Biology 版 (精华区)

发信人: binzh (小胖Q), 信区: Biology
标  题: 特发性室颤的基因基础及分子机制
发信站: 紫 丁 香 (Wed May  5 20:30:14 1999), 转信

特发性室颤的基因基础及分子机制
Qiuyun Chen, et al./NATURE/VOL 392/ 19 MARCH 
1998/293～295

  由室颤导致的猝死仅在美国每年就超过300,000 ，其中
约5-12%的病例无明确的心脏病或非心脏病病因，因而被
归为特发性室颤（IVF）3-6。在独特的IVF患病人群中，发
现有特征性心电图表现。由于大多数家系规模小，猝死高
发，IVF的分子基因学研究一直未开展。鉴于IVF引起心
脏节律紊乱，我们研究了心脏钠通道基因SCN5A的突变以
调查是否是离子通道的机能障碍引起了紊乱。现已证明，
在3个IVF家族中SCN5A编码区存在一种错义突变，一段
插入突变以及框架移码突变。我们发现，有错义突变的钠
通道比正常通道更快地从失活状态下恢复，而移码突变则
使钠通道无功能。我们的结果表明，心脏离子通道基因突
变导致形成IVF的危险。
室颤是引起心性猝死的最常见的原因，一旦发生，心
搏出量消失，外周脉搏及血压消失，患者意识丧失，若不
立即控制心律失常则会很快死亡。院外心脏停搏幸存者中
特发室颤占3%，一次IVF幸存的患者，其再发率将高达25
-30%7、17。在一些突发顿挫型IVF心性猝死患者中发现有
独特的心电图特征：右束支传导阻滞RBBB及V1V3导联ST
段抬高。虽然确切的IVF与RBBB及ST段抬高的相关程
度尚未明了，比利时及西班牙的临床研究示，此相关性存
在于40-60%的全部病例中（数据未发表）。
我们研究了IVF的六个小型家族及两例散发病例。用
单链构象多态法（SSCP）及DNA序列分析识别已知离子
通道基因的突变，包括心脏钠通道基因SCN5A。在K005
家族中，所有受累成员均发现了两个畸变的SSCP构象，一
个在SCN5A外显子21上（数据未发表）另一个在外显子
28上（图1a, b）在未受累成员及150余位对照者中（数据
未发表）均未见SSCP异常变化（图16）。基因序列分析发
现了两处C变T的碱基替换，其一在外显子21，另一处在
外显子28（图1c）。这些突变致使①1,232密码子由精氨酸
替换为色氨酸（记作R1232W，数据未发表）。它位于功能
区Ⅲ跨膜片段S1S2之间的胞外袢环中；②1,620 密码子
（T1620M，图1c）的高度保守的丝氨酸为蛋氨酸所替代。
它位于功能区ⅣS3和S4间胞外袢环中。用钠通道特异性毒
素研究表明，DⅣS3和DⅣS4间胞外袢环对于通道激活与快
速失活的偶联十分重要。
其他SCN5A的突变在两个IVF家系 K007 和K2823中
发现。在K007（图2a） 和K2823（图2b）受累个体中发
现了畸变的SSCP构象，但150余例对照的DNA样品中无此
发现（数据未发表）。DNA序列分析示，K007家族发现的异
常SSCP带中含有两个核酸AA的插入，它破坏了内含子7
插入片段18，22（图2a）。在K2823家族中发现的异常带中含
有1,397 密码子单核苷酸A的缺失（图2b），该缺失引起
框架内清除心脏DⅢ/S6，DⅣ/S1-S6及C末端的终止密码
子形成。
R1232W及T1620M突变对于IVF机制的可能作用，由爪
蟾卵母细胞的异源表达确定。电流-电压家族分为野生型
（WT）和突变型（R/WT T/M  包括含氨基酸替代的R1232W
及T1620M）通道。代表稳态激活的传导性-电压峰值坐标
点在此两种通道中不能区分。但电压依赖性稳态失活在R/WT 
T/M通道中比WT通道向正向电位移动约10mv,曲线斜率不
变。当符合Boltmann 分布时中点电位在WT和R/W+T/M通
道分别为72.6和63.4mv。我们观察到两种通道的稳态门特
性并无其他不同。特别指出的是，不同于伴长QT综合征的
SCN5A突变，在R/W+T/M通道中未发现持续的抗失活电流（数
据未发表）。上述数据证实，有RBBB及ST段抬高的IVF是
有别于长QT综合征的一种缺陷病。它是以心电图QT间期
延长，特异性室速（尖端扭转性室速）为特征的心脏复极
紊乱。
有电压依赖性失活的位移，却无相应的激活位移，表
明失活动力学的改变。因此，我们测定了从负向失活电流
恢复的时间（图3b）。在恢复电位为-80mv时，R/W+T/M通
道明显快于WT通道，负向电位越大，复极过程越明显延长，
负向电位值大于-110mv时，突变型及正常型通道的差别即
消失。在R1232或T1620突变的通道中，R1232W突变很接
近正常通道，而1620M突变则极似双突变（R/W+T/M）的动
力学模型。这表明T1620M可能决定IVF的表现型而R1232W
很少引起多态性。总之，这两种SCN5A错义突变的生物物
理分析表明，自近-80mv的失活电位恢复时间加快25-
30% ，稳态失活的电压依赖性位移向正向电位移动。
遗传分析表明，K005所有受累个体均携有一条染色体
上两种碱基替换（T1620M和R1232W），而另一条染色体无
碱基替换。这说明，此家族IVF按常染色体显性遗传。同
一组织中正常与突变钠通道的共同存在将增加不应期的不
均一性，这是已知的心律失常机制。因此，可能是潜在的
分子缺陷导致K005家族IVF的折返性心律失常。
片段突变的功能表现尚不明确，从突变位置看，发生
在DⅠs2和DⅠs3（图4）之间的胞内环中时，可以减少IVF
患者功能性钠通道的数量。K2823内一碱基对（1bp）的缺
失，形成基因内终止密码子，于是产生含跨膜区DⅠ，DⅡ，
和部分DⅢ的残缺钠通道。用爪蟾卵母细胞试验，突变的RNA
不能表达产生钠流（数据未发表）在兔脑钠通道亦有类似
发现。上述结果显示，全部四个跨膜区均为形成功能性钠
通道所必需。
钠通道钠流抑制引起右室心外膜球状动作电位的不均
缺失，造成弥漫性复极及不应（期），也就是形成折返心律
失常的理想条件。与此同时，由同一条件产生的2期内流
产生了引起室速与室颤的早搏。
无论片段突变还是单核苷酸缺失都会导致功能性钠通
道减少，从而促使折返性心律失常的形成。
本研究表明，伴RBBB及ST段抬高的IVF 是独特的综
合征。它伴有心脏钠通道SCN5A突变。我们在IVF患者中
检出两种类型SCN5A突变：一些患者有错义突变，引起SCN5A
功能改变，另一些有功能缺失突变。这两种有不同功能的
突变怎样影响钠通道尚不明确。这些钠通道能引起相似的
IVF综合征：即，使有正常结构心脏的人发生室颤，这可能
是折返机制造成的。但心电图示，ST段抬高及RBBB并非同
源--ST段抬高表现为J点上移（如K005家族）或完全性
ST段抬高（如K007家族）。是否这些模式的不同要归因于
特异性突变或其它影响因子尚不知晓。今后需要进行更多
家系的详细的表现型-基因型相关性研究以澄清疑虑。对
于IVF的基因探索及机制研究能够指导临床心律失常的合
理治疗。
方法：IVF家系识别及其表型特征：
在北美、德国、西班牙、意大利、及比利时，临床研
究已证明存在IVF家族。表型判定的指标沿用以往指标，
按先前定义判定：有先证猝死的历史；家庭成员中出现无
明确器质性心脏病或损伤、非损伤造成的长QT综合征，以
及基础情况下或静脉给予Ajmaline后出现心电图V1V3导联
RBBB或ST段抬高，如前所述。K005家族先证是双胞胎
兄弟之一，23岁死于IVF。K007家族三兄弟分别在43，46，
和35岁死于IVF；先证者的父亲曾在20和34岁出现两次
晕厥发作，一年后，再次发作并死亡。
K2823的先证有四次晕厥发作史，诊断为IVF。先证
者的父亲在48岁死于突发心搏骤停。其一堂兄弟于27岁
死于心脏病发作。电生理研究发现，先证的IVF发作可以
诱发，并演变为需直流电复率的室颤。先证在基础条件下
不出现典型的心电图RBBB和ST段抬高变化。
SSCP和DNA序列分析：
SSCP和DNA 序列分析按已有PCR引物方法进行。
人类心脏钠通道电生理特征：
位点相关性基因突变、离体转录、爪蟾卵母细胞注射、
电生理及数据分析如前述进行。从阈电位-100mv起，在-50
至50mv间逐级（10mv每级）脉冲激发。由电流-电压家族
受激发情况来评价激活：峰值测试电流换算成电导性
（ G=I/(V-Vrev)， G为传导性，I为峰值电流，V为测试
脉冲，Vrev为测得的可逆电位 ）传导性按每个细胞最大观
察值校正，以每个测试电位的平均值作图。失活用标准双
脉冲记录法判定。即，先对不同水平（-120-0mv）给予500ms
条件电位，随后逐级测试至-10mv（20ms）来评价条件步骤
阶段产生的失活程度。测试峰值电流用最大观察电流校正
（在最大负向条件电位），表示为平均值±标准差，并以此
为条件脉冲振幅的功能表现作图。失活的恢复时程用三脉
冲记录法：500ms条件刺激（Vc）至-10mv，致完全失活，
之后紧随的恢复间期(Vr)，由测试脉冲激活的峰值电流
(Bt;-10mv,20ms)用来分析恢复程度。重叠的测试峰电流与
恢复间期时程作图，并与单指数功能减退一致。阈电位(Vh)
为-120mv。

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