董皓波,尹儷璇,楊森宇,陳世聞,張瑛昊,蘇敬陽(yáng)

0 引言

心肌細(xì)胞膜蛋白基因編碼的改變會(huì)引起細(xì)胞生理功能障礙,最終導(dǎo)致心律失常,包括長(zhǎng)QT綜合征(Long QT syndrome,LQTS)[1]。LQTS臨床表現(xiàn)為明顯的QT間期延長(zhǎng)和T波異常,易產(chǎn)生惡性心律失常、反復(fù)發(fā)作性暈厥、心臟驟停,甚至猝死等心臟事件,給患者家庭和社會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的精神和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān),危害性極大[2]。劇烈運(yùn)動(dòng)或情緒緊張是誘發(fā)長(zhǎng)QT綜合征的主要因素,其在睡眠中較少發(fā)生,發(fā)作一般沒(méi)有征兆。

有報(bào)道,遺傳性L(fǎng)QTS是由于不同的離子通道如鈣離子通道、鉀離子通道、鈉離子通道以及鈣調(diào)蛋白等基因突變引起的。心臟的動(dòng)作電位受到一系列復(fù)雜的離子通道活動(dòng)的調(diào)控,例如鈣離子電壓門(mén)控通道Cav1.2、鉀離子電壓門(mén)控通道KCNQ1/KCNH2、鈉離子電壓門(mén)控通道SCN5A等,這3種離子通道在產(chǎn)生心臟動(dòng)作電位時(shí),各自發(fā)揮著不同的作用,因此,當(dāng)其發(fā)生基因突變時(shí),可導(dǎo)致產(chǎn)生不同分型的LQTS。不同的基因突變誘發(fā)的LQTS共有17種類(lèi)型,其中KCNQ1 的基因缺失突變會(huì)導(dǎo)致LQTS1,KCNH2突變導(dǎo)致LQTS2,SCN5A突變會(huì)導(dǎo)致LQTS3,Cav1.2蛋白突變會(huì)導(dǎo)致LQTS8等[3]。目前,大多數(shù)的LQTS患者都屬于LQTS1、LQTS2、LQTS3三大類(lèi)亞型。其中,33%～45%的基因型病例屬于LQTS 1;25%～35%的基因型病例屬于LQTS2;2%～8%的基因型病例屬于LQTS3。SCN5A鈉通道突變引起的LQTS 3在各個(gè)方面與KCNQ1突變引起的LQTS1和KCNH2突變引起的LQTS2有較大的差異,LQTS3患者多表現(xiàn)出明顯的靜息心動(dòng)過(guò)緩的癥狀,在慢心率時(shí),QT間期延長(zhǎng)表現(xiàn)較為明顯[4]。CaM是一個(gè)由3個(gè)同源基因(CALM1、CALM2、CALM3)編碼的Ca2+結(jié)合蛋白,任何一個(gè)基因突變都會(huì)引起嚴(yán)重的心血管疾病[5]。CaM與Ca2+結(jié)合后被激活參與調(diào)控L型鈣離子通道(Cav1.2 通道)。CaM基因突變降低了其對(duì)Ca2+的親和力,并且心臟的L型鈣通道(Cav1.2)的生理生化性質(zhì)也會(huì)被改變[5-7]。目前LQTS的治愈率很低,大多數(shù)患者在發(fā)病過(guò)程中離世,因此,LQTS的預(yù)防和治療極為重要。本文就離子通道基因突變誘發(fā)LQTS的作用機(jī)制,以及目前臨床上LQTS治療現(xiàn)狀進(jìn)行綜述,探討LQTS可能的防治靶點(diǎn),為未來(lái)新藥研發(fā)提供一定的理論依據(jù)。

1 LQTS發(fā)病機(jī)制

1.1 鉀離子通道與LQTS 延遲整流K+電流(IK)在心肌細(xì)胞的動(dòng)作電位復(fù)極化中起著關(guān)鍵作用,其中包括IKr和IKs[8]。電壓門(mén)控K+通道Kv7.1的α亞單位由KCNQ1編碼,α亞單位與輔助作用的β亞單位KCNE1結(jié)合,形成功能性通道并產(chǎn)生緩慢激活的延遲整流K+電流(IKs),生理上隨著交感神經(jīng)的激活而增強(qiáng),這種電流在心率增加時(shí)調(diào)節(jié)QT間期和保持心臟動(dòng)作電位的正常持續(xù)時(shí)間非常重要[9-10]。KCNQ1基因缺失與LQTS1有關(guān)。KCNH2基因編碼電壓門(mén)控K+通道α亞單位Kv11.1,4個(gè)Kv11.1亞單位共同組成1個(gè)四元離子通道,能傳導(dǎo)快速的延遲整流K+電流(IKr)。KCNH2基因突變與大約60%的LQTS2有關(guān),并且主要與4種不同的分子機(jī)制相關(guān),即轉(zhuǎn)錄或翻譯異常、蛋白運(yùn)輸缺陷、通道門(mén)控異常、通道滲透性改變,導(dǎo)致離子通道活性喪失[11]。此外,通過(guò)基因分析,HERG基因的錯(cuò)義表達(dá)已經(jīng)被確定為L(zhǎng)QTS 2的顯性突變基因,大多數(shù)HERG基因錯(cuò)義表達(dá)導(dǎo)致HERG蛋白運(yùn)輸障礙,因此,大量未成熟的HERG蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中累積[12],這與LQTS2的發(fā)生密切相關(guān)。

對(duì)于LQTS1,Kv7.1離子通道上有多個(gè)突變點(diǎn),并且KCNE1上有超過(guò)36個(gè)突變位點(diǎn)[13]。D242N突變點(diǎn)位于Kv7.1 通道的S4跨膜段,其導(dǎo)致鉀離子通道門(mén)控模式發(fā)生變化,但不影響通道離子運(yùn)輸功能。因?yàn)楫?dāng)KCNE1基因缺失時(shí),D242N-Kv7.1的細(xì)胞表面靶向作用沒(méi)有受到影響。在其他鉀離子通道家族中,D242殘基并不存在,表明D242在Kv7.1離子通道中具有獨(dú)特的作用。D242N突變會(huì)使負(fù)電荷丟失,進(jìn)而導(dǎo)致遠(yuǎn)端S4電荷失去平衡。有膜片鉗實(shí)驗(yàn)表明,當(dāng)D242N突變發(fā)生時(shí),電壓依賴(lài)性激活沒(méi)有變化,但Kv7.1通道的電壓依賴(lài)性失活明顯減弱。然而,由于D242N-Kv7.1通道與KCNE1的結(jié)合,去極化電位發(fā)生變化,從而影響了膜電位上的IKs[13]。此外,KCNQ1突變導(dǎo)致的IKs減少可以由KCNQ1蛋白向細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)受損和膜上通道蛋白功能表達(dá)受損引起[14-16]。位于KCNQ1C末端結(jié)構(gòu)域中4個(gè)α螺旋中的A和B螺旋的旁側(cè)區(qū)的新型突變M437V,通過(guò)使通道蛋白的功能受損,減少了IKs并延長(zhǎng)動(dòng)作電位持續(xù)時(shí)間,這表明螺旋A和B區(qū)域突變影響KCNQ1介導(dǎo)的離子通道電流的傳導(dǎo)性,但不影響KCNQ1蛋白向細(xì)胞膜的轉(zhuǎn)運(yùn)[17]。

對(duì)于LQTS2,KCNH2基因突變降低IKr,導(dǎo)致心室去極化到復(fù)極化的持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng),臨床上表現(xiàn)為心電圖的QT間期延長(zhǎng)。很多LQTS2與KCNH2基因突變有關(guān)[11],其中大部分是錯(cuò)義突變。大多數(shù)錯(cuò)義突變會(huì)引起IKr的減少,并且引起心臟動(dòng)作電位復(fù)極化延長(zhǎng)[18]。H1153Y-KCNH2錯(cuò)義突變發(fā)生在1 153位氨基酸上,組氨酸被酪氨酸所取代,這個(gè)殘基位于蛋白質(zhì)的C末端,參與Kv11.1亞單位的組成、轉(zhuǎn)運(yùn)和功能調(diào)節(jié)。Farrugia等[11]研究表明,H1153Y-KCNH2是一個(gè)功能缺失的突變,可以通過(guò)改變通道的一些特性引起HERG通道功能的喪失,進(jìn)而降低了HERG電流密度,但不會(huì)引起Kv11.1通道的轉(zhuǎn)運(yùn)中斷。

1.2 鈣離子通道和鈣調(diào)蛋白 Cav1.2通道負(fù)責(zé)運(yùn)輸Ca2+的α亞單位,包含4個(gè)相連的同源結(jié)構(gòu)域,Domain I-IV,其中每個(gè)結(jié)構(gòu)域包括6個(gè)跨膜段S1-S6。S1-S4跨膜段形成電壓傳感器域(Voltage sensor domain,VSD),其中位于S4上的精氨酸和賴(lài)氨酸殘基可以充當(dāng)電壓傳感器,膜電位的變化可以引起氨基酸殘基位置的改變,進(jìn)而控制了通道的開(kāi)放或關(guān)閉。S5-S6跨膜段形成孔域(Pore domain,PD),它們之間的P環(huán)決定了鈣通道對(duì)Ca2+的選擇性運(yùn)輸[19]。Cav1.2 α亞單位與輔助亞單位β3和α2δ亞單位復(fù)合物作為一個(gè)大分子存在,可以調(diào)節(jié)通道的激活和失活。這3個(gè)亞基會(huì)經(jīng)歷Ca2+依賴(lài)性失活(Calcium-dependent inactivation,CDI),即在持續(xù)去極化狀態(tài)下,鈣通道的失活可以由內(nèi)流的Ca2+促進(jìn)[20],這使其能夠調(diào)節(jié)鈣離子向心肌細(xì)胞內(nèi)的流入。當(dāng)Cav1.2通道發(fā)生CACNA1C突變時(shí),會(huì)使Ca2+內(nèi)流增加,最終導(dǎo)致LQTS8[21],例如G1911R位點(diǎn)突變[22]。

L型鈣離子通道主要在心肌細(xì)胞中表達(dá),可精確地控制Ca2+進(jìn)入細(xì)胞。正常心率所必需的CDI很重要,決定了心臟動(dòng)作電位的持續(xù)時(shí)間。這種調(diào)節(jié)機(jī)制是由Ca2+傳感器CaM決定的[23]。1個(gè)CaM與4個(gè)Ca2+結(jié)合后被激活(構(gòu)象發(fā)生變化),發(fā)揮生物學(xué)功能,CaM/Ca2+復(fù)合物可以與目的蛋白結(jié)合,進(jìn)而調(diào)控靶蛋白的活性。CaM基因突變會(huì)抑制CaM與Ca2+的結(jié)合,并且減弱Cav1.2鈣通道的CDI作用,最終引起心臟功能紊亂,動(dòng)作電位去極化延長(zhǎng)。與LQTS有關(guān)的CaM突變位點(diǎn)有很多,例如,CALM1(E141G、F142L、D130V)、CALM2(D96V)等,其中E141G是目前發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)既可以影響Cav1.2鈣通道,又可以影響Nav1.5 鈉通道的突變位點(diǎn)[5,24]。

1.3 鈉離子通道與LQTS SCN5A負(fù)責(zé)編碼電壓門(mén)控鈉離子通道Nav1.5的α亞基,參與調(diào)控鈉離子內(nèi)流(INa)、動(dòng)作電位的起始、傳導(dǎo)以及興奮在心臟上的傳導(dǎo)[4]。SCN5A基因突變影響通道功能。在功能獲得型突變中,例如G213D位點(diǎn)突變使晚期的INa持續(xù)增加,而INa峰值不變,導(dǎo)致更多的Na+通過(guò)異常的通道門(mén)控模式進(jìn)入心肌細(xì)胞內(nèi)[25]。這在心電圖上表現(xiàn)為QT間期延長(zhǎng),通常被認(rèn)為是導(dǎo)致LQTS3的主要原因[4,26]。SCN5A功能缺失突變會(huì)導(dǎo)致INa峰值降低,使SCN5A表達(dá)水平降低或產(chǎn)生有功能缺陷的Nav1.5蛋白。一些SCN5A突變體可以同時(shí)導(dǎo)致晚期的INa增加和INa峰值降低,同時(shí)表現(xiàn)出功能獲得型突變和功能喪失型突變的特征,如N406K突變。然而,與N406K相反,E1784K主要通過(guò)改變通道門(mén)控模式增加晚期INa和減少I(mǎi)Na峰值[26]。

2 LQTS的臨床診斷與治療

2.1 LQTS的診斷

2.1.1 診斷依據(jù) LQTS可以通過(guò)臨床癥狀(暈厥、缺氧、心悸或心源性猝死等)和家族史,以及某些特定的檢查,例如心電圖、24小時(shí)Holter記錄分析和運(yùn)動(dòng)壓力測(cè)試等診斷[27]。此外,藥物誘導(dǎo)性L(fǎng)QTS(Drug-induced LQTS,diLQTS)或獲得性L(fǎng)QTS一般是由特定藥物的服用、低鉀血癥或低鎂血癥等引起的[28]。diLQTS主要診斷特征是表面心電圖QT間期延長(zhǎng)并且可能會(huì)出現(xiàn)致命性尖端扭轉(zhuǎn)性室性心律失常(Torsade de pointes,Tdp)。diLQTS通常是由藥物阻斷正常心臟復(fù)極的離子通道電流而誘發(fā),其中,絕大多數(shù)引起diLQTS的藥物(常見(jiàn)的藥物有奎尼丁、丙吡胺及普魯卡因胺等)是通過(guò)抑制由KCNH2基因編碼的hERG鉀通道致病的[29]。細(xì)胞外低鉀通過(guò)影響鉀通道的功能和表達(dá)以及與藥物的親和力,直接影響心臟的復(fù)極,進(jìn)而降低IKr[28-29]。對(duì)于藥物誘導(dǎo)的低鎂血癥患者,Mg2+的減少阻礙了K+內(nèi)流,進(jìn)而延長(zhǎng)QTc并且促發(fā)室性心動(dòng)過(guò)速(Ventricular tachycardia,VT)和心室顫動(dòng)(Ventricular fibrillation,VF)等癥狀[30]。低鉀血癥和低鎂血癥是影響diLQTS的常見(jiàn)危險(xiǎn)因素,能進(jìn)一步推動(dòng)QT間期的延長(zhǎng)和Tdp的發(fā)生[29]。

2.1.2 基因篩查 在患者診斷為L(zhǎng)QTS的可能性很大時(shí),基因篩查可以增強(qiáng)對(duì)LQTS的生理檢測(cè)和對(duì)患者的危險(xiǎn)評(píng)估,為后續(xù)診斷和治療提供精準(zhǔn)的信息[31]。對(duì)于LQTS1患者,心臟事件更容易在交感神經(jīng)興奮時(shí)(如游泳、潛水等運(yùn)動(dòng)或處于情緒緊張狀態(tài))發(fā)生。正常狀態(tài)下,交感神經(jīng)興奮可以激活I(lǐng)Ks通道,從而加快心室復(fù)極化,縮短QT間期。因此,針對(duì)LQTS1患者,其攜帶的KCNQ1基因突變會(huì)使IKs缺陷,導(dǎo)致心室復(fù)極不能隨著心率的增加而縮短,引發(fā)QT間期延長(zhǎng)。對(duì)于LQTS2患者,室性心律失常發(fā)生在情緒激動(dòng)或者有聽(tīng)覺(jué)刺激(如突然喚醒等)時(shí),在睡眠和運(yùn)動(dòng)中很少見(jiàn)。部分女性在經(jīng)期或產(chǎn)后易出現(xiàn)LQTS2心律失常。對(duì)于LQTS3患者,約65%的心臟事件發(fā)生在睡眠或休息時(shí)。心率越慢,QT間期越長(zhǎng),越容易發(fā)生心律失常。綜上,約有90%的疾病相關(guān)的基因突變類(lèi)型包含在這3種典型的LQTS致病基因中[31]。基因篩查可以通過(guò)家系調(diào)查、染色體單倍型連鎖分析和基因突變位點(diǎn)篩查等方法進(jìn)行[32]。

2.1.3 診斷流程 LQTS的診斷需結(jié)合患者的心電參數(shù)、臨床病史和家族史進(jìn)行綜合鑒定,這3個(gè)方面信息構(gòu)成了Schwartz評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。Schwartz評(píng)分≥3.5時(shí),提示患LQTS的風(fēng)險(xiǎn)很大;評(píng)分<3.5且>1時(shí),提示存在患LQTS的風(fēng)險(xiǎn);評(píng)分≤1時(shí),說(shuō)明不存在患LQTS的風(fēng)險(xiǎn)[33]。在家族史中,同一個(gè)家族的成員不能被評(píng)估在2個(gè)風(fēng)險(xiǎn)類(lèi)別中。診斷流程見(jiàn)圖1。

圖1 長(zhǎng)QT綜合征患者的診斷檢查流程

2.2 LQTS的治療 目前,治療LQTS的主要方法包括非藥物療法和藥物療法(表1)。非藥物療法即改變生活方式,包括避免使用延長(zhǎng)QT間期的藥物,調(diào)整電解質(zhì)平衡,充分補(bǔ)充富含K+、Mg2+等電解質(zhì)的食物和液體,調(diào)整飲食穩(wěn)定患者的新陳代謝功能以及避免劇烈運(yùn)動(dòng)等。健康的生活方式是LQTS防治的基石。此外,LQTS的治療還包括左心交感神經(jīng)切除術(shù)和植入式心律轉(zhuǎn)復(fù)除顫器。治療藥物主要包括β受體阻滯劑、鈉通道阻滯劑和電解質(zhì)補(bǔ)充劑[34-35]。

表1 長(zhǎng)QT綜合征治療方法、藥物及適應(yīng)證

LQTS患者治療的基礎(chǔ)藥物是β受體阻滯劑,非選擇性β受體阻滯劑納多洛爾和普萘洛爾是最有效的[33]。在LQTS治療專(zhuān)家共識(shí)的Ⅰ類(lèi)推薦中,對(duì)無(wú)癥狀的QTc≥470 ms的患者和(或)曾經(jīng)有發(fā)作暈厥或VF或VT癥狀的患者予以β受體阻滯劑治療。對(duì)于QTc≤470 ms的無(wú)癥狀LQTS患者也建議進(jìn)行β受體阻滯劑治療(Ⅱa類(lèi)推薦)[36]。但對(duì)于嚴(yán)重的LQTS,二者并不能達(dá)到很好的效果。一直以來(lái),研究者對(duì)使用β受體阻滯劑預(yù)防LQTS3心臟事件的發(fā)生存在爭(zhēng)議?；谧饔脵C(jī)制,對(duì)于LQTS3患者,鈉離子通道阻滯劑是更好的選擇。美西律是非選擇性的電壓門(mén)控鈉通道阻斷劑,可以縮短LQTS3患者的QTc,并且顯著減少心律失常事件的負(fù)擔(dān)[27]。其他鈉通道阻滯劑包括氟卡尼和雷諾嗪等也具有一定的療效。

當(dāng)β受體阻滯劑不耐受或者β受體阻滯劑治療存在高風(fēng)險(xiǎn)或有ICD禁忌或拒絕該治療的患者,可采用LCSD(Ⅰ類(lèi)推薦)。LCSD對(duì)于β受體阻滯劑依從性差的患者效果顯著,且作用效果持久。LCSD能阻止去甲腎上腺素的釋放,在不損害心肌收縮力或降低心率的情況下提高心室顫動(dòng)的閾值。然而,由于LCSD不是治愈性的治療方法,不一定能防止猝死,對(duì)于高?；颊呓ㄗh植入ICD[37]。此外,對(duì)于采用β受體阻滯劑或ICD治療后病情仍然繼續(xù)發(fā)展的患者,也建議進(jìn)行LCSD治療(Ⅱa類(lèi)推薦)[36]。根據(jù)Schwartz等[38]研究,在147例LQTS患者中,99%是高?；颊?其中,48%的患者有過(guò)心臟驟停的癥狀,75%的患者接受過(guò)β受體阻滯劑治療但仍然存在癥狀。在經(jīng)過(guò)LCSD治療后,有46%的患者無(wú)癥狀,每例患者每年發(fā)生心臟事件的次數(shù)減少了91%[39]。

ICD治療不僅有利于快速終止室性心律失常,對(duì)VT患者的長(zhǎng)期管理也有作用。對(duì)于惡性心律失?；颊?ICD往往是最緊急且唯一的治療選擇,但其并發(fā)癥往往會(huì)被忽略,例如氣胸、感染、穿孔、電極脫位,甚至也可能導(dǎo)致心律失常的風(fēng)險(xiǎn)增加,一般與遺傳傾向無(wú)關(guān)[40]。在HRS/EHRA/APHRS關(guān)于遺傳性心律失常綜合征患者的診斷和管理的專(zhuān)家共識(shí)中,ICD治療主要針對(duì)心臟驟停后幸存的(I類(lèi)推薦)或接受β受體阻滯劑治療后仍反復(fù)發(fā)作暈厥(IIa類(lèi))的LQTS患者[39]。

LQTS患者應(yīng)積極避免腹瀉、嘔吐、代謝或因?yàn)闇p肥飲食不平衡等狀況可能出現(xiàn)的電解質(zhì)異常[36]。LQTS患者(尤其是LQTS2患者)的血鉀濃度需要維持在一個(gè)較高的水平。低鉀血癥是最常見(jiàn)的電解質(zhì)異常,其定義為血漿K+濃度水平低于3.6 mM?；颊咴诜糜行穆墒СｏL(fēng)險(xiǎn)藥物后,血清K+變化會(huì)導(dǎo)致QT延長(zhǎng)和Tdp發(fā)生。研究表明,對(duì)于高血壓等慢性病患者,血清K+和Ca2+濃度的降低是導(dǎo)致QT延長(zhǎng)的重要因素[29]。因此,當(dāng)LQTS患者處于穩(wěn)定期時(shí),可以先服用足量的普萘洛爾,同時(shí)服用門(mén)冬氨酸鉀鎂或氯化鉀等電解質(zhì)補(bǔ)充劑[33-34]。LQTS的治療策略如圖2所示。

圖2 LQTS的治療策略注:LQTS:長(zhǎng)QT綜合征;VT:室性心動(dòng)過(guò)速;VF:心室顫動(dòng);ICD:植入式心律轉(zhuǎn)復(fù)除顫器;LCSD:左心交感神經(jīng)切除術(shù)

3 結(jié)語(yǔ)

LQTS患病率約為1/2 500,臨床表現(xiàn)多樣,根據(jù)病因可分為遺傳性與獲得性2種,患者可能終身無(wú)癥狀,也可能在嬰兒期或青少年期發(fā)生猝死。本文討論的是遺傳性L(fǎng)QTS,由于動(dòng)作電位復(fù)極化受損、引起心律失常和猝死,不同的基因突變會(huì)引起不同的LQTS類(lèi)型。隨著對(duì)Cav1.2、KCNQ1、hERG、SCN5A的結(jié)構(gòu)和功能的研究越來(lái)越深入,研究者對(duì)離子通道功能障礙與LQTS的關(guān)系有了更新的認(rèn)識(shí),推動(dòng)了對(duì)LQTS發(fā)病機(jī)制的研究。本文綜述離子通道基因突變誘發(fā)LQTS的作用機(jī)制,以及目前臨床上LQTS治療現(xiàn)狀,概述離子通道基因突變與LQTS之間的關(guān)系,為L(zhǎng)QTS的治療和預(yù)防提供參考。