Brugada综合征致病关联基因突变研究进展

1、Brugada综合征致病关联基因突变研究进展第37卷第4期2011年12月兰州大学(医学版)JournalofLanzhouUniversity(MedicalSciences)Vl01.37NO.4Dee.2011文章编号:10002812(2011)04006805Brugada综合征致病关联基因突变研究进展高娟,白亚娜一,程宁b,胡晓斌a(兰州大学a公共卫生学院,b生殖健康与出生缺陷研究中心,甘肃兰州730000)摘要:Brugada综合征是一种遗传性心脏病,目前已发现l0种导致Brugada综合征的致病基因,分为编码钠离子通道,钙离子通道和钾离子通道蛋白的基因.编码钠离子通道的基因有S

2、CN5A基因,GPDIL基因,SCNIB基因,SCN3B基因;编码钙离子通道的基因有CACNA1C基因,CACNB2基因,CACNA2D1基因;编码钾离子通道的基因有HCN4基因,KCNE3基因和KCNH2基因.关键词:Brugada综合征;基因突变;离子通道蛋白中图分类号:Q754文献标识码:AResearchprogressionongeneticmutationsassociatedwithBrugadasyndromeGAOJuan,BAIYa-na一,CHENGNingb,HuXiaobinSchoolofPublicHealth,bCenterofReproductiveHealt

3、handB九Dejects,LanzhouUniversity,Lanzhou730000,China)Abstract:Brugadasyndromeisahereditarydisease.10geneshavebeenassociatedwithBrugadasyndrome.whichrespectivelyencodessodiumionchanne1.calciumionchannelandpotassiumionchannelproteins.SCN5A.GPD1L.SCN1BandSCN3Baregenesofthesodiumionchanne1.ThesegenesofCA

4、CNA1C.CACNB2.CACNA2D1encodetheproteinofcalciumionchanne1.ThesegenesofHCN4.KCNE3andKCNH2encodetheproteinofpotassiumionchanne1.TheresearchprogressionongeneticmutationsofBrugadasyndromearereviewed.Keywords:Brugadasyndrome;geneticroutations;ionchannelproteinsBrugada综合征fBrugadasyndardioverterdefibrillato

5、r1被证明是能防止猝死的惟一有效措施.Brugada综合征属常染色体显性遗传伴不完全外显,目前发现编码心脏离子通道的基因突变是引起该疾病发生的重要病因.1Na+通道Na+通道是位于细胞质膜上的一种跨膜糖蛋白,由一个亚基和两个调节蛋白亚基组成,是心肌细胞膜去极化重要的阳离子通道之一.钠通道开放主要引起心肌细胞膜外强大的Na+内向电收稿日期:20101014基金项目:中央高校基本科研业务费专项资金(1zujbky一200991)作者简介:高娟(1986一),女,陕西宝鸡人,硕士研究生,研究方向为出生缺陷防治,e-mail:jgao09;白亚娜(1959一),女,北京人,教授,研究方向为生殖健康与出

6、生缺陷防治,email:baiyana通信联系人.第4期高娟等:Brugada综合征致病关联基因突变研究进展69流,改变细胞膜两侧电位,使相邻心肌细胞去极化并达到Na+通道开放的阈电位,以保证心肌兴奋性的快速传递CN5A基因突变有关.目前欧洲心脏病协会离子通道疾病数据库收录的与Brugada综合征相关的SCN5A基因突变已有96种,至少包括3种类型,即拼接一供体突变,框移突变和错义突变4l.研究发现一个法国大家系成员的SCN5A基因上存在一处错义突变_5J5,该突变可能是导致Brugada综合征和心脏传导功能缺陷的病因.对45位家系成员进行DNA测序,其中13人检测出存在G1406R突变,该突

7、变在100位正常对照人群中均未发现.在两个家系的旁系血亲中有4人存在典型的Brugada心电图,另外3个家系的7名成员存在心脏传导功能缺陷.对一个患有Brugada综合征欧洲家系的55位成员进行SCN5A基因检测【6l,发现8例心电图阳性患者,该基因第9号外显子区存在GA碱基杂合,导致氨基酸序列第367位点上的精氨酸被组氨酸所替代,该突变在100例对照人群中均未发现.对85名疑似为Brugada综合征的患者进行基因筛检,发现某患者的SCN5A基因上存在一处错义突变fR190Q)和3处基因多态性改变(H558R,Rl193Q,IVS24+53T>C).对一个中国家系的21位成员进行

8、基因检NI8】,发现其中10位成员的SCN5A基因上存在相同错义突变,该基因第8号外显子编码区第317位密码子末位的鸟嘌呤(G)被胞嘧啶(C)所取代,导致编码钠通道蛋白I区的赖氨酸被天冬氨酸取代(K317N),而该突变在200例正常对照者中均未发现.在一Brugada家系成员的SCN5A基因第3号外显子和第28号外显子区分别发现一处错义突变V95I,A1649V9】,同时在28号外显子区还发现一处缺失突变(delF1617).在一中国家系的2例Brugada患者的SCN5A基因上发现两处杂合碱基变异10,即该基因第2号外显子区存在一处同义突变(A129G),氨基酸序列所代表的丙氨酸没有发生改变

9、(A29A),在中国汉族人群报道该基因多态性频率为27.5%_1l_;第26号外显子区发现一处错义突变(T4492A),导致代表酪氨酸的1494位密码子突变为天门冬酰胺(Y1494N),上述突变在136名对照人群中均未发现1.2GPD1.L基因研究证实了与Brugada综合征有关的第二个候选基因12_,即位于3p24上的GPD1一L基因,该基因的RNA和编码蛋白广泛存在于心脏,若该基因发生突变,则会引起心脏钠通道的功能改变.对意大利一个46位家庭成员组成的家系进行研究12,发现GPD1.L基因第6号外显子高度保守区存在A280V突变,突变外显率为37%,此突变可能会导致心肌细胞膜表面钠离子通道

10、通透性降低,使内向钠电流减少,测得心脏细胞膜表面的钠电流峰值下降,而对钠电流激活,失活的动力学特征无明显影响.GPD1一L基因通过影响心肌细胞膜表面Na+通道,突变降低了SCN5A基因在膜表面的表达,减少内向Na+电流,钠通道功能改变导致Brugada综合征发生.1.3SCN1B基因研究发现与Brugada综合征和心脏传导功能有关的SCN1B基因13,该基因位于染色体19q13.1,是影响心脏细胞膜表面钠离子通道的基因,编码钠通道1亚单位的Nav31蛋白,SCNIB基因占Brugada综合征发病率的1.10%.对282例Brugada综合征先证者和44例心脏传导功能异常的患者进行基因检测,没有

11、发现SCN5A基因上存在突变,却发现3个家系成员SCNIB基因上的3处突变,此3处突变只在Brugada先证者及其家系成员中存在,在1404例对照组人群中并未发现【13.研究证实在一土耳其家系某先证者SCNIB基因发现一处错义突变,在该基因3号外显子区第259位点检测出GC杂合,导致氨基酸序列第87位点上谷氨酰胺被甘氨酸替代,该突变在此先证者的兄弟中也存在.在一个法国家系的某先证者第3号外显子内含子区(3A区)的第536位点检测到GA杂合,导致氨基酸序列179位点上的色氨酸被终止密码子取代(Trp179X),该突变在其兄弟姐妹中可以检测N1a.在荷兰家系的一位先证70兰州大学(医学版)第37卷

12、者第3号外显子内含子区f3A区1的537位点检测到GA杂合,导致氨基酸序列179位点上出现终止密码子(Trp179X)13】.这3处突变位点在机制上略有差别,但都是通过减少内向钠电流(Nay1.5)而导致Brugada综合征发生.1.4SCN3B基因与Brugada综合征有关的SCN3B基因14】,位于染色体11q23.3,编码钠离子通道3亚单位的Navfl3蛋白,Nav/33蛋白广泛存在于人体大脑,心脏,肺,骨骼肌,肾脏和胰腺.在对一位64岁的高加索白人进行基因检测,发现位于染色体11q23第1号外显子区29位点上的一处错义突变L10P,由于TC杂合所致,该突变在296例对照人群中均未发现.

13、突变导致Nay1.5通道编码蛋白的功能和运输表达障碍,加速钠通道失活,减慢通道复活,导致钠电流降低而致病14.研究发现一位20岁男性自发性室颤患者SCN3B基因上存在一处错义突变V54G15,导致氨基酸序列第54位点的缬氨酸被甘氨酸替代,患者母亲该基因存在相同突变,此突变在800例对照人群中均未检测出.2Ca+通道钙离子通道主要功能为调节细胞内Ca2+浓度,几乎存在于所有可兴奋细胞中.肌细胞钙通道可分为电压门控型钙通道和钙释放通道两种.电压门控型钙通道由1亚基,亚基,钙调蛋白(CaM),2亚基复合体和5种亚基组成.钙通道是一种重要的阳离子内流通道,其开放可以引起动作电位2相平台期形成及钙释放通

14、道的激活.2.1CACNA1C基因和CACNB2基因研究发现编码L型钙离子通道al亚单位和亚单位的CACNAIC基因和CACNB2基因16.CACNAIC基因位于染色体12p13.3,CACNB2b基因位于染色体10p12.33,分别由Cav1.2和Cav/32通道编码,两种候选基因分别占Brugada综合征发病的6.7%,4.8%.对82例Brugada综合征患者进行基因检测16,共发现3处突变位点,一处是位于CACNB2基因第13号外显子区的错义突变fC1442T),导致代表亮氨酸的第481位密码子突变为丝氨酸($481L);同时在CACNA1C基因上发现编码1链的A39V和G490R两处

15、突变.在另一位家系成员CACNAIC基因的第10号外显子区490位点上存在一处错义突变,导致该位点的精氨酸被甘氨酸所替代fG490R),该患者的两个女儿存在同样突变,同时该患者的CACNAIC基因上还存在两处多态性位点P1820L和V1821M.第3位患者CACNA1C基因2号外显子区第39位点检测到一处错义突变,导致该位点的缬氨酸被丙氨酸取代fA39V).上述突变位点虽然没有引起钙离子峰电流电压差的显着改变,却造成钙电流的明显减少,最终导致钙离子通道的动力学功能减弱.Cordeiro等17采用DNA测序法,在一32岁男性先证者CACNB2b基因上发现一处错义突变,该基因第1号外显子区的11位

16、点检测到CT碱基杂合,导致该位点的苏氨酸被异亮氨酸所取代fT11I),该突变在214位对照者中均未发现.2.2CACNA2D1基因CACNA2D1基因位于7号染色体q21一q22,是编码L型电压门控钙离子通道a25亚单位的基因【18】.2亚单位对Cav1.2通道的功能表达尤为重要,主要是因为2亚单位能够通过促进电压门控通道的开启和离子流通来影响钙离子信号的传导,Cav1.2通道存在一处外源性错义突变T1066Y,该突变对二氢吡啶具有抵抗作用.对205例先证者Cav1.2通道1,Z2,2亚单位的Ca2+通道基因进行DNA检测19,在162例Brugada综合征,19例先天性室颤,24例早期复极综

17、合征患者中共发现23处突变位点,突变率分别为12.3%,5.2%和16%,基因多态性的发生率分别为17.9%,21%和21.9%.3K+通道K+通道是一类种类多,存在广泛的离子通道,对细胞兴奋性调节和跨膜电流的产生起重要作用.生物体内的钾通道主要分为电压门控钾通道和内向整流钾通道.电压门控钾通道又称电压依赖型钾通道,是目前已知种类最多的钾离子通道家族.K+通道功能的分子基础是普遍保守的,对通道的不适宜调控会导致疾病发生.3.1HCN4基因HCN4基因位于染色体15q24一q250l,该基因是周期性核苷酸超极化电压依赖钾离子通道成员,编码的蛋白在心肌细胞的激活和失活过程中起重要作用,同时对心脏的

18、起搏功能也发挥作用.HCN4基因在心脏组织高度表达,突变会引起病态窦房结综合征,同时还会引起房颤和家族性第4期高娟等:Brugada综合征致病关联基因突变研究进展71窦性心动过缓.研究发现位于该基因的一处错义突变P104L,突变引起钾电流明显下降,同时影响Cav3蛋白(小窝蛋白.3)的功能表达,导致心脏起搏活动下降,可能还会引起心肌征和肌肉萎缩症20.有报道显示,编码钾通道的HCN4基因会影响心率.对一窦房结功能紊乱伴突发晕厥的患者进行DNA基因测序检N21,发现在HCN4基因的第5号外显子区存在一处错义突变(D553N),检测到AG碱基杂合,该突变引起心肌细胞膜功能改变,使通道钾电流下降,导

19、致心律失常.同时对一位先天性室性心动过速的患者DNA测序,发现HCN4基因上存在4个嵌入序列的拼接基因上存在4处嵌入序列的拼接一供体突变位点,此位点缩短了钾通道,证实钾通道具有预防室性心动过缓的功能22】.3.2KCNE3基因Delpon0等发现位于染色体llq13一q14上的KCNE3基因,该基因是由长度为13kb的3个外显子组成,只有最后一个外显子能够被翻译.KCNE3基因是影响心肌细胞膜钾离子通道的基因,编码钾离子通道亚单位MiRP2b蛋白,该蛋白由103个氨基酸组成.该基因突变先前被推测可能会引起人体血钾升高或降低,也可能会导致甲状腺毒性和周期性麻痹,但随后一些研究未证实上述结论.对丹

20、麦一个105名家系成员进行基因检测,发现位于KCNE3基因1号外显子区的一处错义突变fR99H),突变减弱了钾离子内向电流,同时加速了钾电流失活,导致Brugada综合征发生23.3.3KCNH2基因研究发现KCNH2基因上存在一处错义突变fR1135H)0,该基因编码快速激活延迟整流钾电流(Ikr),Ikr是维持细胞正常功能的重要电流.电压钳实验证明该突变可以引起心肌细胞快速延迟钾电流缓慢失活,同时还会产生较大的尾电流.计算机模型实验发现Ikr可以增强右心室心肌细胞动作电位复极化的敏感性,尤其对心肌外膜动作电位穹窿部的产生有一定影响,可导致Brugada综合征和短QT综合征.中国是一个多民族

21、国家,地域广阔,人口众多,拥有丰富的遗传资源,但目前国内对Brugada综合征的分子遗传学及细胞,离子机制的研究相对滞后,探索国内Brugada综合征的分子遗传学特征,发现属于国人的致病基因及突变位点十分有必要,因此需要进一步深入探讨有关Brugada综合征的致病基因.参考文献【1WILDEAA)ANTZELEITCHC,BORGGREFEM,eta1.ProposeddiagnostiCcriteriafortheBrugadasyndrome:consensusreportJ.Circulation,2002106(19):25142519.12lBRUGADAJ,BRUGADAR,ANT

22、ZELEVITCHC,eta1.Long-termfollow-upofindividualswiththeelectro-cardiographicpatternofrightbundlebranchblockandSTsegmentelevationinprecordialleadsV1tovaa.Circulation,2002,105(1):7378.13lGEORGEALJr,VARKONYTA,DRABKINHA,eta1.Assignmentofthehumanhearttetrodotoxin?resistantvoltagegatedNachannelalpha-subuni

23、tgene(SCN5A)toband3p21J.CytogenetCellGenet,1995,68(12):6770.14lVISWANATHANPC,BALSERJR.Inheritedsodiumchannelopathies:acontinuumofchanneldysfunctionJ.TrendsCardiovascMed,2004,14(1):2835.5KYNDTF,PROBSTV,POTETF,eta1.NovelSCN5AmutationleadingeithertoisolatedcardiacconductiondefectorBrugadasyndromeinalar

24、geFrenchfamilyJ.Circulation,2001,104(25):30813086.6HONGK,BERRUEZOSANCHEZA,POUNGVARINN)eta1.PhenotypiccharacterizationofalargeEuropeanfamilywithBrugadasyndromedisplayingasuddenunexpecteddeathsyndromemutationinSCN5AJ.CardiovascElectrophysiol,2004,15(1):6469.7OGAWAR,KISHIR)TAI<AGIA,eta1.Anovelmi

25、crosatellitepolymorphismofsodiumchannelbetalsubunitgene(SCNIB)mayunderlieabnormalcardiacexcitationmanifestedbycoved-typeST-elevationcompatiblewithBrugadasyndromeinJapaneseJ.IntJClinPharmacolTher)2010,48(21:109119.8陈哲明,孟素荣,彭健,等.中国人Brugada综合征分子遗传学研究发现一个新的SCN5A基因突变J.中华心血管病杂志,2002,30(8):455-458.72兰州大学(医

26、学版)第37卷9梁鹏,刘文玲,胡大一,等.Brugada综合征SCN5A17基【大j的3个新突变.中华心血管病杂志,2006,34(7):616619.10田莉,祝建芳,杨钧闰.等.中国一家系Brugada综合征相关基大JSCN5A突变位点的检测_J_.中华心血管病杂志,2007,35(12):11221125.1811】XIEXudong,WANGXingxiang,CHENJunzhu,eta1.SinglenucleotidepolymorphisminSCN5AandthedistributioninChineseHanethnicgroupJ.ActaPhysiologicaSini

27、ca,2004,56(1):3640.12LoNDoNB,MIcHALEcM,MEHDIH,etal_Mu一19tationinglycerol一3一phosphatedehydrogenase1likegene(GPD1一L)decreasescardiacNacurrentandcausesinheritedarrhythmiasJ.Circulation,2007,116(201:22602268.13wlATANABEH,KooPMANNTT,ScouARNEcSL,20eta1.Sodiumchannelbeta1subunitmutationsassociatedwithBruga

28、dasyndromeandcardiacconductiondiseaseinhumansJlJClinInvest,2008,118(61:22602268.14HuD,BARAJAsMARTINEzH,BIJRAsHNIK.vE,et21a1.Amutationinthebeta3subunitofthecardiacsodiumchannelassociatedwithBrugadaECGphenotypeJ.CircCardiovascGenet,2009,2(3):270一一一r)278.15VALDIVIACR,MEDEIROSDOMINGOAjYEB,eta1.Lossof-fu

29、nctionmutationoftheSCN3Bencodedsodiumchannelf13subunitassociatedwith,l23lacaseofidiopathicventricularfibrillationJ1.Car一diovascularResearch,2010,86:392400.116lANTZELEVITCHC,POLLEVICKGD,CORDEIROJM,etal?Lossof.f1lncti0nmutationsinthecardia.24calciumchannelunderlieanewclinicalentitychar一acterizedbySTse

30、gmentelevation,shortQTintervals,andsuddencardiacdeathJ.Circulation,2007,115(41:442449.?卷终?CORDEIROJM,MARIEBM,PFEIFFERR,eta1.AcceleratedinactivationoftheLtypecalciumcurrentduetoamutationinCACNB2bunderliesBrugadasyndromeJ.JMolCellCardiol,2009,46(5):695703.RAVINDRANA,KOBRINSKYE,LAOQz,eta1.Functionalpropertiesof