特发性室颤的基因基础和分子基础

室颤在美国每年可导致300,000以上的心脏猝死，大约5-12%的猝死患者并无心脏以及非心脏方面的原因，这被称为特发性室颤。有一组室颤患者显示有典型的心电图特征，由于有限的家谱资料，特发性室速的分子生物学研究尚未开展，我们试图通过研究钠通道基因SCN5A突变来观察离子通道功能异常是否可以引起IVF。我们已经在三个IVF家族中发现一个错义突变、一个剪切突变（splice-donor mutuation）、一个框架移位突变（frameshift mutuation），同时发现错义突变可引起失活加速，而框架移位突变可以使钠通道失去功能。我们结果提示钠通道基因的突变可以增加IVF的危险度。 室颤是导致心脏性猝死的最常见原因，当它发生时，脉搏血压消失，病人意识丧失。如不立刻制止心律失常，死亡不可避免，IVF占院外心脏停跳幸存者的3%。IVF幸存者复发率高达25—30%。有人描述一类IVF幸存者具有典型的心电图表现，即右束支阻滞，V1—V3导联ST段抬高，尽管IVF伴右束支阻滞及ST段升高这类患者的流行病学尚未搞清，比利时和西班牙的临床资料显示，它占IVF病例的40—60%左右。 我们研究了6个小家族和2例散发病例，采用单链构象多态性分析（SSCP）及DNA测序的方法已知离子通道的突变其中包括心脏钠通道基因SCN5A，在K005家族发现两种畸变SSCP构象，分别在SCN5A外显子21和外显子28。在未受累的家族和150对照未发现异常SSCP构象。DNA测序发现两个C到T的替代，一个在外显子21，一个在外显子28：这导致密码子1232上的一个精氨酸由色氨酸替代（表示为R1232W），该氨基酸位于SCN5A结构域Ⅲ区跨膜区域S1片段与S2片段之间的细胞外环区，结构域Ⅳ区跨膜区域S3片段与S4片段之间的细胞外环区一个高度保守的苏氨酸由甲硫氨酸代替。既往有关钠通道特异毒素研究提示DIVS3和DIVS4之间的细胞外环区与偶联钠通道的快速失活有重要关系。 在两个IVF家族发现另外的SCN5A突变，即K007和K2823。在受累的家族中可以观察到不正常的SSCP构象，而在150对照中未发现有此改变。DNA测序揭示畸变的SSCP构象条带中包含两个插入的核苷酸：AA，这打断了内含子7的剪切供体顺序。K2823中的不正常条带包括在1397位的一个腺嘌呤的缺失，这导致生成一个框架内终止密码子从而停止DⅢ/S6，DⅣ/S1-S6和心脏钠通道的羧基端部分的翻译表达。 R1232W和T1620M突变对于IVF发生机制的贡献已由爪蟾卵母细胞异种表达系统确定，电流电压家族由野生型和突变型（包括R1232W和T1620M突变）的通道记录获得，两种通道中代表稳态激活的峰电导电压散点图并无显著性差别，然而，稳态失活依赖的电压在突变通道中较野生型向正电位方向偏移了10mV，曲线的斜率并无变化。当用Boltzmann分布拟合时，中点电位分别是-72.6mV(野生型)和-63.4mV(突变型)，这两个通道在稳态门控方面没有其他的不同，这一点不同于与LQT关联的SCN5A基因突变。在这两个突变的钠通道中，没有观察到持续的失活抵抗电流。这些资料说明IVF伴ST段升高的基因缺陷与LQT不同，LQT是一种复极的失调表现为长QT间期和尖端扭转性室速。 失活依赖电压的偏移不伴有相应激活电压偏移提示失活动力学方面的变化，我们测量了在不同静息电位时的恢复时间，在-80mV电位时，R/W和T/M突变通道较野生型通道表现出更快地恢复，由于静息电位负值愈大，恢复的时间常数愈加速，但这种差别在静息电位在-110mV以上时消失。在这两种突变通道中，R1232W突变引起的行为更像是正常通道，而T1620M突变引起的通道电特征类似双突变（即R/W和T/M）。这提示T1620突变是IVF表型可能的原因，而R1232W可能仅是一个少见的多态性。总之，SCN5A的两种突变的生物学分析表明，在-80mV静息电位时，静态失活依赖的电压向正的方向偏移，伴有25%-30%的恢复时间加速。 基因分析显示，K005家族所有受累个体在一条染色体上携带两个替代突变（R1232W和T1620M），而其它染色体上未有此发现，提示在本家族中IVF为一种常染色体显性遗传。在心肌细胞膜同时存在正常与突变基因导致不应期的离散，从而引起心律失常，因此是一种分子缺陷导致了在K005家族中折返性心律失常的发生。 剪切突变引起的后果尚未确立，考虑突变的位置在DIS2和DIS3之间的细胞内环部，它可能减少IVF患者有功能的钠通道的数目。K2823中一个碱基对的缺失导致一个基因内终止子的生成，在跨膜域DI，DII和部分DIII之间产生了一个缩短的钠通道蛋白，在爪蟾卵母细胞中测试时，突变的RNA未能表达出钠电流同样的发现在鼠脑钠通道中已有报道，这些结果提示所有这四个跨膜区域是形成有功钠通道所必需的。 钠通道电流的抑制导致了右心室心外膜动作电位穹窿部呈多样性的丧失，导致复及时和不应期的离散，这为折返性心律失常的发生提供了理想的基质。这种情况下的二相折返能产生诱发室速和室颤的室早，正常钠通道基因的剪切突变和缺失突变能够使正常功能的钠通道数量减少，从而诱发折返性心律失常。 IVF伴RBBB和ST升高是一典型综合征，钠通道的基因突变与此有关，我们在IVF病人中发现两种SCN5A基因的突变，一种是错义突变这导致SCN5A功能发生变化，一种可能导致功能丧失的突变。现在尚不清楚这两种突变基因对钠通道的不同影响是如何导致相似的IVF综合：在心脏结构正常的个体，这两种类型均可导致室颤，折返被认为是可能发生的机制，然而，心电图显示的ST升高和RBBB表现出不均一性：有的ST段升高仅表现出J点抬高（如在K007家族）或者完全的ST段升高（如在K007家族）。这种差异是由特异基因突变导致抑或其它因素引起，现在尚不清楚，需要详细的IVF家族的表型与基因型相关分析来进一步阐明。基因测试以及对IVF机制的理解有助于对心律失常选择合理的治疗。