先天性长QT综合征相关突变基因

1、先天性长QT综合征相关突变基因         【关键词】  先天性长QT综合征先天性长QT综合征(Long QT Syndrome，LQTS)是因编码离子通道蛋白的基因突变导致心肌细胞膜离子通道功能障碍而引起的一组临床综合征，临床上表现为QT间期延长、ST-T 易变、多形性室性心动过速、尖端扭转性室性心动过速(torsade de pointes，TdP)及发作性眩晕。目前已发现十个与LQTS相关的致病基因，分别是KCNQ1（KVLQT1）、KCNH2（HERG）、SCN5A、Ankyrin-B(ANK

2、2)、KCNE1(MinK)、KCNE2(MiRP1)、KCNJ2、Cav1.2、Cav3、SCN4B、AKAP9、SNTA1，将LQTS分为LQT110这10个亚型1，如表1。至今，在LQTS致病基因上共发现突变位点500多个，而大部分是LQT1、LQT2和LQT3三型。根据遗传特征临床上分为两种类型，一种是Romano-Ward(RWS)综合征, 体染色体显性遗传，临床常见，不伴有先天性耳聋；另一种是Jervell-Lange-Nielsen(JLNS)综合征，为体染色体隐形遗传，伴有先天性神经性耳聋。LQTS并非一个常见的临床疾病，但由于该疾病发病突然、猝死率高、又多以青少年发病，近年来

3、LQTS的分子生物学研究有了突破性的进展，尤其阐明了基因型和表现型关联性，为遗传学研究成果应用到个体化治疗提供了一个典范，LQTS已成为近年来心血管病领域内的一个研究热点。作者就此方面的研究进展综述如下。1  KCNQ与KCNE11.1  KCNQ1与LQT1  (1)KCNQ1结构与功能  1996年，Wang等2首先克隆了位于11p15.5的KCNQ1基因。它由16个外显子组成，长约400kb，所有内含子序列在受体剪接区有不变的AG序列，供体剪接区有不变的GT序列，编码KVLQT1蛋白，即延迟整流钾通道缓慢激活成分(slowly activ

4、ated delayed rectifier potassium channel，IKs)的-亚单位，由6个跨膜片段(S16) 、1个门区及细胞内外的氨基(N-)和羧基(C-)末端组成1。(2)KCNQ1作用机制：基因突变引起IKs的亚单位功能受损,IKs钾外流量显着减少，从而延长动作电位时间(Action period duration, APD)，心电图上表现为QTc延长和尖端扭转性室性心动过速，导致LQTS1。KCNQ1突变有错义突变、无义突变、剪接突变、氨基酸缺失、移码突变，大部分突变发生在跨膜区或细胞内部分。表1  先天性长QT综合征基因亚型（略）注：Iks：缓慢激活延迟整

5、流钾电流，Ikr：快速激活延迟整流钾电流，ICa2+：L型钙电流，INa :钠电流    国外的研究表明，其突变可能通过显性负调控(KCNQ1突变型通过一种“毒性”作用干预正常野生型的功能)或功能丧失机制(只有突变型失去活性)发挥作用的。     1.2  KCNE1与LQT5  1997年Splawski等3首次将KCNE1基因作为第五个LQTS基因进行报道。它在21q22.122.2，含有130个氨基酸，结构中仅有一个跨膜区，有3个外显子，2个内含子位于5-UTR，内含子的供体和受体剪接位点均有GT和AG1。M

6、inK蛋白是一种功能性钾通道，编码Iks蛋白的亚单位。KCNE1基因的突变报道较少，仅占2%。1.3  KCNQ1与KCNE1的关系  KCNE1与KCNQ1共同表达形成Iks，KCNQ1编码Iks 亚单位和KCNE1编码2亚单位。4个亚单位组成一个四聚体,构成Iks的功能区。亚单位是亚单位的主要调节因子，是Iks通道的整合蛋白。MinK蛋白是通过其羧基端片段和KVLQT1的门区相互作用而形成KVLQT1/MinK复合体，从而共同调节通道动力学及提高通道复合体的稳定性3。MinK可改变Iks通道的离子选择性以及对电压的依赖性，从而调节后者的功能。尽管MinK能影响Iks通道

7、的失活与开放，但它主要对KCNQ1的影响是使其通道激活的速度减慢10倍，而且MinK/KCNQ1作为整个通道的通透性大约增加3倍(与单一的KCNQ1相比)3。MinK除了与KVLQT1组合外, 还与HERG组合。因此MinK会产生LQT1和LQT2的表现型。2  KCNH2与KCNE2 2.1  KCNH2 (1)KCNH2结构与功能：LQT2的致病基因为HERG( Human“ether-a-go-go”related gene)，位于7q3536，由4个亚单位组成，每个亚单位有6个跨膜片段，1个孔区及氨基和羧基末端，N和C末端均位于细胞内，跨膜片段S5、S6及

8、连接两者的胞内肽段共同构成通道孔的结构域，跨膜区与孔区是突变的好发位点。其编码(rapidly activated delayed rectifier potassium channel，Ikr)的亚基,调控着IKr的功能和表达,IKr是心室肌细胞动作电位复极期中的主要外向电流4。(2)KCNH2作用机制：HERG基因突变则导致IKr通道失活，电流减少或消失，引起心肌复极延长。目前，基因库中收录的HERG突变共200种。HERG突变涉及通道的各个区域。目前将HERG突变致LQT2的机制归纳为：合成异常；细胞内运输异常；通道门控异常；通道离子选择性异常。一种突变可通过4种机制中的一种或数种发挥作

9、用。其中合成异常和细胞内运输异常是HERG基因错义突变导致LQT2最常见致病机制。研究提示位于HERG通道螺旋或者折叠结构域的氨基酸替代与通道蛋白在细胞内的合成、修饰、成熟和运输异常相关5。2.2  KCNE2 (1)KCNE2与LQT6：KCNE2是LQT6的致病基因，定位于21q22.1。KCNE2编码含123个氨基酸的MiRP1基因相关蛋白，MiRP1有2个N-相关的糖基化位点，一条跨膜片段和2个蛋白激酶C介导的磷酸化位点，整个蛋白分子只有一个跨膜区即4969区域，推测只有一个跨膜片段。KCNE2编码IKr亚单位。体外研究表明KCNE2能够与Kv4.2(kv-电压门控

10、钾通道)结合调节其门控动力学。提示KCNE2不仅是IKr的亚基，它可能同样作为瞬间外向钾电流(Ito)的亚基调节其功能。KCNE2变异可引起心肌细胞动作电位钾离子流的改变而延长动作电位的复极化。2.3  KCNH2与KCNE2的关系  MiRP1的主要功能是作为辅助亚单位与钾通道的亚单位HERG一起形成完整的IKr通道，调节其整体的开放与失活动力学，增加通道的稳定性。  MiRP1与HERG共同形成的稳定的复合物与机体自然的Ikr通道在整体行为，对细胞钾离子的敏感性，通道的失活速度及更为重要的抗心律失常药物E-4031的反应等诸多方面均完全相同6。而且尽

11、管整个通道的通透行为，开放动态均受到MiRP1的影响而改变，但是HERG通道开放的特性并没有改变，除极时Ikr通道激活产生小的外向电流，然后快速失活，在复极时转化为关闭状态的速度缓慢，允许更多的离子流通过。         3  SCN5A、Cav3和SCN4B   LQT3的致病基因是SCN5A，定位于3p2124。由28个外显子组成，编码一长约2016个氨基酸的蛋白，该蛋白在细胞膜上形成4个结构类似的同源结构域(Domain,D-D)，每个区域由6个跨膜片段组成，4个区共有24个片

12、段。其中S5和S6片段之间的连接环构成通道孔，通道孔具有不对称结构，其选择性使Na+通过。S4片段为通道的电压感受器，当细胞膜电位除极时可使S4片段发生跨膜移动，激活钠通道产生钠电流。该基因编码心肌Na通道亚单位。 SCN5A的基因突变可改变钠通道的正常结构，进而改变钠通道的功能，并导致心律失常的发生。SCN5A突变主要通过以下遗传机制引起心律失常：功能缺失性突变：使钠通道失活延迟、形成无功能通道、钠通道快速失活；功能获得性突变：引起钠通道失活减慢，及晚期钠电流的增加。至今，在SCN5A基因上已发现175个突变位点，其中75个位点引起LQT3。对于QTc处于临界值的患者需进一步做运动试验以掌握

13、较多的信息。研究发现肾上腺素激发试验可以非常精准的发现潜在LQT1突变基因携带者12。  基因学检查目前仅用于临床上LQTS诊断已成立或具有强烈LQTS临床背景家族及成员。对确诊患者行基因测定和亚型分类可指导治疗, 但基因测试比较昂贵, 目前国内开展此工作的单位较少, 尚难以近期广泛推广应用。6.2  治疗  LQTS治疗主要是对症治疗，包括去处诱因、补充镁盐、异丙肾上腺素、受体阻滞剂、左侧心交感神经切除(Left cardiac sympathetic denervation，LCSD)、心脏起搏器和植入心脏除颤器(Implantable c

14、ardioverter defibrillator，ICDs)。其药物治疗主要是受体阻滞剂，受体阻滞剂对以下几种效果较好：(1)QTc 500ms；(2)LQT1、LQT2；(3)18岁前有心脏事件发生13。对于无效患者目前仅能采取LCSD和ICDs，但这些治疗与离子通道阻滞剂仍存在诸多问题。只有基因治疗才能使遗传性疾病根治成为可能，但仍有许多不足之处有待于进一步研究。   综上所述，随着LQTS的分子生物学深入研究，对其基因型表现型关联性的进一步阐明，为建立个体化的特异基因治疗和通道基因突变所进行的特异治疗提供广阔前景。可预见，随着研究的进一步深入，会发现  1

15、 Splawski I，Shen J,Timothy KW,et al.Spectrum of mutations in long QT Syndrome genes KVLQT1,HERG,SCN5A,KCNE1 and KCNE2.Circulation, 2000,102(10):11781185.2 Wang Q, CurranME, Sp laswki I, et al. Positional cloning of a novel potassium channel gene:KVLQT1 mutations cause cardiac arrhythmias.Nat Genet,1

16、996, 12(1):1723.3 Splawski 1,Tristani M,Lehmann MH,et al.Mutations in the hminK gene cause Long QCT syndrome and suppress IKs function.Nat Genet,1997,17(3):338340.4 Roden DM,Balser JR,George AL,et al.Cardiac ion channels.Annu Rev Physiol, 2002,64(3):431475.5 Anderson CL,Delisle BP,Anson BD,et al.Mos

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18、t al.A novel mutation in the SCN5A gene is associated with Brugada syndrome .Life Sci,2007,80(8):716724.8 Argelia MD,Toshihiko Ka. SCN4B-Encoded Sodium Channel 4 Subunit in Congenital Long-QT Syndrome.Circulation,2007;116:134142.9 Tamargo J,Caballero R,Gomez R,et al.Pharmacology of cardiac potassium channels.Cardiovasc Res,2004,62(1):933.10 Tristani Fi,Jensen J