心房颤动分子基础和细胞电生理学机制课件

心房颤动：分子基础和细胞 电生理学机制 陈义汉 同济大学附属同济医院心脏内科 同济大学医学遗传研究所 同济大学心肺血管疾病研究所 同济大学医学院人类疾病基因研究中心 长城国际心脏病学会议 汇报提纲： 我们的研究工作 心房颤动的分子基础 心房颤动的电生理学机制 我们的研究工作我们的研究工作 第一个心房颤动致病基因的识别 Science 2003; 299: 251-4 第一步：染色体定位 第二步：定位候选 第三步：功能反证 Chromosome 11p15.5 图：分子标测 表：疾病基因座位和11号染色体15个标记物连锁分析 基因座位：D11S1363和D11S1346之间 遗传距离：19.6 cM, -12 Mb KCNQ1（OMIM 192500） DRD4（ OMIM 126452） KCNQ10T1 LIT1 KCNJ11 （ OMIM 600359） KCNC1 （ OMIM 176258） ADRBK1 （ OMIM 109635） CALCA （ OMIM 114130） CALCB （ OMIM 1141600） SLC22A1L 候选基因： 图：KCNQ1通道蛋白S140G突变 图：KCNQ1突变位于高度保守区域 图：KCNQ1及其Beta亚基 KCNE1、KCNE2、KCNE3 KCNQ1、 KCNE1、KCNE2、KCNE3 图：S140G改变KCNQ1-KCNE1离子通道功能 彻底改变Iks门控效应和动力学： 1、 瞬时激活和失活 2、线性电流-电压关系 3、外向钾电流放大 4、内向钾电流形成 与LQT变异功能相反 图：S140G改变KCNQ1-KCNE2离子通道功能 显著放大背景电流 1、内向电流 2、外向电流 3、293B特异阻滞 R190Q相反 G269D相反 Y315S相反 R555C相反 第二个心房颤动致病基因的识别 Am J Hum Genet 2004; 75: 899-905 第一步：采集心房颤动家系临床遗传学资料和血液标本； 第二步：确立候选基因，筛查变异； 第三步：变异体保守性分析； 第四步：健康人群分析，排除多态性； 第五步：功能研究反证； 第六步：排除导致其他疾病的可能性。 图：心房颤动家系临床特征和系谱图 28个家系 462个对照 9个省市 5年的采集 图：KCNE2 R27C变异导致心房颤动 KCNQ1 HERG KCNE1 KCNE2 KCNE3 KCNE4 KCNE5 Kir2.1 Ankrin B 图：KCNE2 R27C变异导致背景电流放大 KCNQ1 E1 T8A E1 Q9E HERG HCN1 HCN2 HCN4 第三个心房颤动致病基因的识 别 Biochem Biophys Res Commun. 2005; 332: 1012-9 第一步：家系中氨基酸替换的识别 第二步：替换不存在于420例健康对照 第三步：替换存在于高度保守区域 第四步：该替换产生心房颤动独特的“功能获得”性电生理效应 第五步：KCNJ2基因在心房组织高表达 第六步：确立该替换属于致病突变 第七步：证明该突变不影响KCNJ2基因编码蛋白Kir2.1通道的装配 第八步：证明该突变影响Kir2.1通道的电导性 第九步：该突变稳定静息膜电位，缩短有效不应期，启动心房颤动 图：心房颤动家系系谱图 图： Kir2.1突变序列 图：Kir2.1V93位置 图：Kir2.1mRNA在心脏中的表达 图：V93I改变Kir2.1通道功能 图：V93I对Kir2.1通道产生功能获得效应 新的心房颤动致病基因座位 to be submitted 图：分子标测 Chromosome 10p11-q21 A B C 图：心房颤动ECGs和室上性快速心律失常 图：心房颤动致病基因座位的遗传距离 心房颤动的分子基础心房颤动的分子基础 动作电位的离子流：INa、ICa-L、If、INa/Ca、Ito1、 Ito2、Ikr、Iks、Ikur、IK-ATP、IK-Ach和IK1等。 相应的离子通道：HCN、Cach2a、SCN5A、KVLQT1、MinK 、HERG、MiRP1、Na+-Ca2+交换器、Kv1.4、Kv4.2、 Kv4.3、Kv1.5、Kir6.1/2、Kir3.1-Kir3.4和Kir2x等。 Cardiac Electrophysiology ICa-L、IK-Ach和IK1可能是心房颤动颤动 的重要离 子流基础础，而相应应的离子通道蛋白则则可能是心 房颤动颤动 的关键键分子底物。 Nature 2002; 415: 219 心房颤动颤动 的重要分子特征是ICa-L通道功能下降。 ICa-L电流下降可能起源于1c、b/c亚单亚单 位转录转录 降 低或ICa-L通道下调调。 ICa-L通道下调调可以保护护心肌细细胞免受心房颤动时颤动时 快速 收缩缩活动动引起的致死性钙钙超载载危害。 然而，这这种保护护机制同时缩时缩 短动动作电电位时时程和ERP，从 而促成了心房颤动颤动 的维维持。 IK-Ach通道敲除型小鼠不能被诱发心房颤动颤动 。 IK-Ach通道在小鼠心房颤动颤动 发生中的重要作用。 Dobrev等观察到，心房颤动颤动 时人类心房心肌细胞IK1电 流密度是正常窦性心律时的2倍。 Van Wagoner等和Bosch等的独立的研究，也获得类似的 结果。 IK1可能与心房颤动颤动 相关。 ICa-L、IK-Ach和IK1通道功能的变变化究竟是心 房颤动颤动 的原因还还是结结果？ 心房颤动颤动 的无辜“旁观观者”？ 相邻邻心肌细细胞间间的连连接结结构称为缝为缝 隙连连接。 缝缝隙连连接则则由连连接蛋白构成。 连连接蛋白为为多基因家族。 在哺乳动动物心脏脏，存在多种连连接蛋白。 例如Cx37、Cx40、Cx43、Cx45、Cx46和Cx50。 连连接蛋白异常可能引起传导传导 速度的异质质性，诱发诱发 折返和AF的发发生 。 证证据表明Cx40可能与术术后AF的发发作有关。 细胞间和细胞内的信号传输大大地依赖于信 号转导系统。 离子通道的功能活动也接受信号转导系统的 调节。 -肾上腺素受体以及其他几种蛋白调控由 通道蛋白KVLQT1和MinK形成的Iks电流。 线线粒体 炎症 退变变 MAP激酶 甲状腺素 RAS系统统 其他 1997年Brugada：第10号染色体10q22-q24； 三个西班牙家系，呈现常染色体显性遗传； 心房颤动初发年龄为2-32岁； 表现为孤立性心房颤动； 其中一个家族26个个体中10个发生心房颤动； 基因座位定位在相当小的范围之内； 致病基因的识别工作正在进行之中。 Brugada et al. Ellinor等分析了一个常染色体显性遗传的心房颤动家系； 发病年龄范围为21-72岁，平均50岁； 心房颤动首先表现为阵发性，然后变成持续性或持久性 它们一样归类为孤立性心房颤动； Ellinor等将该基因座位定位在第6号染色体6q14-16。 Ellinor et al. Oberti等发现一个常染色体隐性遗传的心房颤动家系； 心房颤动始于胎儿时期； 部分患者出现室性心动过速、猝死和心肌病变； 杂合子携带者心电图上P波明显增宽； 他们将AF致病基因座位定位在第5号染色体5p13。 Oberti et al. Hong等发现一例胎儿时期的心房颤动和短QT综合征； 突变基因KCNQ1，突变体V141M； 突变体的功能改变同我们发现的KCNQ1 S140G。 Hong et al. lamin A/C：非心脏表现型和心脏表现型（心房颤动、 扩张性心肌病和传导系统病变lamin A/C：非心脏表现 型和心脏表现型（心房颤动、扩张性心肌病和传导系统 病变）。 ANK-B：长QT综合征、心房颤动和窦房结功能不全。 SCN5A：倾向发生早发扩张性心肌病和心房颤动。 其 他 正如先天性长QT综合征一样 心房颤动分子基础已经超越离子通道； 多种因素参与了心房颤动的发生 类似于多基因遗传病冠心病和高血压病等； 初步的资料使我们相信 心房颤动的分子基础研究可能需要跨越漫长的道路。 心房颤动的电生理学机制心房颤动的电生理学机制 20世纪初叶(Luwis et al)：“概念性框架”。 20世纪中叶(Moe et al)：“多环折返假说”。 20世纪晚叶(Hai