家族性肥厚型心肌病責任基因的定位和致病機制

1、    關(guān)鍵詞：遺傳性疾病；心肌病肥厚性 摘要家族性肥厚型心肌病是常染色體顯性遺傳性疾病，單一責任等位基因突變即可致病。近十年來使用微衛(wèi)星基因標記技術(shù)，在該病家系中發(fā)現(xiàn)了7種致病責任基因，致病機制有“肽類毒劑”和“無效等位基因”兩種學(xué)說。作者對責任基因的定位、肌原纖維節(jié)中突變蛋白的致病機制作一綜述，并分析突變基因型與其表型的關(guān)系，以利于疾病的診斷和治療。 家族性肥厚型心肌病(FHCM)是以心肌肥厚、病理組織心肌纖維肥大、排列紊亂為特征的遺傳性疾病，系常染色體顯性遺傳，單一責任等位基因突變即可致病。約占肥厚型心肌病的80%，臨床表現(xiàn)有不同的基因表型，患者可

2、有呼吸困難、心悸、眩暈等癥狀，嚴重者可致心臟衰竭、休克和猝死，亦有少數(shù)健康年輕人以猝死為唯一表現(xiàn)。年死亡率約3%5%。疾病外顯與年齡相關(guān)，少數(shù)具有突變基因的家系成員疾病可終生不外顯。正是由于FHCM基因表型具有多樣性和一定程度的不可預(yù)測性，使目前臨床上缺乏肥厚型心肌病敏感的診斷標準。近十年來，致病責任基因的發(fā)現(xiàn)，使我們對FHCM病因、發(fā)病機制、診斷和治療有了新的認識。 1連鎖分析和致病基因的確定 80年代末期，SSLPs技術(shù)的應(yīng)用和基因連鎖分析軟件的開發(fā)，使許多遺傳性疾病家系的DNA位點定位于特定的染色體上，繼之發(fā)現(xiàn)致病基因。至今，已有9個不同染色體上FHCM的DNA位點被發(fā)現(xiàn)并已確定7個不同

3、的責任基因15。需要指出的是一個FHCM和預(yù)激綜合征(WPW)伴隨遺傳家系，DNA位點定位于7號染色體長臂3區(qū)(7q3)6；另一個心尖部肥厚型心肌病(FAHCM)和WPW伴隨遺傳家系DNA位點定位于19p13.2-q13.2，尚未發(fā)現(xiàn)其致病基因5(見表1)。 表1家族性肥厚型心肌病(FHCM)致病基因的定位 序號疾病染色體DNA位點基因和蛋白名稱發(fā)現(xiàn)時間肌原纖維節(jié)定位 1FHCM11q11-12-肌凝蛋白重鏈(-MHC)1990粗絲 2FHCM15q2-原肌凝蛋白(-Tm)1994細絲 3FHCM1q31肌鈣蛋白結(jié)合原肌凝蛋白亞單位(TnT)1994細絲 4FHCM3p肌凝蛋白必需輕鏈(MEL

4、C)1996粗絲 5FHCM12q23-24.3肌凝蛋白調(diào)節(jié)輕鏈(MRLC)1996粗絲 6FHCM11p11.2肌凝蛋白結(jié)合C(MyBPC)1996粗絲C區(qū) 7FHCM19p13.2-q13.2肌鈣蛋白抑制亞單位(TnI)19975細絲 8FHCM+WPW7q3?6? 9FAHCM+WPW19p13.2-q13.2?5? 2基因型與基因表型的關(guān)系2.1概念一個基因某個DNA位點上的兩個等位基因決定了個體的基因型，即如果某個基因有n對等位基因，則可能有n(n+1)/2個基因型。任何DNA位點上基因突變都可能形成異常的基因型。基因表型是指可觀察到的與某個基因表達有關(guān)的任何生物化學(xué)、細胞或臨床上的

5、特性，基因型多于基因表型。疾病外顯率是指當攜帶某一疾病基因時，患者具有某種基因表型(特性或?qū)嶒炇覚z查陽性結(jié)果)的百分率。 2.2FHCM突變基因型-MHC是最早發(fā)現(xiàn)的FHCM的致病基因，目前已報道的40多個錯義突變，即蛋白中只有單個氨基酸被替換；只發(fā)現(xiàn)為錯義突變的還有：-Tm3個(Ala63Val,Asp175Asn,Glu180Gly)2,10；MELC2個(Arg154His,Met149Val);MRLC3個(Glu22Lys,Ala13Thr,Pro94Arg);TnT2個(Arg145Gly,Lys206Gln)。令人感興趣的是TnT,MyBPC除分別有7個、5個錯義突變外，尚有缺失

6、、插入、重復(fù)等突變，可使表達序列提前出現(xiàn)終止碼，產(chǎn)生相應(yīng)的截短蛋白。目前僅報道1例因TnT內(nèi)含子15供體位點G1A突變，使外顯子15缺失(39bp),產(chǎn)生截短的TnT。導(dǎo)致MyBPC截短蛋白的突變有9例：791插入G、955缺失CT7、內(nèi)含子30供體位點G5C突變致外顯子30缺失(140bp)8、內(nèi)含子20受體位點A2G突變致后面外顯子21缺失(160bp)等。 根據(jù)現(xiàn)有資料，Hugh等估計不同基因突變在導(dǎo)致FHCM中的比例，-MHC為30%40%,TnT和MyBPC各為15%，-Tm約5%，MELC和MRLC則低于1%，其余基因25%35%。 2.3突變基因型與基因表型的關(guān)系FHCM患者有不

7、同臨床表現(xiàn)，如心肌肥厚程度、猝死機率、壽命長短等。等位基因異質(zhì)性(相同基因中多個突變點均可單獨致病)和非等位基因異質(zhì)性(有多個基因均可單獨致病)可解釋這些不同的基因表型。首先，不同基因突變之間，臨床表現(xiàn)可有較明顯的差別。TnT突變患者盡管只有中度、甚至無明顯心肌肥厚，但較-MHC突變患者有更大的猝死危險性且預(yù)后不良；MyBPC突變患者發(fā)病與年齡相關(guān)，疾病外顯率不完全且預(yù)后良好；而抑制亞單位(TnI)突變患者則表現(xiàn)為心尖部心肌肥厚；MELC突變后表現(xiàn)為中部左心室肌肥厚，嚴重者心臟收縮時，將左心室分為遠、近端兩個腔；盡管MRLC突變者具有相似改變，但疾病外顯率較低。此外，已證明-MHC中不同突變的

8、疾病外顯率和存活率有所差別9。有人試圖用電荷改變假說來解釋不同-MHC突變的臨床表現(xiàn)，但Arg430GLu突變患者45歲時死亡率為45%，而具有相同電荷改變的Arg430Trp患者猝死危險性不大10，至今，尚不明確基因型(特別是等位基因異質(zhì)性基因型)與臨床表現(xiàn)的對應(yīng)關(guān)系，某一特定基因突變的表型仍具有相當程度的不可預(yù)測性。 3FHCM發(fā)病機制 至今尚不清楚FHCM的詳細致病機制，但有兩種學(xué)說：突變基因表達出異常蛋白，作為“肽類毒劑”干擾正常蛋白的功能，稱為“顯性負作用。11。突變基因作為“無效等位基因”，不能表達或表達的蛋白不穩(wěn)定，不能摻入肌絲結(jié)構(gòu)，造成結(jié)構(gòu)蛋白絕對數(shù)量缺乏12。目前大多數(shù)學(xué)者支

9、持“肽類毒劑”學(xué)說，以下按照突變基因在肌節(jié)中表達出的結(jié)構(gòu)和功能蛋白分別闡述致病機制。 3.1肌凝蛋白由成對的肌凝蛋白重鏈，必須輕鏈和調(diào)節(jié)輕鏈基因共同表達組成。-MHC為帶球形頭部的棒狀結(jié)構(gòu)，人心肌肌凝蛋白球形頭部的三維結(jié)構(gòu)尚不清楚。已發(fā)現(xiàn)-MHC錯義突變多集中在靠近頭部的5個區(qū)13，其中一個區(qū)與MELC分子結(jié)合區(qū)相連接。Tohtong14發(fā)現(xiàn)在轉(zhuǎn)基因果蠅的MRLC突變可使肌纖維激活反應(yīng)有所喪失；在體外實驗中，-MHCArg403Gln錯義突變在骨骼肌中表達后，證明提純的肌凝蛋白絲滑動速度降低80%，減少了能量輸出15。Straceski報道16unc54MHC錯義突變基因能夠在線蟲中表達出穩(wěn)定

10、多肽，并能摻入肌絲結(jié)構(gòu)，干擾正常肌原纖維節(jié)裝配，這是支持“肽類毒劑”假說的有力證據(jù)。問題在于Nishi等17報道一個日本家系16歲男孩同時有錯義突變和無意義突變；男孩父親系FHCM患者只有錯義突變；而母親和外祖母未患FHCM，只有無意義突變。推測錯義突變致病，無意義突變結(jié)果為隱性基因表型。 3.2肌鈣蛋白由3個亞單位組成，即結(jié)合肌凝蛋白亞單位(TnT)、結(jié)合鈣亞單位(TnC)、抑制亞單位(TnI)。在肌小節(jié)細絲中肌鈣蛋白與Tm和肌動蛋白共同形成絞鏈樣結(jié)構(gòu)18。目前發(fā)現(xiàn)的Tm,TnI基因突變數(shù)量較少且均為錯義突變，未深入研究其致病機制。但Watkins等19報道可產(chǎn)生截短蛋白的TnT內(nèi)含子15供體位點G1A突變，其克隆有該突變cDNA的CMV載體能夠在鵪鶉的成心肌細胞-肌小管系統(tǒng)中表達，經(jīng)抗體染色觀察細絲，發(fā)現(xiàn)截短蛋白聚集在肌小管，繼之摻入肌原纖維節(jié)，并且體外蛋白功能研究證明截短蛋白的鈣激活收縮力顯著降低。結(jié)果亦支持“肽類毒劑”假說。令人遺憾的是未對該突變FHCM患者進行心肌活檢