王國昊 張榮峰

(大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院心內(nèi)科，遼寧 大連 116000)

緩慢性心律失常是臨床常見的一類心律失常，其臨床診斷主要是以各種原因引起的心室率<60次/min為標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)《2018 ACC/AHA/HRS心動過緩和心臟傳導(dǎo)延遲患者的評估和管理指南》，將緩慢性心律失常分為兩類，一類是竇房結(jié)功能障礙，另一類是傳導(dǎo)功能障礙。主要包括竇性心動過緩、竇性停搏、病態(tài)竇房結(jié)綜合征(sick sinus syndrome，SSS)、各型傳導(dǎo)阻滯及傳導(dǎo)延遲[1]，常引起胸悶、氣短、黑朦、暈厥，甚至猝死[2]。然而，隨著分子遺傳學(xué)研究的進(jìn)展，越來越多的研究顯示緩慢性心律失常與基因變異或突變密切相關(guān)。遺傳性進(jìn)展性房室傳導(dǎo)功能障礙是一類遺傳性傳導(dǎo)功能障礙性疾病，目前已發(fā)現(xiàn)十余種基因突變與該疾病的發(fā)生密切相關(guān)[3]。了解緩慢性心律失常的分子遺傳學(xué)對于理解緩慢性心律失常的發(fā)生機(jī)制，研究潛在的干預(yù)靶點(diǎn)以及探索生物起搏療法等具有重要意義。

筆者通過檢索有關(guān)人類基因變異位點(diǎn)和表型之間關(guān)系的公共資源數(shù)據(jù)庫ClinVar發(fā)現(xiàn)，目前已有大量變異位點(diǎn)(主要基因可參考表1[4-6])的檢測被報道，現(xiàn)通過對其中關(guān)鍵基因及位點(diǎn)的總結(jié)來集中闡述緩慢性心律失常的分子遺傳學(xué)研究進(jìn)展[4-5]。

1 正常心臟起搏組織的解剖和生物物理特性

心臟起搏組織主要是由竇房結(jié)、房室結(jié)和浦肯野纖維房室束組成。在各起搏細(xì)胞上有幾種不同的離子通道在同步工作，這使得起搏細(xì)胞會產(chǎn)生自動性或舒張期去極化，這種現(xiàn)象也被稱為“膜鐘(membrane clock)”。正常生理情況下竇房結(jié)是主要的節(jié)律發(fā)生器，由竇房結(jié)發(fā)出的動作電位會對周圍心房組織產(chǎn)生去極化作用，又由于竇房結(jié)的自發(fā)性去極化速度比其他起搏細(xì)胞快，由竇房結(jié)產(chǎn)生的脈沖通過結(jié)間巴赫曼束傳播至房室結(jié)[7]。經(jīng)過房室結(jié)的房室延擱作用，動作電位通過浦肯野纖維網(wǎng)絡(luò)傳播到心室，形成專門的心室傳導(dǎo)系統(tǒng)。遺傳學(xué)研究發(fā)現(xiàn)了多種與緩慢性心律失常相關(guān)的基因。這些基因一部分是孤立地導(dǎo)致緩慢性心律失常，另一部分是通過影響竇房結(jié)和房室結(jié)等心臟起搏系統(tǒng)，進(jìn)而導(dǎo)致緩慢性心律失常。

表1 與緩慢性心律失常相關(guān)的主要基因及相關(guān)變異位點(diǎn)總結(jié)

2 特發(fā)性緩慢性心律失常的遺傳學(xué)研究進(jìn)展

2.1 離子通道相關(guān)基因

2.1.1 HCN

有研究[8]表明超極化激活環(huán)核苷酸門控陽離子通道(HCN)在起搏細(xì)胞中起重要作用。HCN對Na+和K+都具有通透性，它在超極化時被激活使得K+大量外流，又在舒張期使Na+內(nèi)流將膜電位去極化到動作電位閾值[8]。其中HCN4基因是HCN1～4中表達(dá)量最高的。到目前為止，已發(fā)現(xiàn)一些HCN4突變與遺傳性竇性心動過緩相關(guān)，這些突變主要會改變門控特性，干擾通道蛋白有效地轉(zhuǎn)運(yùn)到膜上，干擾環(huán)核苷酸與其結(jié)構(gòu)域的結(jié)合[9]。另外Yang等[10]的研究顯示在心臟傳導(dǎo)系統(tǒng)中，HCN4表達(dá)降低誘導(dǎo)小鼠出現(xiàn)的SSS受硫氧還蛋白2的調(diào)控。硫氧還蛋白2的缺失通過線粒體ROS-HDAC4-MEF2C途徑降低了HCN4的表達(dá)，進(jìn)而誘導(dǎo)小鼠出現(xiàn)SSS[10]。在最近的一項研究[11]中，發(fā)現(xiàn)微RNA也參與了HCN4的調(diào)節(jié)，miR-370-3p和miR-139-3p可在存在竇性心動過緩的心力衰竭小鼠中抑制HCN4的表達(dá)，進(jìn)而導(dǎo)致緩慢性心律失常，因此抗miR-370-3p可部分恢復(fù)心室功能，降低死亡率。這將會為早期診斷和潛在的治療策略開辟新的方向。

2.1.2 鉀通道

鉀通道由多種基因編碼，有研究表明KCNH2、KCNJ2和KCNQ1可能與緩慢性心律失常相關(guān)。KCNH2基因分子缺陷引起的長QT綜合征2型患者可出現(xiàn)間歇性2:1房室傳導(dǎo)阻滯并伴有QT間期延長。KCNJ2基因突變導(dǎo)致多形性室性心動過速或Andersen-Tawil綜合征，這些患者臨床表現(xiàn)為房室傳導(dǎo)阻滯、束支傳導(dǎo)阻滯或室內(nèi)傳導(dǎo)延遲[5]。在表達(dá)人KCNQ1-S140G突變的轉(zhuǎn)基因小鼠模型中，已記錄到頻繁發(fā)作的一度、二度、晚期或完全性房室傳導(dǎo)阻滯，而且在一個與心房顫動和心室慢反應(yīng)(<60 次/min)相關(guān)的中國家族中也發(fā)現(xiàn)了該種突變[12]。除了常見的一些鉀通道調(diào)節(jié)基因外，最近的一項研究[13]表明在人的房室結(jié)和心臟傳導(dǎo)系統(tǒng)中表達(dá)的Popeye結(jié)構(gòu)域包含基因2(Popeye domain containing gene 2，POPDC2)和KCNK2也參與了房室結(jié)功能的調(diào)控，該研究還表明POPDC2的無義突變POPDC2W188*可能是通過抑制KCNK2導(dǎo)致房室傳導(dǎo)受損。

2.1.3 T型鈣通道

Cav3.1是T型鈣通道的主要亞基，主要在起搏細(xì)胞中表達(dá)。有研究[14]表明，敲除小鼠調(diào)節(jié)Cav3.1的基因CACNA1G，可導(dǎo)致小鼠心動過緩。然而，目前無T型鈣通道突變導(dǎo)致患者發(fā)生緩慢性心律失常的報道，仍需進(jìn)一步研究來明確其遺傳學(xué)調(diào)控的分子機(jī)制。

2.1.4 L型鈣通道

Cav1.3亞基負(fù)責(zé)L型鈣通道的穿孔結(jié)構(gòu)域，廣泛表達(dá)于可興奮細(xì)胞，包括心臟、骨骼肌和耳蝸內(nèi)毛細(xì)胞。有動物實驗和病例報告顯示，缺乏編碼Cav1.3的基因CACNA1D可能和心動過緩及房室結(jié)傳導(dǎo)速度改變有關(guān)[15]。此外，最近的一項報道[16]可能為CACNA1C導(dǎo)致緩慢性心律失常的分子機(jī)制提供了一些幫助，該研究稱雌二醇通過與質(zhì)膜上雌激素受體結(jié)合上調(diào)了Cav1.2α1C和ICa-L的表達(dá)，并激活PI3K-Akt-CREB信號通路。有趣的是，CACNA1C基因的啟動子區(qū)域恰好含有與p-CREB和ER-α相鄰/重疊的結(jié)合位點(diǎn)[16]，這提示性別的差異可能也會在緩慢性心律失常的發(fā)生和發(fā)展中起到一定的作用。

2.1.5 鈉通道

Nav1.5是鈉通道的主要亞基，它是由SCN5A進(jìn)行編碼的。大量研究[17-19]表明，SCN5A的突變與各種心律失常有關(guān)，且功能獲得性突變與功能缺失性突變會導(dǎo)致不同的心律失常。在分子機(jī)制方面，與SCN5A相關(guān)的幾個基因可通過和SCN5A基因相互作用或通過直接調(diào)節(jié)Nav1.5參與緩慢性心律失常。

2.1.6 鈉鈣交換體通道

SLC8A1是編碼鈉鈣交換體通道的基因，Hong等[20]發(fā)現(xiàn)SLC8A1位點(diǎn)上的rs17026156與PR間隔的延長相關(guān)。這提示SCL8A1在緩慢性心律失常的發(fā)生和發(fā)展中也起到了一定的作用，需進(jìn)一步研究其內(nèi)在機(jī)制以解釋其發(fā)病原因。

2.1.7 橋粒蛋白

最近的研究[21]表明，橋粒蛋白突變體可能對心肌細(xì)胞中的多重離子電流產(chǎn)生影響，比如INa、ICa-L和IKto。這些電流總體上抑制動作電位的產(chǎn)生，縮短了持續(xù)時間，然而目前仍不清楚橋粒蛋白突變的遺傳學(xué)機(jī)制。

2.1.8 瞬時受體電位陽離子通道

瞬時受體電位陽離子通道亞家族M成員4(transient receptor potential cation channel subfamily M member 4，TRPM4)是由TRPM4基因編碼的，它構(gòu)成了Ca2+激活的非選擇性跨膜通道。TRPM4的突變與竇性心動過緩和多種傳導(dǎo)異常有關(guān)。最近在伴有進(jìn)行性心臟傳導(dǎo)障礙的左心室致密化不全的一個家系中發(fā)現(xiàn)，含有C.858G>A同義變異的突變等位基因不能產(chǎn)生功能蛋白，還可能導(dǎo)致異常剪接、異常mRNA轉(zhuǎn)錄和總表達(dá)減少，并最終導(dǎo)致TRPM4功能喪失[22]。

2.2 間隙連接蛋白家族

縫隙連接是介導(dǎo)細(xì)胞間離子和小分子代謝物運(yùn)動的膜通道，在心臟沖動傳導(dǎo)中起關(guān)鍵作用。在心臟中表達(dá)五種不同的間隙連接蛋白(connexin，Cx)亞型：Cx31.9、Cx37、Cx40、Cx43和Cx45[23]。目前對于調(diào)節(jié)Cx31.9的研究較少，但該蛋白被認(rèn)為與房室結(jié)沖動傳導(dǎo)有關(guān)。Cx40是由GJA5編碼的蛋白亞型，在心房心肌、希浦系統(tǒng)以及發(fā)育早期的心室表達(dá)。有研究[24]認(rèn)為GJA5的突變導(dǎo)致的Cx40的破壞是希浦系統(tǒng)早發(fā)性進(jìn)行性傳導(dǎo)紊亂、心率減慢和惡性心律失常的原因，并與心源性猝死的高風(fēng)險有關(guān)。Cx43是由GJA1編碼的蛋白亞型，是主要的心血管Cx，在心房和心室的工作心肌細(xì)胞中表達(dá)。在一項小鼠研究[25]中，以Cx26替換Cx43會導(dǎo)致心室傳導(dǎo)減慢。然而，臨床上的情況是大量的Cx43突變不會產(chǎn)生任何明顯的心臟改變表型。Cx45是低電導(dǎo)的Cx，在成人心臟中，Cx45主要局限于竇房結(jié)和房室結(jié)。Cx45在胚胎早期心肌中強(qiáng)烈表達(dá)，在發(fā)育過程中起著重要的功能作用。

2.3 心肌支架相關(guān)蛋白

2.3.1 錨蛋白

錨蛋白在心肌細(xì)胞中主要負(fù)責(zé)靶向轉(zhuǎn)運(yùn)通道蛋白和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白到特定的膜微區(qū)，ANK2基因編碼的錨蛋白B主要定位于心肌細(xì)胞的M線和橫管膜上，與特定的膜蛋白和信號蛋白結(jié)合，調(diào)節(jié)興奮收縮耦聯(lián)[26]。有文獻(xiàn)[27]報道錨蛋白B的突變可能會導(dǎo)致長QT間期綜合征的發(fā)生。ANK2基因缺乏的小鼠會表現(xiàn)為鈣信號的改變，以及維持正常興奮收縮耦聯(lián)所必需的錨蛋白B結(jié)合蛋白的表達(dá)和定位減少[27]。

2.3.2 小窩蛋白

小窩蛋白-3是一種由CAV3基因編碼的膜蛋白，以形成小泡的形式幫助離子通道和轉(zhuǎn)運(yùn)體完成效率更高的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程。有文獻(xiàn)[28]報道心動過緩可能是由于竇房結(jié)內(nèi)HCN定位的改變或是通過直接調(diào)節(jié)竇房結(jié)外周表達(dá)的Nav1.5通道，從而阻礙心房肌細(xì)胞去極化。

3 器質(zhì)性心臟病發(fā)生緩慢性心律失常的遺傳學(xué)進(jìn)展

存在器質(zhì)性心臟病的患者，如心力衰竭、長QT間期綜合征或Brugada綜合征等常伴有緩慢性心律失常，其發(fā)生機(jī)制尚不明確。近年來隨著分子遺傳學(xué)的研究進(jìn)展，器質(zhì)性心臟病的遺傳學(xué)機(jī)制取得了重要突破，發(fā)現(xiàn)了一些與心肌細(xì)胞發(fā)育和信號傳導(dǎo)等相關(guān)的基因，這些研究可幫助對緩慢性心律失常進(jìn)行更為全面的認(rèn)識，現(xiàn)將在器質(zhì)性心臟病中發(fā)現(xiàn)與緩慢性心律失常相關(guān)的基因闡述如下。

3.1 肌球蛋白重鏈

肌球蛋白重鏈6(myosin heavy chain 6，MYH6)編碼心肌肌球蛋白的α重鏈亞基。最近的一項研究[29]發(fā)現(xiàn)MYH6突變和SSS有關(guān)，在對冰島SSS患者的全基因組測序中發(fā)現(xiàn)MYH6中的一個錯義變異，含有該變異位點(diǎn)的MYH6，其患SSS的風(fēng)險為50%，而非攜帶者為6%。

3.2 PRKAG2

PRKAG2基因編碼AMP活化蛋白激酶的調(diào)節(jié)亞基γ。該基因突變將會導(dǎo)致PRKAG2心臟綜合征。有趣的是，在PRKAG2心臟綜合征動物模型中，通過抑制PRKAG2突變基因，可緩解心動過緩和房室傳導(dǎo)阻滯[30]。

3.3 NKX2-5

NKX2-5基因是一種高度保守的同源框蛋白基因，在心肌細(xì)胞分化、心臟形態(tài)發(fā)生和傳導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)育中發(fā)揮重要作用。功能缺失的NKX2-5會導(dǎo)致其編碼的蛋白與DNA結(jié)合的活性喪失，并導(dǎo)致房室結(jié)、房室束和浦肯野系統(tǒng)發(fā)育不良[31]。

3.4 T-box基因家族

T-box(TBX)基因家族屬于發(fā)育調(diào)控相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子基因家族，表達(dá)產(chǎn)物作為真核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，有20多個成員，其共同特征是編碼具有高度保守的N末端DNA結(jié)合區(qū)(T區(qū))的轉(zhuǎn)錄因子，廣泛存在于多細(xì)胞生物，具有重要的發(fā)育調(diào)控功能。(1)TBX3：有研究[6]顯示TBX3和竇房結(jié)的功能相關(guān)，缺乏TBX3將會導(dǎo)致小鼠竇房結(jié)功能障礙和房室連接異常，進(jìn)而導(dǎo)致心動過緩、竇房結(jié)停搏、預(yù)激和房室傳導(dǎo)阻滯。(2)TBX5：TBX5突變的患者表現(xiàn)為先天性心臟病，特別是繼發(fā)性房間隔缺損，伴有進(jìn)行性房室傳導(dǎo)阻滯和上肢橈骨畸形[32]。(3)TBX18：TBX18是一種轉(zhuǎn)錄因子，是胎兒竇房結(jié)發(fā)育所必需的。腺病毒轉(zhuǎn)染TBX18已成功在豬的注射部位產(chǎn)生了異位起搏效果[33]。在豬模型中，與對照組相比，注射TBX18的豬心率顯著加快。此外，在注射部位檢測到具有竇房結(jié)形態(tài)的細(xì)胞。通過一系列研究[34]證實TBX18可通過介導(dǎo)HCN2上調(diào)起到恢復(fù)正常竇房結(jié)功能以及穩(wěn)定心率的作用。有研究[34]提出，可根據(jù)TBX18的功能，將其發(fā)展為治療SSS的生物起搏器。

3.5 LMNA

核纖層蛋白A和C是LMNA基因的可變剪接產(chǎn)物，除負(fù)責(zé)維持核膜結(jié)構(gòu)的完整性和穩(wěn)定性外，這些蛋白質(zhì)還被認(rèn)為可通過與轉(zhuǎn)錄因子、DNA和染色質(zhì)的相互作用影響基因表達(dá)的調(diào)節(jié)[35]。LMNA相關(guān)性心臟病更多始于傳導(dǎo)系統(tǒng)缺陷(竇房結(jié)和/或房室結(jié)的疾病)，可表現(xiàn)為竇性心動過緩、SSS伴竇性停搏和交界性逸搏心律，或任何程度的房室傳導(dǎo)阻滯[36]。

3.6 TNNI3K

TNNI3K基因編碼的是與心肌肌鈣蛋白I相互作用的絲裂原激活的蛋白激酶，這是一種功能性絲氨酸/蘇氨酸/酪氨酸激酶。TNNI3K在小鼠的心臟分化和心肌收縮力方面發(fā)揮重要作用[37]， 參與先天性心臟病和房室傳導(dǎo)性疾病的形成和發(fā)展。有研究[38]發(fā)現(xiàn)高表達(dá)TNNI3K小鼠比低表達(dá)TNNI3K小鼠的PR間期要長。

4 基因檢測的臨床應(yīng)用

4.1 緩慢性心律失常基因篩查的建議

近年來，《2018 ACC/AHA/HRS心動過緩和心臟傳導(dǎo)延遲患者的評估和管理指南》《2021 ESC心臟起搏和心臟再同步化治療指南》和《2022 EHRA/HRS/APHRS/LAHRS專家共識聲明：心臟病基因檢測的現(xiàn)狀》共同建議，針對緩慢性心律失常的分子遺傳學(xué)研究進(jìn)展和臨床發(fā)現(xiàn)，推薦對有臨床癥狀或有心電圖指征提示緩慢性心律失常的患者及其親屬進(jìn)行基因檢測。指南推薦檢測人群應(yīng)包含該病例患者、患者的一級親屬(無論是否有疾病的確切證據(jù))和具有疾病可疑臨床特征的較遠(yuǎn)親屬(《2018 ACC/AHA/HRS心動過緩和心臟傳導(dǎo)延遲患者的評估和管理指南》Ⅰ級推薦)[1，39-40]。另外，目前已識別的相關(guān)基因(表2)還不能完全解釋疾病的發(fā)生原因，仍需更多的證據(jù)完善。

表2 已識別的與緩慢性心律失常相關(guān)基因的流行病學(xué)總結(jié)

4.2 緩慢性心律失常基因篩查的范圍

在納入基因范圍和優(yōu)化檢測策略方面，《2018 ACC/AHA/HRS心動過緩和心臟傳導(dǎo)延遲患者的評估和管理指南》《2021 ESC心臟起搏和心臟再同步化治療指南》和《2022 EHRA/HRS/APHRS/LAHRS專家共識聲明：心臟病基因檢測的現(xiàn)狀》共同推薦應(yīng)對最常見的可識別基因進(jìn)行檢測(表3)。

表3 指南推薦檢測的基因

4.3 緩慢性心律失常基因篩查的手段

《2022 EHRA/HRS/APHRS/LAHRS專家共識聲明：心臟病基因檢測的現(xiàn)狀》把當(dāng)前用于臨床基因篩查的手段按照測序方法和非測序方法進(jìn)行分類。測序方法有Sanger測序、Panel測序、全外顯子組測序和全基因組測序。非測序方法有等位基因特異性聚合酶鏈反應(yīng)(polymerase chain reaction，PCR)、微矩陣列芯片比較型基因雜交法、微滴數(shù)字PCR和DNA單核苷酸微陣列芯片。篩查手段的臨床適用情況可參考表4[40]。

表4 基因篩查手段

5 總結(jié)

分子遺傳學(xué)研究的結(jié)果可能會為更全面地理解緩慢性心律失常的發(fā)生機(jī)制提供依據(jù)。雖然目前心臟起搏器植入仍是治療癥狀性緩慢性心律失常的最終方法，但對于緩慢性心律失常的分子遺傳學(xué)的研究可為生物起搏及靶向藥物的臨床應(yīng)用提供許多依據(jù)。隨著基因篩查手段的發(fā)展，未來的研究應(yīng)在加強(qiáng)和該疾病相關(guān)的心臟結(jié)構(gòu)基因和離子通道基因的分子機(jī)制研究的同時更加注重與臨床的結(jié)合。