肥厚型心肌病发病机制及治疗进展

芮明艳，杨景柯，孟祥光，赵育洁，牛思泉，袁义强

（1南方医科大学附属河南心血管病医院心内科，2郑州市第七人民医院心血管疾病及药物研究室，河南郑州450016）

0 引言

肥厚型心肌病（hypertrophic cardiomyopathy，HCM）是一种原因不明的心肌疾病，其临床表现多样，包括无症状、呼吸困难、舒张功能障碍、左心室流出道梗阻、心律失常、心肌缺血、二尖瓣关闭不全、心力衰竭等，是青少年和运动员心源性猝死的首要原因［1］。主要是由编码肌小节结构蛋白的基因突变，和／或一些修饰基因以及线粒体基因异常引起的单基因遗传性疾病，常表现为常染色体显性遗传以及不多见的常染色体隐性遗传和伴性遗传［2］。现已证实有超过29个基因的1500余种突变可导致HCM，其中绝大部分位于编码肌小节结构蛋白的基因上。目前，该病病因不明，病死率高，临床治疗多采用对症处理，可分为非分子干预和分子干预。通过文献查阅，我们发现HCM在分子领域方面的研究发展迅速，因此本文将基于分子生物学对HCM的病因及治疗做一综述。

1 肥厚型心肌病病因的分子基础

1.1 肌小节结构蛋白基因肌小节是心脏的基本收缩单位，它主要由粗、细肌丝构成。粗肌丝主要成分为肌球蛋白，同时也含有肌球蛋白结合蛋白C、H和X（MBPC、MBPH和 MBPX）；细肌丝主要由肌动蛋白、原肌球蛋白和肌钙蛋白构成，肌钙蛋白由肌钙蛋白 C（cTnC）、肌钙蛋白 I（cTnI）和肌钙蛋白 T（cTnT）三种亚单位构成。编码上述任意蛋白的基因发生突变，肌小节的结构和功能将可能发生改变，由此可导致HCM。HCM患者约60%是由肌小节相关基因突变所致，这些基因主要包括编码粗肌丝的MYH7、MYH6、MYL2 和 MYL3，编码细肌丝的 TNNT2、TNNI3、TNNC1、TPM1和ACTC1，还有编码中间纤维的MYBPC3［3-4］，在约40%的HCM患者中，致病基因仍有待确定［5］。肌节蛋白基因突变引起 HCM潜在的分子机制尚不明确，有学者认为HCM的基本遗传学机制如下：基因突变后心肌收缩蛋白对Ca2＋敏感性增加导致心肌张力增加、心肌收缩亢进和舒张功能障碍，从而诱发代偿性左室肥厚、排列紊乱及间质纤维化。1.1.1 β-肌球蛋白重链基因 β-肌球蛋白重链基因是第一个发现的HCM致病基因［6］，已发现超过300个与HCM相关的MYH7突变，携带MYH7基因突变的HCM患者约占HCM患者总数的35%～50%［6］。该基因编码的β-肌球蛋白重链具有高度保守性，是肌小节的主要收缩蛋白。β-肌球蛋白重链主要分为三个部分：球状头部S1、杆状部分S2和C端的杆状尾部区LMM。MYH7突变多是错义突变，大部分突变主要集中在肌球蛋白的S1和S2区域，少部分集中在LMM，S1突变时可以阻碍肌动蛋白之间的相互作用，影响ATP分解位点和肌动蛋白的结合位点，降低粗肌丝和细肌丝的亲和力，从而使心肌收缩功能下降，心肌出现代偿性的增生和肥厚。S2发挥连接头部和肌丝的作用，而杆状尾部在肌丝正确组装中发挥重要的作用。尽管目前已经达成共识，MYH7是 HCM突变频率最高致病基因，但是MYH7突变导致 HCM的发病机制尚不清楚，较为公认的是涉及 Ca2＋稳态、心肌纤维化、能量失调等多个方面［7］。

1.1.2 心肌肌球蛋白结合蛋白C基因 心肌肌球蛋白结合蛋白C基因是第二个发现的HCM致病基因，目前已经发现超过350个与HCM相关的MYBPC3突变［8］，多数已知的MYBPC3突变（60% ）是截短突变，包括插入、缺失、剪接或分支点突变，携带MYBPC3基因突变的HCM患者约占HCM患者总数的30%～40%［9］。MYBPC3编码心脏特异性肌球蛋白结合蛋白，参与肌节蛋白结构与功能的调节和细胞内信息传递，影响肌丝的收缩与舒张运动。MYBPC3的肌球蛋白结合位点主要位于C末端，其C1及C2结构域存在3个调控心肌收缩的磷酸位点，cMYBPC的磷酸化和去磷酸化可调节肌肉的舒张和收缩。MYBPC3突变大部分为cMyBPC的C端异常缺失，产生“截短蛋白”cMyBP-C，缺乏主要的肌球蛋白和／或肌动蛋白结合位点，进而造成肌小节结构和功能损害。在导致HCM的MYBPC3突变中，无义突变和框移突变的比例较高且严重，错义突变相对较低且轻微。研究发现，MYBPC3突变所致HCM的严重程度及预后与突变类型相关，多数无义突变和框移突变其临床症状较重，并与进行性心力衰竭、卒中、心脏猝死等相关，预后较差［10］。错义突变能降低 MYBPC结合肌球蛋白的能力，但大多数错义突变既不影响MYBPC的功能，也不影响其稳定性，心肌肥厚出现晚、症状一般较轻，不利于临床诊断，因此MYBPC3突变携带者需要进行全面的临床危险性分析。

1.1.3 肌球蛋白调控轻链基因 肌球蛋白调控轻链基因位于12号染色体上，含7个外显子，编码肌球蛋白调控轻链，肌球蛋白调控轻链是粗肌丝的重要组成部分，现认为肌球蛋白调控轻链基因转录上调是心肌细胞对肥厚应答的一个重要标志，它对心肌细胞正常结构和功能的维持有重要意义。目前已发现10种与HCM相关的MYL2基因突变，其突变所致的HCM发生率小于5%。肌球蛋白调控轻链对心肌细胞正常结构和功能的维持有重要意义，破坏MYL2基因可导致肌小节不能正确装配，从而导致心肌收缩舒张功能障碍。

1.1.4 肌球蛋白必须轻链基因 肌球蛋白必须轻链基因定位在3号染色体上，目前发现5种与HCM相关的MYL3基因突变，携带MYL3基因突变的人群不超过HCM总人口的1%。肌球蛋白必须轻链的微小变化就可以改变横桥的性能并引起临床症状，尽管携带MYL3基因突变患者的临床变现严重程度不一，但几乎所有MYL3基因突变携带者青少年时期都会发生心源性猝死。

1.1.5 心脏肌钙蛋白I基因 心脏肌钙蛋白I基因位于19号染色体上，由8个外显子组成，编码心肌肌钙蛋白I，是肌丝的重要组成部分，主要功能是抑制肌动蛋白与肌球蛋白的相互作用。近年来发现，肌钙蛋白I高度保守抑制肽区域的突变改变了肌丝钙离子的敏感性，从而调节心肌细胞的收缩活动［11］。至今已经发现20种与HCM相关的TNNI3基因突变，TNNI3基因突变所致的HCM约占患者总数的5%。

1.1.6 心脏肌钙蛋白T基因 心脏肌钙蛋白T基因定位于1号染色体上，由17个外显子组成，TNNT2基因编码心肌肌钙蛋白T是一种重要的调节蛋白，是细肌丝的重要组成成分，该基因突变可导致HCM［12］，其可能的机制是突变改变了横桥的动力，在一定范围内降低了肌原纤维对钙离子的敏感性以及钙离子激活的最大速率并增加了肌肉收缩时能量的消耗，从而影响心肌细胞的舒缩运动。目前已经发现36种与HCM相关的TNNT2基因突变，TNNT2基因突变所致的HCM约占患者总数的20%。

1.1.7 α-原肌球蛋白基因 α-原肌球蛋白基因定位于15号染色体上，由14个外显子组成，编码原肌球蛋白。该基因上的突变可影响原肌球蛋白的二级结构，即与肌动蛋白的结合及其在细肌丝上的位置，改变肌动蛋白、肌球蛋白的相互作用和肌丝的Ca2＋敏感性。除了影响心肌收缩性，还会使得细胞内钙离子调控和信号通路发生改变，从而引发HCM。目前已经发现12种与HCM相关的TPM1基因突变，TPM1基因突变所致的HCM约占患者总数的5%左右［13］。1.1.8 心肌肌动蛋白基因 心肌肌动蛋白基因定位于15号染色体上，编码心肌肌动蛋白，是细肌丝的重要组成部分，在心肌收缩过程中发挥着重要的作用。ACTC 1突变导致HCM的机制可能与抑制细肌丝的活性、改变肌动蛋白不稳定性或聚合缺陷、降低肌动蛋白和肌球蛋白结合蛋白的亲和力息息相关。由于肌动蛋白序列的高度保守性，在HCM患者中存在ACTC 1突变是值得注意的。目前已经发现12种与HCM相关的 ACTC1基因突变［14］，ACTC1基因突变所致的HCM不超过患者总数的5%。

1.2 Z盘基因Z盘不仅是肌节的自然分界线，在肌节收缩与舒张的机械偶联中发挥着重要作用，而且具有将收缩力横向传至细胞膜外基质的作用。Z盘蛋白与HCM相关的包括肌联蛋白（TTN）、肌肉LIM蛋白（MLP）、T 帽蛋白（TCAP）、MYOZ2蛋白、心肌锚定重复序列蛋白（ANKRD1）、a-辅肌动蛋白（ACTN2）、微管连接蛋白（NEXN）、遮蔽蛋白（OBSCN）。虽然Z盘蛋白基因突变引起的HCM并不常见，但Z盘蛋白在信号转导过程中发挥着重要的作用，可以参与心肌肥厚应答，因此研究HCM发病机制和治疗时，Z盘基因应该引起一定的重视。

1.2.1 肌联蛋白基因 肌联蛋白基因位于2号染色体上，由363个外显子组成，其编码的巨丝蛋白是目前已知分子量最大的多肽，在肌节内从Z盘延伸到M带。肌联蛋白在肌小节中起到类似骨架的作用，为其他肌小节蛋白提供结合位点，帮助肌丝的组装和肌小节的形成，是肌肉被动弹性的分子弹簧以及作为提供各种信号传导的机械传感器［15］。目前仅发现2种与HCM相关的TTN基因突变。

1.2.2 心肌LIM蛋白基因 MLP位于11号染色体上，由6个外显子组成［16］。MLP表达于心肌和慢收缩骨骼肌，被认为是辅助肌动蛋白组装、滑动的细胞骨架之一，MLP是心肌分化的必须调节因子之一，在心肌发生过程中具有重要的调节作用，并可能参与调节心肌中肌肉特异性基因表达，稳定心肌细胞膜。研究已经发现并鉴定了MLP基因第2外显子中的Trp4Arg错义突变，这是第一个发现与心肌病相关的人类MLP突变，并提出了该基因在心脏机械活动中的作用［16-17］。

1.2.3 T帽蛋白基因 T帽蛋白基因位于17号染色体上，T帽蛋白由167个氨基酸残基构成，在骨骼肌和心肌中特异性的表达，主要功能是促进肌联蛋白的反向平行组装，在肌小节的组装中发挥重要的作用。目前针对TCAP导致HCM的确切机制尚不清楚，有待进一步研究。

1.3 修饰因子修饰因子是指除致病基因外，由于DNA的多态性可以影响患者个体表型表达的因素，通常指患者的遗传背景。修饰因子不足以导致HCM，也不是患HCM的必要条件，但是修饰因子可以影响HCM的严重程度和疾病进展。HCM临床表现性有很大的差异，同一突变携带者的临床异质性和不同的表型表达可以用其他因素来解释，如环境和遗传修饰因子［4］。目前，已发现多个可能参与HCM表型表达的修饰因子，如内皮素-1、5-羟色胺、缓激肽B2受体、钙调蛋白、醛固酮合成酶、血管紧张素 II等［18-19］。其中血管紧张素和5-羟色胺之间的相互作用可能在心脏肥大的发展中发挥重要作用［19］。

1.4 线粒体基因线粒体是真核细胞生物氧化和能量转换不可缺少的细胞器，受双重基因组控制。它的蛋白质中只有一小部分由线粒体DNA（mtDNA）编码，而超过99%的蛋白质由核DNA（nDNA）编码［20］。许多生物功能都涉及线粒体，包括ATP转运、产热、电解质平衡、应激和防御反应［21］。因为心肌是高能量需求的组织之一，所以线粒体疾病优先影响心脏，心脏受损状况与氧化呼吸链复合物亚单位及其组装因子、线粒体转运RNAs、核糖体RNAs、核糖体蛋白、翻译因子、mtDNA维持和辅酶Q10合成等缺陷导致的线粒体功能障碍相关。与mtDNA突变相关的心脏表现主要为：无症状、心律失常和心肌病，肥厚型心肌病是常见的一种线粒体突变，发生在40%的线粒体疾病患者中。目前研究发现与HCM相关的mtDNA突变主要为：tRNA基因点突变、编码线粒体呼吸复合体亚基的结构基因突变、调控区D环基因突变。此外，由于大多数呼吸链复合体亚基和mtDNA复制和表达需要的许多酶是由nDNA编码，因此与线粒体相关的nDNA基因突变也可能导致HCM。由nDNA基因突变引起的线粒体疾病发生在幼儿期，而由mtDNA突变引起的疾病发生在幼儿期或成年期。mtDNA几乎不含内含子序列，其上发生的任何突变都会累及基因组中的重要功能区，进而影响氧化磷酸化过程，使ATP生成减少。心肌组织在ATP供应不足的情况下，会产生退行性变及代偿性肥厚增生等病理改变，最终导致HCM。

HCM通常在年龄较大（＞20岁）时发生，而肌节基因突变从出生就存在。这说明HCM的病理生理机制比单纯的肌节基因突变更为复杂。总之，HCM不仅仅与基因突变有关，而且可能和基因修饰、环境等因素共同作用，其研究的深入将对患者的诊断及临床新药的研发有所帮助。

2 肥厚型心肌病的治疗

2.1 非分子干预肥厚型心肌病病死率高，目前对HCM患者的治疗是基于症状改善的药物及手术，症状轻微且左室流出道压力阶差＜50 mmHg的HCM患者可采用保守治疗，包括生活方式的干预和药物治疗。伴有左室腔内梗阻以及严重的限制性症状且药物治疗效果不佳者，称为药物难治性肥厚性梗阻性心肌病，可采用介入治疗，介入治疗以其创伤小，效果明显，现在已经成为肥厚型心肌病治疗的主要方法。包括经皮间隔心肌化学消融术、起搏器置入术、植入型心律转复除颤器和室间隔心肌切除术［3，23-24］。

2.1.1 生活方式干预 生活方式干预的主要目的在于避免诱发或加重左室腔内梗阻，减少猝死。避免剧烈运动、持重、饱餐，低盐低脂饮食，避免使用动静脉扩展剂及强心剂，定期复查心电图、心脏彩超等。

2.1.2 药物治疗 药物是治疗HCM的基础，治疗类似于标准心力衰竭治疗，均以β受体阻滞剂和非二氢吡啶类钙通道阻断剂为主要药物治疗方法［22］。单用β受体阻滞剂或维拉帕米不敏感的梗阻型HCM患者可以加用丙吡胺或西苯唑啉。此外，动物实验提示，螺内酯、辛伐他丁、雌激素能影响HCM小鼠的心肌重塑和纤维化，但这些药物在人体中是否具有相似的作用有待验证。

2.1.3 经皮间隔心肌化学消融术 经皮间隔心肌化学消融术通常被选择用于外科治疗风险高的老年患者，其原理是使靶间隔支支配的室间隔区域发生缺血坏死，进而心肌收缩力下降，使心室流出道梗阻减轻或消失，从而改善临床症状，减少心血管并发症的发生。目前最常用的是向把血管内注入无水乙醇，使局部心肌坏死以减轻梗阻。由于无水乙醇有漏出至冠状动脉左前降支的风险，近几年提出用线圈或微球栓塞替代乙醇，线圈因并发症较多已不再使用。微球栓塞与乙醇相比具备更好的操控性、更少的排异及炎性反应。但其有效性尚需大规模、长期的临床对照研究证实。

2.1.4 起搏器置入 起搏器置入只限于对于药物保守治疗效果不佳，或出现药物副作用，不能耐受或不接受经皮间隔心肌化学消融术和室间隔心肌切除术的患者，尤其对于合并窦性心动过缓、房室传导阻滞、交界性心律或伴有心衰患者行起搏器治疗更有裨益。

2.1.5 植入型心律转复除颤器 HCM是运动员和青年心源性猝死最常见的原因，ICD已被证明是一种安全有效的预防HCM患者猝死的疗法。与冠状动脉疾病后植入ICD的患者相比，HCM患者发病年龄较小，通常无症状，射血分数保留，合并症较少。鉴于这些特点，HCM患者将面临更长时间的猝死风险。在高危的HCM患者，如曾经发生过心脏骤停、亲属中出现过猝死、不明原因晕厥史、Holter监测中出现非持续性室性心动过速、运动时出现低血压和左心室严重肥大（壁厚≥30 mm），植入ICD对预防HCM相关心源性猝死是非常有价值的。

2.1.6 室间隔心肌切除术 室间隔心肌切除术是目前治疗药物难治性肥厚性梗阻性心肌病的金标准。经典的手术是著名的MORROW术式及扩大的MORROW术式。手术通过切除部分肥厚的室间隔，减少室间隔的厚度，增加流出道面积，改变血流方向，减少了二尖瓣前叶的压力及乳头肌的前移，使SAM征减弱或消失以解除左心室流出道梗阻。术后患者左室流出道压差、室间隔厚度、左心室射血分数、左心室舒张末内径、二尖瓣关闭不全、心功能分级均较术前有不同程度的减轻。

2.2 分子干预在过去十年中，对于遗传性疾病，基于DNA或RNA水平进行基因干预取得了重大进展，当前已经开发了几种策略来消除遗传缺陷，主要包括基因组编辑、外显子跳跃、剪接体介导的RNA反式剪接、等位基因特异性沉默和基因替换疗法等［25］。这些技术中的大多数已经在动物模型中进行了功效和效率测试，并取得了有望的结果。

2.2.1 基因组编辑 基因组编辑技术能够精确靶向修饰生物体基因组特定位点，可完成基因定点突变、敲除、多位点同时突变和小片段的删除等基因组编辑技术［26］，人为改造生物遗传学信息。传统的基因组编辑工具主要是基于锌指核酸酶和转录激活因子样效应核酸酶，但因其成本高，劳动强度大，已被廉价且快速的CRISPR／Cas9基因组编辑方法所取代，可以更加准确、深入地了解疾病发病机理和探究基因功能，可以改造人的基因，达到基因治疗的目的［27］。

2.2.2 外显子跳跃 外显子跳跃是指以整码突变或移码突变的原理为基础，通过选择性剪接，去除含基因缺陷的外显子，从而表达更短的具有功能相同或相似的新蛋白或不表达任何蛋白。在临床上，外显子跳跃策略主要指将疾病状态从重症转为轻症的选择性剪接措施。Christina等通过外显子跳跃干预MYBPC3突变小鼠短暂的消除了心脏功能障碍并防止了左心室肥大，这预示了外显子跳跃作为一种新的治疗手段已显示出在临床上的应用前景，为HCM患者的治疗铺平了道路。

2.2.3 RNA反式剪接 RNA反式剪接指的是两条独立转录的mRNA分子之间的剪接反应，一个是靶内源性突变前mRNA分子，另一个是治疗性前反式剪接分子，在mRNA成熟过程中使mRNA发生嵌合修复转录成正常蛋白［28］。与正常的顺式剪接不同，这里的两段外显子是来自不同的RNA的，但却可能来自同一基因。这种方法的目的是降低具有修复全长mRNA的缺陷转录物的水平。特别是HCM相关MYBPC3突变的患者可以从反式剪接中获益，因为所有突变都可以用两个前反式剪接分子修复，覆盖MYBPC3 mRNA的前半部分和后半部分，实现整条MYBPC3 mRNA任意突变位点的修复［29-30］。在小鼠体内与体外均有应用反式剪接修复MYBPC3 mRNA和cMyBP-C蛋白的证据，但因反式剪接效率较低，需要进一步优化［30］。

2.2.4 基因替代疗法 基因替代疗法就是利用载体将缺失的基因转染特定细胞，已达到治疗的目的，主要应用于突变导致相应蛋白水平低或缺失的情况。基因替代疗法适用于HCM相关的MYBPC3基因突变，因为它们通常导致蛋白质低水平或缺乏。Prondzynski等将正常的 MYBPC3 cDNA导入具有MYBPC3基因突变的异常心肌细胞（该细胞由一个HCM患者的多功能干细胞诱导分化而来），发现cMyBP-C表达水平升高［29］；Monteiro等通过腺病毒介导的全长MYBPC3基因治疗携带MYBPC3突变的HCM人类胚胎干细胞系后，HCM携带者心肌细胞肥大、肌节紊乱和钙脉冲传播得到改善［31］。

2.2.5 等位基因特异性沉默 基因沉默是生物体中特定基因由于各种原因不表达或者表达减少的现象，随着基因工程的迅速发展，基因沉默技术不断有新技术出现，主要包括反义寡核酸技术、基因敲除、RNA干扰技术等。等位基因特异性沉默是指在生物体细胞内，与靶基因同源的外源性或内源性双链RNA诱导转录后引起特异性基因沉默，降低突变蛋白表达，是治疗常染色体显性遗传病的一种选择。在HCM的背景下，应用等位基因特异性沉默技术成功消除了Myh6等位基因突变小鼠心肌病的研究，为人类HCM基因突变的治疗提供了新的思路［32］。

3 总结和展望

肥厚性心肌病是最常见的遗传性心脏病，给人类社会带来了巨大的经济和精神负担。肌节蛋白基因突变是这种疾病最常见的原因，但其相关致病基因和突变位点远未被完全揭示，影响其预后的因素也远未被阐明，对临床工作的指导作用还很局限，因此通过发现与HCM相关的新生物标记和新基因来理解这种复杂和异质性疾病是必要的，需要进行更多的工作来扩展HCM的候选基因，找到能够恢复心脏功能的新治疗策略，揭示基因突变与临床表现及预后的关系，为基因的诊断和治疗打下基础。