【综述】扩张型心肌病致病基因及其筛查进展

扩张型心肌病（dilated cardiomyopathy, DCM）是一类以左心室或双心室进行性扩大，伴有收缩功能明显减低为主要表现的心肌病，是临床中除冠心病、高血压以外，导致进行性心力衰竭和心脏性猝死的第三大病因。患者主要表现为心腔扩大、心功能不全以及恶性心律失常，预后往往不良。早期超声数据提示DCM患病率约为1∶2 500，而流行病学数据表明DCM实际患病率可能高达1∶250^[1]，因此DCM患病率被低估了。根据2016年欧洲心脏病协会（European Society of Cardiology, ESC）及美国心脏病协会（American Heart Association, AHA）建议，推荐使用超声心动图或心脏磁共振成像技术进行DCM诊断，以左心室收缩功能减低（左心室射血分数<><25%）和左心室舒张末期容积或内径>经校正后正常值的2倍标准差为参考标准，并排除导致心肌病变的其他疾病^[2,3]。若患者仅表现出左心室收缩功能降低（左心室射血分数<45%），不合并心室扩张，同时不能用心室负荷异常增加或冠心病解释，esc立场声明中将其定义为收缩功能减低的非扩张型心肌病亚型（hypokinetic non-dilated="" cardiomyopathy,="">^[2]。

DCM的病因可以归结于基因或非基因因素，后者包括高血压、冠心病、先天性瓣膜性心脏病、活动性心肌炎、毒素、炎症性或传染性因素等。而特发性DCM则特指基因因素导致的心肌病，其中家族遗传性心肌病是特发性DCM的主要类型，约占特发性DCM的50%^[4]。目前报道的特发性DCM的致病基因超过60种。本文就DCM的致病基因及其临床筛查进行阐述。

一、致病基因

特发性DCM患者中约50%发病与家族性遗传因素相关。家族性DCM主要是常染色体显性遗传，后代中遗传到该致病突变体的风险为50%，而常染色体隐性、伴X染色体以及线粒体遗传相对少见。导致DCM致病的基因种类繁多，而相关基因大多数影响肌小节、细胞骨架、核膜、细胞核构象、钾钠钙离子稳态、转录通路和线粒体蛋白等^[5]。由于心血管疾病表现不具有特异性，DCM致病基因外显率具有年龄依赖性，同时受机体代偿机制或遗传修饰、遗传异质性的影响，DCM通过早期临床表现进行筛查比较困难。

1．影响肌小节的突变：

肌小节是横纹肌的基本收缩单位。编码肌小节蛋白的基因发生突变会影响心肌细胞收缩功能。

TTN是DCM最常见的致病基因，约占DCM致病基因的25%，患者通常于40岁之前出现典型的临床症状^[6]。TTN编码一种巨型肌小节蛋白，即肌联蛋白，这种蛋白作为细肌丝和粗肌丝相互作用的外部支撑点，在肌小节组装和原力产生中发挥重要作用，并且该蛋白分别为收缩和舒张作用提供反作用力，有利于两种力量的恢复。TTN基因的致病突变主要是截断突变，通过分析特异性捕获TTN的基因微阵列，发现TTN截断突变分别占家族性DCM的25%、散发性DCM的18%。TTN基因另一种致病突变是错义突变，而错义突变致病的机制目前并不完全清楚，但是通过对诱导多功能干细胞模型的研究，发现TTN错义突变可以导致心肌细胞收缩缺陷^[7]。TTN基因突变后蛋白可稳定表达，但是这些蛋白不能与肌小节固有蛋白稳定结合发挥生物学作用，从而表现出心脏收缩功能减低。相比其他基因突变所致的DCM，TTN突变的患者心律失常风险和心功能失代偿程度更为严重，因此基因诊断可用于危险分层。

RBM20基因编码核糖核酸结合模体20蛋白，是一种伴侣蛋白，可以调控肌联蛋白的拼接^[8]。已经在鼠模型中证实RBM20缺失可诱导出DCM表型^[9]。RBM20基因突变患者DCM发病年龄早，容易发展为终末期心力衰竭，并且死亡率较高。ACTC1基因编码α-肌动蛋白。肌动蛋白是参与各类细胞运动的一种高度保守的蛋白。肌动蛋白聚合成股可形成一种双螺旋构象的结构性肌纤维。α-肌动蛋白存在于肌肉组织中，是肌肉收缩单位的主要组成部分。目前发现了7种ACTC1病理性突变与DCM相关，其中6种为错义突变，1种为剪接突变。目前为止，报道的与家族性DCM相关的影响肌小节作用的致病基因还包括MYBPC3、MYH7、TNNC1、TNNI3、TNNT2、TPM1、LDB3和TTR等^[10]。

2．影响核酸蛋白的突变：

多种核酸蛋白可以结合于心肌细胞核区域，调控核-细胞骨架蛋白相互作用，对于稳定染色质结构、调控细胞转录发挥重要作用。目前发现了3种核酸蛋白与家族性DCM相关，即TMPO、LMNA和EMD，其中EMD是伴X染色体遗传。

TMPO基因编码促胸腺生成素蛋白，该蛋白参与核纤层蛋白组装，促进核被膜结构稳定。目前只有CM055559突变体与家族性DCM相关^[11]。

LMNA基因编码核纤层A/C蛋白。核纤层蛋白是位于核膜内层的一种纤维结构，由3种多肽蛋白构成，即核纤层蛋白A、B、C。LMNA基因通过选择性剪接作用表达这3种蛋白。通过核纤层蛋白与内膜整合蛋白相互作用稳定核孔复合物，从而支持核膜结构。LMNA基因是DCM第2种主要致病基因，通过常染色体显性遗传，LMNA基因突变占总的DCM基因突变类型的6%，其中家族性DCM有7.5%出现LMNA基因突变，而散发性DCM中11%出现LMNA基因突变^[12]。目前发现了114种LMNA基因突变类型。LMNA突变致病的DCM外显率极高，患者常于中年之前发病，并且在60岁之前临床症状完全出现。该基因突变表现出来的临床症状各不相同，但常累及心脏传导系统（窦性心动过缓、房室传导阻滞、房性快速性心律失常），出现伴或不伴传导系统疾病的骨骼运动受累，最终发展为心力衰竭。约70%的患者于诊断后5年内出现恶性心脏事件，因此该类基因突变的患者建议植入ICD或行心脏移植。大多数LMNA基因突变体会导致单倍基因不足，已通过鼠模型证实带有这种突变的心肌细胞构象异常、功能缺陷，这可能是导致早产儿心原性死亡的原因之一^[13]。

3．影响电解质稳态的突变：

细胞膜表面的离子通道通过运输电解质离子进出心肌细胞调控心肌功能，而涉及心肌离子通道的基因突变则会影响肌肉收缩功能，例如SCN5A、KCNQ1和ABCC9。其中KCNQ1基因与钾离子通道相关，而ABCC9基因与ATP结合盒超家族蛋白相关^[14,15]。

SCN5A基因编码钠离子通道的α亚单位。心肌细胞中的钠离子通道通过动作电位过程中快速去极化促进冲动的传导，而SCN5A基因病理性突变会改变钠通道的电兴奋阈值，干扰电流传导，影响心肌细胞收缩过程，从而导致心室重构，促进DCM。自2004年报道第一种SCN5A基因病理性突变类型以来，又陆续发现了12种，其中10种为错义突变，2种为插入突变^[10]。

肌浆网是肌肉细胞内微管和胞浆相互连接而形成的网状结构，通过储存和释放钙离子参与肌肉收缩和舒张的过程。其中PLN基因致病性突变与家族性DCM相关。PLN基因编码肌浆网的受磷蛋白，该蛋白抑制肌浆网钙离子-ATP酶，使其处于非磷酸化状态^[16]。受磷蛋白是环磷酸腺苷（cAMP）-依赖性蛋白激酶作用的主要底物，当被磷酸化后，其抑制作用减弱，进而激活钙离子泵从胞质中摄取钙离子，降低胞质钙离子浓度，加速肌肉舒张。目前报道了8种突变类型与DCM相关，其中Arg9Cys突变类型的临床表型比较严重，此类型患者常在成人早期阶段发展为进展性心力衰竭，需要进行心脏移植^[17]。这是由于此类突变减弱了激酶A结合磷酸化PLN的能力，从而减低β肾上腺受体对钙离子的调控，影响了心肌收缩力。Arg14del是PLN基因突变的另一种类型，即缺失一种单一核苷酸，据报道该类型突变与中到重度DCM表型相关^[18]。

4．转录因子突变：

在转录调控过程中，转录因子突变参与心脏发育过程，导致心脏畸形和DCM发病，其中TBX5、TBX20、NKX2-5基因是参与此过程的主要转录因子^[19]。在DCM中TBX5和TBX20转录活性明显减弱，而这两种转录因子完全失活的患者表现出常染色体遗传特性和完全外显率。最近，Yuan等^[20]发现家族性DCM中NK2-5基因突变可以明显减弱转录活性。GATA4/5/6转录因子可以影响编码心肌结构基因的表达，如肌动蛋白和心房利钠因子。2种GATA4的错义突变和1种GATA6突变与DCM相关^[21]。EYA4基因与DCM和神经性耳聋相关，其编码的EYA家族蛋白作为转录激活因子参与蛋白磷酸化过程，对眼部发育以及皮质醇相关器官发挥着重要作用。据报道，该基因的整体缺失与DCM和感觉神经性听力损失相关^[22]。FOXD4基因编码FOX转录因子家族蛋白，该转录蛋白参与新陈代谢、细胞增殖及个体发育基因表达的多个过程。据报道，该基因出现的一种错义突变与家族性DCM、强迫症及自杀倾向有关^[23]。

5．导致染色体异常的突变：

就DCM整体基因突变现象而言，很少出现基因拷贝数异常的病例。2011年，Norton等^[24]报道了一家族DCM患者携带BAG3基因杂合性缺失。BAG3基因编码BCL2家族基因相关3号蛋白。此BAG蛋白与Hip蛋白竞争结合到Hsc70/Hsp70 ATP激酶结构域，促进底物释放。但是同年Norton分析了一组DCM患者的拷贝数变异系数，并没有发现此类基因缺失的现象，因此推断影响基因拷贝数、导致染色体异常的突变并非DCM的主要致病原因。

二、基因筛查

1．初步筛查：

AHA和ESC建议对DCM患者亲属进行初级筛查，采集包括患者在内的至少3代亲属的家族史，同时对一级亲属行临床评估。通过心电图和超声心动图进行初级筛查，其次是采集心律失常及神经肌肉系统疾病病史。研究发现，在临床初筛中10%伴有中度心脏超声异常的患者会在5年内发展为心肌病^[25]。同时结合心脏磁共振成像技术和实验室指标，有助于疾病初筛。

2．临床基因检测：

虽然有专家认为应首先确诊患者携带有某一致病性突变基因后，再考虑对患者家属进行基因检测（B类证据），但是据2016年AHA关于DCM的科学声明，无论患者是否患有家族性特发性DCM，均应行基因检测（A类证据），同时可以结合遗传咨询（B类证据）^[3]。根据2016年ESC建议，所有家族性或非家族性DCM若出现临床线索，如房室传导阻滞或肌酸激酶升高，均应行基因检测^[2]。但是ESC强调基因检测应当以临床诊断为前提，并严格限定检测的基因为已知DCM致病基因。

一套标准的DCM基因检测板包括40~50个基因，目前新一代测序板检测家族性DCM的阳性率可达40%，与散发病例的阳性率差别不大。当疾病表型不明确时，推荐选用盘型心肌病检测板进行深入筛查。但是大型基因检测板解释数据结果有一定的困难，因为许多基因突变的临床意义目前并不清楚。研究发现，若将基因检测阳性率从10%增加到40%，不确定临床意义的基因突变量将增长10倍^[26]。

3．遗传咨询：

遗传咨询是为了给患者及其家属提供有效信息，包括基因风险、疾病结局、遗传可能性、疾病管理以及计划生育。以专业遗传咨询人员为主导，咨询内容主要包括对可能基因检测结果的讨论，遗传风险的评估以及进行家族性测试。

总之，DCM是一类严重威胁人类健康的心肌疾病，目前DCM的发病原因、机制还需要进一步研究。新一代基因测序的使用已经发现了许多特异的致病基因，为深入了解致病机制提供了许多线索。但是，DCM仍是一类多基因累及、临床表现各异的复杂疾病。目前急需在特发性DCM中开展深入的基因型与表型研究，以挖掘该疾病新的致病基因。如果将所有这些基因数据转化到临床实践中，将有效帮助临床工作者提高诊断和治疗该疾病的效率，改善患者预后。相信心血管遗传学的发展会为DCM患者基因靶向治疗带来新的突破。