從分子遺傳學、電生理學等多方面對SCD 發生機制進行了研究,發現先天性的基因突變和后天的心臟功能負荷過重等原因能在一定程度上導致猝死性心律失常。2020 年亞太心律學會(APHRS)/美國心律學會(HRS)關于不明原因猝死者和心搏驟停幸存者及其家屬的專家共識指出,遺傳性心臟病的總患病率至少為0.2%,其對家庭和社區影響重大,早期調查和識別應成為公共衛生優先事項[4]。

云南不明原因猝死(Yunnan sudden unexplained death,YNSUD)是指主要發生在滇中和滇西的部分貧困山區,發病急,具有時間、空間和人群聚集性特征,無明顯前驅癥狀的SUD。 綜合前期研究結果,YNSUD 的病因被認為是“多因一果”的復合病因模式。 根據存活者的臨床診斷、死者生前表現、病理解剖和顯著的SCD 發病特點(心電圖“U 波異?！?0.9%的檢出率,90%的猝死病例有心臟病理改變、心肌酶譜異常率較高)[5],目前認為遺傳性心律失常和遺傳性心肌病可能是YNSUD 的病因之一。

1 遺傳性心律失常

遺傳性心律失常是由編碼離子通道或其相關蛋白的基因突變引起的,主要包含以下4 種疾病。這些罕見的疾病往往是年輕人SCD 的潛在病因[6]。

1.1 長QT 綜合征

長QT 綜合征(long QT syndrome,LQTS)是最早被發現的遺傳性心律失常之一,是基因突變引起的心肌離子通道紊亂。 心電圖顯示的QT 間期延長和T 波改變,多發于交感神經系統張力增加,如運動、興奮、驚恐等情形下。 LQTS 的臨床特征為復發性暈厥、癲癇甚至SCD[7],無明顯前驅癥狀,死亡率極高。 在約80%的LQTS 患者中能夠檢測到基因突變。 在中國西南地區,33.7%SUD 患者有KCNQ1和KCNH2變異基因[8]。 目前已明確的LQTS 致病基因有20 個(KCNQ1、KCNH2、SCN5A、ANK2、KCNE1、KCXE2、KCNJ2、CACNAI、CAV3、SCX4B、AKA、SNTA1、KCXE3、KCXJ5、ALG10、CALM1、CALM2、CACXA1C、CAX9、KCNJ5),突變707 個,其中KCNQ1、KCNH2、SCN5A基因突變約占基因診斷LQTS 患者的75%。在有暈厥和猝死史的LQTS 家系中,對生存者給予對癥治療可取得明顯療效,然而,仍有15% ～20%的LQTS 患者無法確定致病基因,提示存在尚未被發現的致病基因[9]。

1.2 短QT 綜合征

短QT 綜合征(short QT syndrome,SQTS)是一種以短QT 間期為特征的遺傳性高致死性心律失常。SQTS 可在靜息時發生,伴有暈厥、惡性心室不規則、心房顫動、SCD 病史或器質性心臟病家族史,無心臟結構異常[10]。 不同病例之間存在顯著的臨床差異,大多數患者常規12 導聯心電圖出現連續QTc延長,卻無任何臨床癥狀[11]。 1993 年就有學者提出SQTS 與SCD 有關[12],直到2003 年3 個與SQTS相關的家系被報道[13],才引起全球相關領域學者的關注。 2022 年WALSH 等[14]利用基因管理框架重新評估了7 個SQTS 相關基因,發現KCNH2為確定的致病性基因,KCNQ1、KCNJ2、SLC4A3為可能的致病基因。

1.3 Brugada 綜合征

Brugada 綜合征(Brugada syndrome, BrS)是一種具有遺傳性和空間聚集性的心律失常,因多形性室性心動過速或心室顫動(簡稱室顫)而導致SCD。該病的特征是右束支阻滯,V1、V3導聯ST 段抬高和T 波反轉,高室顫風險,一般無心臟結構變化和臨床癥狀,多發生在青年男性[15],且常在迷走神經興奮時發作。 1992 年BRUGADA 等[16]發表了有關BrS的首篇文章,科學解釋了部分東南亞青壯年睡眠中猝死的原因。 SINGH 等[17]研究發現,在一些地區,BrS 是中年男性死亡的主要原因,30%的BrS 患者以SCD 為首發癥狀,心臟結構正常的SCD 患者中12% ～20%與BrS 相關。 經統計,目前有25 種突變基因與BrS 有關,其中,SCN5A是BrS 的主要易感致病基因,占全部基因診斷患者的25%,SCN5A基因的293 個突變位點與BrS 相關,其嚴重程度與突變位置有關[18]。 對于懷疑或明確診斷為BrS 的患者,應盡快進行基因檢測。

1.4 兒茶酚胺敏感性多形性室性心動過速

兒茶酚胺敏感性多形性室性心動過速(catecholaminergic polymorphic ventricular tachycardia,CPVT)是一種高度致命的遺傳性心律失常,在運動或情緒激動時,可能會出現間斷性暈厥或心搏驟停。 心電圖常出現明顯的U 波,一般為雙向性和多形性室性心動過速,多發于無器質性心臟病且QTc正常的青少年。 RYR2 通道或CASQ2 蛋白功能異常導致舒張期肌質網大量Ca2+外漏并進入胞質,產生去極化的內向電流,觸發延遲后除極活動,這是CPVT 發生心律失常的病理生理基礎[19]。 目前已發現RYR2基因突變位點100 多個,新近發現的RYR2基因突變位點G3118R 與應激性常染色體隱性遺傳性室顫和猝死有關[20]。 WALSH 等[14]在基因管理框架下對部分CPVT 有關基因重新進行評估,結果只得到了7 個確定的致病基因:RYR2、CALM1、CALM2、CALM3、CASQ2、TRDN、TECRL,建議臨床加強對可疑患者的檢測[16]。

2 遺傳性心肌病

遺傳性心肌病是一種由基因決定的心臟疾病,屬于心肌功能和結構異常的異質性疾病,會導致心律失常和猝死。 在所有心血管疾病中,心肌病的遺傳比例高達60%[21]。 常見與SUD 有關的心肌病主要有肥厚型心肌病(hypertrophic cardiomyopathy,HCM)、 擴 張 型 心 肌 病(dilated cardiomyopathy,DCM)、致心律失常性右室心肌病(arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy,ARVC)和左心室心肌致密化不全(left ventricular noncompaction,LVNC)等[7]。

2.1 肥厚型心肌病

HCM 是運動員最常見的遺傳性心血管疾病,無明顯前驅癥狀。 SCD 是HCM 的主要死因,也是最嚴重、最難預料的并發癥,而攜帶HCM 有關突變基因者的后代有50%的概率可能遺傳到相同的基因變體。 對家族遺傳性HCM 患者進行基因檢測,結果顯示,約60%與HCM 有關的基因突變來自心肌纖維節相關編碼基因,包含MYH7、TPM、TNNT2、MYBCP3、MYL2、MYL3、ACTC1、TNNI3、MYH6、PRKAG2、MYOZ2、ACTN2等至少23 個致病基因突變,其中MYH7、MYBPC3、TNNT2及TNNI3是4 個最常見的突變基因[3]。 35% ～50% 的HCM 患者有MYH7基因突變,近200 個突變點位通過影響MYH7球狀頭端的三磷酸腺苷分解位點和肌動蛋白的結合位點,降低粗細肌絲的親和力,導致HCM[22-24],因此MYH7被稱為“惡性基因”[24]。MYBPC3是第一個與家族性HCM 相關的基因,20% ～25% 的HCM 由MYBPC3基因突變導致。 該突變包含90%以上的早期終止密碼子,并編碼截斷的蛋白質[22-23]。 心肌肌鈣蛋白T 基因(TNNT2)突變在HCM 患者中占5% ～15%,屬于可導致左心室擴張并伴有不同程度心肌纖維化的錯義突變,盡管其引起的HCM 癥狀較輕,但猝死風險較高,預后不理想[25]。 TNNI3 是肌鈣蛋白復合物的一個亞單位,沒有明顯的形態學特征[22,26]。 2022 年多個國際性心律學會聯合發布的關于心臟疾病基因檢測現狀的專家共識指出,在同一家系中,HCM 發病年齡和疾病進展存在較大的表型異質性;基因檢測是發現HCM 潛在病例的最佳方式,對致病基因突變位點攜帶者及其未進行基因檢測或基因檢測陰性的親屬,應定期進行篩查[27]。

2.2 擴張型心肌病

DCM 是指在沒有異常負荷(高血壓、瓣膜病、冠狀動脈疾病等)的條件下,存在的左心室或雙心室擴張和收縮功能障礙。 DCM 患者存在左、右心不同程度的功能不全,預后極差,確診后的5 年生存率約50%,10 年生存率僅為25%;多數為散發病例,發病原因不明[28]。 40% ～60%的DCM 患者有基因突變或家族遺傳史,大多數家族性DCM 伴常染色體顯性遺傳,少部分為常染色體隱性遺傳。 2022 年多個國際性心律學會聯合發布的關于心臟疾病基因檢測現狀的專家共識指出,約有100 個基因可能與DCM有關,已明確的致病性基因有BAG3、DES、FLNC、LMNA、MYH7、PLN、RBM20、SCN5A、TNNC1、TNNT2、TTN、DSP、ACTC1、ACTN2、JPH2、NEXN、TNNI3、TPM1、VCL,其中以TTN的截短變異最為常見[27]。

2.3 致心律失常性右室心肌病

ARVC 是一類與橋粒蛋白編碼基因突變相關,以右心室肌細胞逐漸被脂肪組織、纖維組織替代而繼發右心室功能障礙為主要病理特征的遺傳性心肌病,易導致心律失常和猝死[29]。 目前已證實ARVC 有15 個致病基因,其中5 個為橋粒蛋白基因(PKP2、DSP、DSG2、DSC2、JUP),10 個為非橋粒蛋白基因(RYR2、TMEM43、PLN、FLNC、DES、LMNA、TTN、CTNNA3、CDH2、TGFβ3)[29]。 近50%的ARVC患者具有一種或多種致病性橋粒,常見的致病突變基因為5 個橋粒蛋白基因。 王躍兵團隊對云南省南澗縣、祥云縣、鶴慶縣等YNSUD 重點病區的猝死病例及其親屬、對照人群ARVC 進行的研究,在大部分家庭中發現可遺傳突變基因,結果提示部分YNSUD 的發病可能與ARVC 橋粒蛋白基因突變有關,病例親屬也存在ARVC 基因致病性突變的潛在健康風險;臨床上對基因突變攜帶者應進一步診斷,囑其避免情緒激動、過度運動及勞累,從而預防猝死[29-30]。

2.4 左心室心肌致密化不全

LVNC 是一種由非單一遺傳因素或獲得性因素造成的心肌病。 該病以兒童多見,主要是由編碼肌節、細胞骨架、離子通道和核膜等的基因發生變異所致,其具體的分子機制還未明確[31]。 LVNC 的特征是腔室尤其是左腔室中有很深的凹痕,以及較厚的梯形肌肉球;臨床可無癥狀,也可能發生心律失常、心搏驟停、血栓以及心源性死亡等[32]。 分子遺傳學研究發現,LVNC 具有顯著的遺傳性,常見的遺傳形式有常染色體顯性遺傳和線粒體遺傳。 李紅燕等[33]通過全外顯子組測序,從3 個LVNC 家系中篩選出了14 個共同的可能致病基因:ABCC8、CACNA2D1、COL6A3、PAMD8、DCHS1、FAT1、MUC4、NEB、PCDH15、PDE4DIP、PRUNE2、TTN、USH2A、ZFHX4。 這些基因可能影響相應的細胞功能,進而擾亂心臟發育,導致心肌致密化不全的發生。

3 云南不明原因猝死與心臟性猝死基因突變的相關研究

截至2022 年,已報告了421 例YNSUD,專家學者們從經濟、衛生、氣候、腸道病毒、微量元素、野生蘑菇中毒等多方面進行研究驗證,均無法完全明確其具體的死因和機制[34]。 近年來,在有關致病性基因突變的大量研究及臨床輔助檢查中,研究者們發現了上千個基因突變位點可用來解釋部分YNSUD者的死因,而對這些致病基因的檢測為明確YNSUD的死因提供了科學依據。

3.1 遺傳性心律失常的基因突變

JIA 等[8]對83 例SUD 患者的KCNQ1、KCNH2和SCN5A基因4 個突變位點進行了檢測,發現多例有錯義突變,其中KCNH2基因7 號外顯子c.1801G ＞A(p.G601S)雜合突變為致病性突變位點,首次揭示了YNSUD 可能與LQTS 致病基因有關。 付華[35]對95 例YNSUD 病例進行基因測序,篩查出30%的病例有錯義突變,并對其中3 例(在24 h 內相繼死亡的5 歲YNSUD 女童及其母親和尚健在的祖父)進行家系全基因組測序,篩查出與SUD 相關的OBSCN、TTN基因突變位點5 個。 LI 等[36]也對此3例進行了全基因組測序,分析了289 個與心臟病相關的基因,并篩選出7 個基因(HADH、NUP155、KCNE1L、AKAP9、PKD2、ASIC1、KCNH8)進一步進行功能驗證和比較。 結果顯示,HADH、NUP155和AKAP9基因中的3 個錯義突變在女童及其母親中均被測出,而在祖父中未被檢出,其余4 個錯義突變在母親中被測出而祖父中沒有;母女攜帶但在病區人群和尚健在的祖父中未檢測到的HADH和NUP155雜合突變預測結果為有害。 WEI 等[37]通過基因測序、超聲和心電圖等檢測手段,對14 個有SUD 史的家系中的25 名受檢者進行檢查,發現7 個病理性心臟疾病相關基因的單核苷酸變異可能與SUD 相關。 劉凱[28]對3 例青壯年猝死綜合征病例進行全外顯子測序,發現3 例患者分別攜帶TTN、CACNB2、SCN5A、KCNH2基 因 突 變 位 點,TTNV23610I、TTN-P1698L、TTN-124875T、TTN-R14571H、TTN-R24762H、CACNB2-S502L、SCN5A-R11930 的致病性預測結果為致病性基因突變。 同時,該研究團隊還對4 個YNSUD 高發村的112 名村民進行基因測序、心電圖和心臟彩超檢查,發現有82 例(73.2%)攜帶YNSUD 易感致病基因IRX4-Y77C,在這82 例中有33 例(40.2%)有不同程度的心電改變、心臟瓣膜反流、心室增寬及房間隔缺損等異常。上述研究表明,致猝死性心律失常的基因突變可能與部分YNSUD 有關。

3.2 遺傳性心肌病的基因突變

王躍兵等[29]對云南省西部南澗縣的YNSUD 病例親屬和對照村民進行了ARVC 橋粒蛋白基因突變檢測,發現病例親屬7 人中有5 人攜帶DSP基因c.2862C ＞T、c.7122 C ＞T 雜合同義突變和DSC2基因c.2326A ＞G 雜合錯義突變。 此外,他們還調查了4個家庭中共7 例YNSUD 患者及其親屬,發現全部檢測出了DSP基因突變,其中PKP2、DSC2、DSG2和JUP基因突變各1 例,同一人同時攜帶1 ～3 個基因突變位點,而這些突變在對照人群中均未發現。 馬琳等[29]對云南省西北部鶴慶縣的YNSUD 病例及其親屬的39 份血樣進行檢測,共檢出26 個基因突變位點,DSP、DSG2、PKP2、JUP、DSC2基因分別有13、5、3、3、2 個位點發生突變,受檢的突變基因攜帶者均為復合基因突變攜帶者,同一人同時攜帶3 ～9 個基因突變位點,其中5 人共同攜帶DSP基因3 號外顯子c.372G ＞A 雜合同義突變。 同年,馬琳等[38]還對云南省中部祥云縣的YNSUD 病區相關人群進行調查,發現猝死病例和同發病例攜帶JUP、DSP、DSG2基因突變位點,病例親屬中發生PKP2、JUP、DSP、DSG2、DSC2基因突變的分別有2、14、16、15、4 例,同一人同時攜帶多個突變基因,且攜帶突變基因的病例親屬都是復合突變基因攜帶者,該研究中患者親屬均有DSG2基因14 號外顯子c.2318G ＞A 突變。 劉凱[28]研究顯示,病區組中DSG2基因14 號外顯子c.2318G ＞A 突變的等位基因頻率和基因型頻率都高于對照組。 程雪等[39]選取了云南省祿豐市、騰沖市、大姚縣、寧蒗縣的YNSUD 病例及其親屬進行基因檢測,檢出對照人群中未發現的17 個突變位點,其中DSP、DSC2、DSC2、PKP2、JUP基因突變分別有6、5、4、1、1 例;該研究中,有一個家庭中的4 例YNSUD 病例均攜帶DSP基因24 號外顯子c.8472G ＞C 純合同義突變,而馬琳等[30]研究的云南省鶴慶縣YNSUD 病例及其一、二、三級親屬也攜帶該突變位點。

本課題組已對云南省不同病區的11 例YNSUD病例、1 例同發病例、128 例親屬和60 位對照人群進行了ARVC 的5 個橋粒蛋白基因的97 個外顯子位點突變檢測,結果發現,在YNSUD 病例及其親屬中可檢測到對照人群中未檢出的36 個外顯子的52 個突變位點(DSP21 個、DSG210 個、PKP28 個、DSC28 個、JUP5 個),攜帶突變位點的病例及親屬都同時攜帶多個突變位點;猝死病例單獨攜帶6 個,同發病例單獨攜帶2 個,病例親屬單獨攜帶35 個,病例與親屬共同攜帶5 個,猝死病例與同發病例共同攜帶2 個,猝死病例、親屬和同發病例共同攜帶2 個,突變發生率高達37.11%(36/97);DSC2基因15 外顯子c.2368G ＞-、c.2370A ＞-純合缺失突變為致病性突變。 親屬及病區村民心電圖異常發生率較對照村民更高,根據心電圖“U 波異?！?0.9%的檢出率、90%的猝死病例有心臟病理改變,推測ARVC可能是部分云南猝死病例發病的遺傳背景因素[30]。因此,目前應對遺傳性心肌病進行更深層次的研究,從而進一步明確其致病機制及其與YNSUD 病因的關聯。

4 小結與展望

YNSUD 的病因可能是遺傳性心肌病、遺傳性心律失常和毒溝褶菌中毒等“多因一果”的復合病因模式。 隨著分子遺傳學技術的深入應用及拓展,對各亞型致病基因變異進行致病性、變異性、高風險因素及發生機制的深入研究,并開展YNSUD 與致猝死性心臟基因變異關聯性的研究,不僅能夠增進對該病發病特點、病因、防治方法的了解,而且對散發性猝死的病因研究也有很大的推動作用。 這對提高對云南不明原因聚集性或散發性猝死病例的調查研究能力,推動疾控、臨床等多層次以及醫院、高校、科研院所等多部門的聯合攻關,具有十分重要的意義。