基因檢測在肥厚型心肌病診斷治療及預后評價的應用進展知識分享

1、基因檢測在肥厚型心肌病診斷、治療及預后評估的應用進展翟姍姍(1)樊朝美*(2)李一石(3)肥厚型心肌病(Hypertrophic Cardiomyopathy ，HCM )是指并非完全因心 臟負荷異常引起而發(fā)生的，以室壁厚度增加為表現的遺傳性心肌病1，亦是青少年及運動員心源性猝死(Sudden Cardiac Death， SCD)的主要原因，故盡早 診斷、治療尤為重要。基因檢測有助于 HCM早期診斷，但一代測序技術的低檢 出率及高成本限制了其在臨床中的應用，近年來二代測序技術(Next Gen erationSequencing, NGS )的廣泛應用彌補了一代測序技術的不足。本文就基因檢測

2、在HCM診斷、治療及預后評估的應用進展做一綜述。一、基因檢測技術的進展傳統(tǒng)的化學降解法、雙脫氧鏈終止法以及在它們的基礎上發(fā)展來的各種DNA測序技術統(tǒng)稱為第一代DNA測序技術。因為成本高、速度慢、序列少的第 一代測序技術已經不能滿足深度測序和重復測序等大規(guī)?；蚪M測序的需求。所以，以高通量為特點的第二代測序技術應運而生，其原理為邊合成邊測序，可快速并低成本地獲得大規(guī)模DNA序列信息。第二代基因測序(Next Generation Sequencing ， NGS)主要有以下方式：(1)靶向基因測序(Target Seque ncing In Custom Disease-Specific Pan

3、 els，Target-NGS )是對特定疾病的所有已知致病基因進行測序，主要用于診斷；(2)全外顯子測序(Whole-Exome Sequencing ，WES)是對基因所有編碼區(qū)進行 測序，主要用于明確可疑遺傳性疾病的致病突變，尤其是Target-NGS無法測得突變時；(3)全基因組測序(Whole-Genome Sequencing,WGS )是指對全 基因組30億bp DNA測序，包括編碼區(qū)及非編碼區(qū)，主要是用來明確新發(fā)致病基 因與疾病的關系， 在一個個體中可發(fā)現成千上萬的突變， 其中大部分突變與臨床 無明確相關性，應用 WGS 最大的挑戰(zhàn)是如何找到與臨床密切相關的突變。如何 處理二道

4、測序所得龐大數據，如何嚴謹分析并解釋新發(fā)突變的致病性均是 NGS 所應對的問題 2。二、基因檢測在 HCM 診斷與鑒別診斷中的作用 肥厚型心肌病基因檢測最初僅限于實驗室研究，現代基因測序不僅用于HCM 的診斷與鑒別診斷，亦可用于優(yōu)生優(yōu)育及預后的評估。隨著 NGS 在 HCM 中的廣泛應用，不僅能夠發(fā)現更多非常見的肌節(jié)蛋白突變，還能發(fā)現非 HCM 致 病突變如橋粒蛋白突變、離子通常蛋白突變，另外 NGS 亦可檢出擬表型基因突 變。如，Fabry病的a半乳糖苷酶基因（a -galactosidase A , GLA）突變3，這 有助于 HCM 的鑒別診斷。除此之外， NGS 還能夠發(fā)現結構變異（

5、Structure Variants ， SV） 、拷貝數變異（ Copy number variation, CNV ） 4，以及表觀遺 傳學中 DNA 甲基化水平和組蛋白修飾因子的改變，探討這些結果的臨床意義將 有助于解釋 HCM 的異質性。三、基因檢測有助于解釋 HCM 的異質性HCM 異質性突出是臨床面臨的重大挑戰(zhàn)。 HCM 患者可無癥狀，也可早期 發(fā)生心力衰竭和猝死，這種異質性可能受以下因素的影響：（1）致病基因不同；（2）致病突變所累及氨基酸位置不同；（ 3）修飾因子的影響 5。致病突變可能與心室形態(tài)相關： 早期研究提示 HCM 的室間隔呈反向曲線形 者較乙狀形者的突變陽性率更高

6、（79% 比 8%）， Bos JM 等 6發(fā)現其原因在于反向曲線形肥厚的 HCM 患者多為肌節(jié)蛋白基因突變所致，乙狀形肥厚的 HCM 患者多為 Z 盤基因突變所致。 Lopes LR 等 7進一步發(fā)現細胞膜錨蛋白基因 (ankyrin-B ，ANK2 )所致的 HCM 患者室間隔最大厚度增加。 HCM 基因型與 心臟核磁共振成像對照研究表明， 局部心肌纖維化在基因型陽性的 HCM 患者中 較基因型陰性者中更為常見，而彌漫心肌纖維化與之相反8。以上研究表明，特定蛋白突變或突變數量的改變與 HCM 心室形態(tài)有一定相關性。肥厚型心肌病與其他遺傳性心肌病的致病基因突變重疊： Haas J 等 9應用

7、 Target-NGS 技術發(fā)現擴張型心肌病、肥厚型心肌病、離子通道心肌病等致病突 變的重疊比例很高。 Schaefer E 等10 對一個 6 月大小猝死的左室致密化不全患 者進行 NGS 測序分析，發(fā)現其攜帶肌球蛋白結合蛋白 C( Myosin Binding Protein C, MYBPC3 )雙復合突變 (Lys505del,、Pro955fs )。Girolami F 等11對一 HCM合并早發(fā)房性心律失常的家系進行 Target-NGS分析，檢測到新發(fā)的 a輔 肌動蛋白-2(actinin alpha 2 , ACTN2)為其致病突變，Wang LF 等12對一 HCM 合并長Q

8、T綜合征(Long QT syndrome ，LQT )的家系進行分析，發(fā)現該家系 同時存在 LQT1 與 HCM 致病突變 。通過對 SCD 高危人群的基因型進行分析發(fā) 現，其多突變比例較多 13。隨著 NGS 在臨床中的進一步應用，有可能發(fā)現更多 不同心肌病之間致病基因的重疊現象， 這很有可能是所有遺傳性心臟病異質性的 一個重要原因。目前關于基因型 -表型的關系暫無定論，相信隨著大樣本多中心HCM 基因型隨訪研究的開展，將有助于揭示基因型 -表型的關系。四、基因檢測在 HCM 治療中的作用4.1 藥物治療的新視點藥物、酒精消融術及手術治療可以改善 HCM 患者的癥狀并提高生活質量。 但并不

9、能夠逆轉有病變的心肌，亦不能改善 HCM 患者的長期預后。為解決以上 問題，已開展了一些新治療藥物的探索性研究，并發(fā)現氯沙坦、辛伐他汀、螺內 酯以及抗氧化劑N-乙酰半胱氨酸等可以減輕 HCM小鼠心肌纖維化程度和減少 膠原成分，而這些 HCM 小鼠均是特定致病突變轉基因所建立的模型。因此，將 來基因檢 測結果可以 影 響 HCM 的治療 14 。另 外， 亦有 研究表 明在 MYH7-Arg403Gln 或 MYH7-Arg719Trp 轉基因小鼠發(fā)生左室肥厚前，分別給予 地爾硫卓、氯沙坦，可以減輕心肌纖維化程度并可延緩左室肥厚的進程14。目前 HCM 的早期干預臨床研究相對較少， 近期有人將

10、HCM 基因型陽性攜 帶者隨機分為地爾硫卓治療組與安慰劑組， 2 年后發(fā)現治療組左心室壁厚度和質 量、舒張期充盈、心肌肌鈣蛋白 I 水平均較安慰劑組有所改善 15。相信隨著基因 型陽性攜帶者的大規(guī)模隨訪隊列研究的增多將能證實 HCM 早期干預是否有益。4.2 組織工程和再生醫(yī)學HCM 新藥開發(fā)與設計目前受到兩個方面制約， 一是缺少能夠精準體現 HCM 病理生理的體外模型；二是業(yè)已建立的小鼠動物模型與人類基因組存在一定差 異。應用相似于正常心肌結構、生物力學的仿生成分與可分化為 HCM 心肌細胞 的多能干細胞進行研究不僅可以加深對 HCM 發(fā)病機制、基因型與表型相關性的 理解。而且，還可行特異突

11、變 HCM 的藥物研究，達到精準治療的目的 16。心臟再生工程中成纖維細胞逆轉為正常心肌細胞對于 HCM 尤為重要，假 如在 HCM 早期就能夠成功逆轉左心室肥厚， 就可以減少心肌纖維化、 延緩病程、 減少心源性猝死，盡管這種逆轉可以實現，但其難度大、效率低。納米技術可攜 帶包含逆轉所需的 miRNA 和轉錄因子的載體靶向定位于 HCM 患者的成纖維細 胞并促其逆轉，從而達到治療目的 17 ，此外，納米技術憑借其高濃度、高選擇 性、高通透性、高聯合性等四大優(yōu)勢，不僅可將特異藥物運送到靶向細胞，還可 運送特異的基因，可用于研究 HCM 特異基因致病機制以及相應的治療方案 18 。五、基因檢測在預

12、后評估中的作用5.1 基因檢測可否確定良性與惡性突變早期認為肌鈣蛋白 T (Troponin T type 2 , TNNT2 )、B肌球蛋白重鏈(myosin, heavy chain 7 , MYH7)為惡性突變” MYBPC3為良性突變”以 上均為家族性 HCM 研究，隨后大樣本散發(fā) HCM 研究發(fā)現上述結論并不成立。MYBPC3 與 MYH7 在發(fā)病年齡、肥厚程度、外科手術比例、 HCM 及猝死家族 史等方面并無差異 , 隨后 Page SP 等19也發(fā)現 MYBPC3 并非均晚期發(fā)病、 預后 好，這類基因型的 HCM 臨床表型仍存在極大異質性，故不能認為 MYBPC3 屬 于“良性突

13、變 ”。 TNNT2 基因型的大樣本隊列研究 20發(fā)現該突變患者的心血管死 亡風險與正常人群無異，將其認為是 “惡性突變 ”亦不合理的。 Bos JM 等21發(fā)現 非肌節(jié)蛋突變( MLP/TCAP )所致臨床表型與肌節(jié)蛋白突變所致 HCM 并無明顯 差別。目前的研究發(fā)現 HCM 基因型陽性者比基因型陰性者預后差 7，更易發(fā)展為 心力衰竭，且發(fā)病年齡更早、 HCM 及 SCD 家族史更為多見、非對稱性左室肥 厚比例較多、左室肥厚程度更重、心血管死亡風險加重。目前 HCM 的良、惡性 基因之分還存在很多爭議，還不能單純依據基因測序來決定 HCM 的預后，仍需 用傳統(tǒng)臨床危險分層的指標來識別 HCM

14、的SCD高風險患者5.2 多突變與預后的關系即使在沒有傳統(tǒng) SCD 危險因素時，多突變 HCM 患者的 惡性心律失常、心 源性猝死、左室極度肥厚、終末期心力衰竭的發(fā)生率等心血管死亡風險均較單基 因突變的HCM患者明顯升高22。Girolami F等23提出多突變HCM的臨床表型 加重為基因劑量效應所致， 即兩種或以上異?；蜻^度表達疊加產生的效應。 但 另有研究表明基因突變之間存在相互作用， 雙突變或多突變在 HCM 中的致病機 制并非為單純的劑量疊加， 而是第二個突變與第一個突變相互作用從而加重表型 24。多突變引起表型加重的機制需在分子、細胞、動物實驗中進一步分析，現 已發(fā)現鈣離子通道調節(jié)

15、基因表達下調以及轉錄因子STAT-3的上調與雙突變致病性相關 13，這一發(fā)現對今后的研究將有極大幫助。隨著 NGS 的應用， HCM 雙突變率從一代測序技術所發(fā)現的5%上升到38% ，三突變或更多突變達 12.8% 9。雖然還未有研究能證明多突變?yōu)楠毩⒌?危險因素。但是，未來的大樣本長期隨訪研究將給出明確答案。六、基因檢測與一級親屬的篩查先證者親屬基因篩查的前提是先證者的致病突變已明確， 值得注意的是， 采 用一代測序技術能夠明確突變的先證者僅占 50% ，其中很多突變致病性質仍不 確定。因此，僅有有限的先證者所在家系可以進行基因篩查。 目前基因篩查的主 要應用目的為在家族性 HCM 的家系成

16、員中篩查出基因型陰性的成員并宣告其無 發(fā)病可能，這樣可以減少其心理負擔和不必要的長期隨訪。但是， HCM 的“無罪 宣告”需要特別謹慎。同時還需向基因型陰性的成員告知如有不適，也需及時就 診。究其原因歸為以下四點：（1）既往認為無或不確定致病性的突變有可能為致 病突變 ;（2）先證者可能為多突變，而基因篩查僅進行單個突變的篩查，遺漏了 第二個或第三個致病突變 ; （3）實驗室等因素的人為錯誤 ; （ 4）原始突變，初 期先證者并無突變，子代新生的原始突變?？傊?， HCM 家系成員基因篩查的應 用看似容易，但其結果的解釋與建議需要多學科合作方能最為優(yōu)化 25 。七、基因測序與優(yōu)生優(yōu)育產前遺傳診斷

17、是指在妊娠初期對患者外周血、羊水及臍帶血等進行基因檢 測，有助于早期發(fā)現胎兒是否攜帶致病基因， 但是該方法除在檢測時機、 準確性、 安全性諸多方面仍存在問題外，如何處理基因型陽性攜帶者還存在醫(yī)學倫理問 題。因為并非所有致病基因攜帶者在其一生中均會出現臨床表型。 由于產前遺傳 診斷在大部分國家非合法， 其他手段如收養(yǎng)、 人工授精、 使用捐贈的配子以及胚 胎植入前遺傳學診斷（ Pre-Implantation Genetic Diagnosis ，PGD ）等有助于 優(yōu)生優(yōu)育。其中， PGD 可以協(xié)助遺傳性心肌病的患者孕育不攜帶致病基因的受 精卵胚胎， 近期 Anver Kuliev 等對 9 對

18、遺傳性心臟病的夫妻行 PGD 發(fā)現其應用 的優(yōu)勢及安全性，尤其是對有青年心源性猝死、 ICD 植入、室性心動過速、心臟 移植等家族史的夫妻有一定幫助， 但應用 PGD 之前必須仔細權衡夫妻的需求 26 。八、總結與展望基因檢測有助于 HCM 早期診斷，二代測序技術不僅能提高致病突變檢出率 與經濟效益比值， 還可發(fā)現新發(fā)的致病突變及突變形式， 并進一步揭示基因型與 表型的關聯性?；驒z測在評價 HCM 預后方面亦有幫助， 多突變有可能是 HCM 患者 SCD 危險因素之一。盡管心臟組織工程、再生醫(yī)學、納米技術處于起步研 究階段，但聯合研究將有助于深入了解 HCM 的發(fā)病機制和開發(fā)新的治療藥物參考

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