限制型心肌病的基因组学研究进展

陈 剑

［广东省人民医院（广东省医学科学院），广州 510080］

提要：限制型心肌病是一种非常罕见且病死率高的疾病，目前发病机制尚未完全明确，可能由非肌节、肌节和肌节相关蛋白的基因突变引起。基因型-表型相关性的多样性使得通过基因突变预测疾病表型变得复杂化。本文主要综述限制型心肌病的基因组学研究进展，并推测限制型心肌病的临床表型发展可能是由多重机制共同作用的结果。

心肌病是一组异质性心肌疾病，由不同病因（遗传性病因较多见）引起心肌病变，表现出心肌功能和结构缺陷。根据Elliott 等（2008）描述的心肌病分类，可以细分为限制型心肌病（RCM）、肥厚型心肌病（HCM）、扩张型心肌病（DCM）、致心律失常性右心室心肌病（ARVC）和未分类的心肌病，例如左心室致密化不全（LVNC）等［1］。限制型心肌病是一种致命但罕见的疾病，以心室壁僵硬度增加、舒张功能降低、充盈受损而产生临床右心衰竭症状为特征。世界卫生组织（WHO）的定义：以单或双心室充盈受限，舒张期容积缩小为特征，心室收缩功能及心室壁厚度正常或接近正常，可出现间质的纤维增生。疾病开始时收缩功能接近正常，疾病后期可能会降低。随着疾病进展，患者最终发展为心力衰竭。

1 限制型心肌病病因与分类

心肌病分为3 类：遗传性、混合性和获得性。限制型心肌病属于混合性心肌病，既有遗传因素，又有非遗传因素，约一半为特发性，另一半为病因清楚的特殊类型。限制型心肌病通常分为以下3 类：（1）浸润性，细胞内或细胞间有异常物质或代谢产物堆积，常见的疾病包括淀粉样变性，它是由肌肉纤维之间和（或）冠状动脉壁内蛋白质（淀粉样蛋白）的错误折叠和沉积所引起，淀粉样蛋白诱导心脏壁扩大，呈现肥大外观。其他还包括结节病、血色病、糖原贮积症、戈谢病、Fabry 病；（2）非浸润性，包括特发性限制型心肌病，大多数特发性限制型心肌病患者是由基因缺陷引起的，部分可能属于和其他类型心肌病重叠的情况如轻微扩张型心肌病、肥厚型或假性肥厚型心肌病等；（3）心内膜病变性，病变累及心内膜为主，如病理改变与纤维化有关的心内膜弹力纤维增生症、高嗜酸性粒细胞综合征、放射性、蒽环类抗生素等药物，以及类癌性心脏病和转移性癌等。限制型心肌病具有遗传异质性，主要表现为常染色体显性遗传，偶见常染色体隐性遗传和X连锁隐性遗传。目前报道的相关家族性基因有20 多个，但由单个基因缺陷引起的家族性限制型心肌病不常见。儿童心肌病很少见，通常预后不良。患有限制型心肌病的儿童疾病进展迅速，常发生猝死，约50%患儿平均生存率仅为2 年。

目前的研究发现，限制型心肌病明确相关的肌节和非肌节蛋白突变基因包括TNNI3、TNNT2、TNNC1、TPM1、TTN、MYH7、MYBPC3、MYPN、DES、FLNC、LMNA、CRYAB、BAG3、ABCC9等（表1），其中TNNI3 和TNNT2 基因突变是目前报道较多的变体基因。大多数突变已被证实发生在编码肌节蛋白的基因中，一些突变存在于肌节相关蛋白，如小热休克蛋白、晶状体蛋白αB，或者是结合部分，如BAG3 蛋白。

表1 与限制型心肌病相关的肌节和非肌节蛋白突变

2 限制型心肌病的病理生理机制

肌节是肌原纤维的一个亚结构，是横纹肌（骨骼肌和心肌）的收缩单位。它以M 盘为中心，并以Z 盘为边界的一个对称单元。M 盘和Z 盘用于锚定细、粗和弹性长丝。弹性丝是一个巨大蛋白，由肌联蛋白组成，跨越半个肌节。肌联蛋白是肌小节的基本成分，连接肌球蛋白与肌动蛋白聚合物并将其附着于Z 线上，具有维持静息张力和弹性，调节肌张力和舒张期僵硬度等功能。细丝主要含有丝状肌动蛋白和调节蛋白原肌球蛋白和肌钙蛋白。粗丝包括连接粗丝和细丝的运动蛋白肌球蛋白和调节蛋白肌球蛋白结合蛋白C。肌球蛋白与肌动蛋白的Ca2+依赖性相互作用导致细丝和粗丝相互滑动，肌节缩短，肌细胞以及最终整个肌肉收缩。除了细丝和粗丝的蛋白质外，肌节还由大量高度组织化的蛋白质组成，并通过细胞骨架与细胞外空间和细胞核相连。因此，基于肌节本身以及肌节蛋白质间相互作用的高度平衡对于心肌细胞的收缩功能非常重要。任何类型的肌节蛋白功能失调、蛋白质-蛋白质相互作用的改变、肌节结构和动力学的变化、蛋白水解降解等，都可能发展为收缩功能障碍，最后发展为心肌病和心力衰竭。

目前关于限制型心肌病分子机制的了解还不够深入。在疾病开始阶段出现导致蛋白质发生改变的突变，其表达水平可能与野生型蛋白质不同。当整合到肌节或与肌节相关的结构中时，与其他肌节/相关蛋白的相互作用以及蛋白质和肌节动力学通常会受到损害，导致舒张功能障碍、结构稳定性受损、细胞间通讯异常和僵硬增加。此外，特定的信号通路通过改变蛋白质表达和降解、存活，自分泌/旁分泌激素和外泌体分泌的相关蛋白质被激活，从而影响心脏的性能。

2.1 心肌功能障碍

2.1.1 钙敏感性异常 神经冲动诱发动作电位，导致质膜去极化并打开电压门控钙通道，即位于心肌细胞T 小管中的L 型Ca2+通道。Ca2+流入并整合到肌质网（SR）膜中的ryanodine 受体，形成细胞内Ca2+储存。Ca2+从肌质网中释放出来，通过与细丝上的Ca2+传感器（即心肌肌钙蛋白C）结合来触发肌肉收缩。Ca2+通过SERCA（一种Ca2+-ATP酶）被重新吸收到肌质网中，肌肉舒张。Ca2+敏感性的改变被认为是导致心肌功能障碍或心律失常的主要因素。大多数限制型心肌病突变使肌节对Ca2+敏感性异常增加。肌节Ca2+敏感性增加通常会延迟舒张过程并导致过度收缩、能量消耗增加和恶性心律失常风险增加。

2.1.2 调控功能异常 心肌肌钙蛋白I（cTnI）是异源三聚肌钙蛋白复合物（cTn）的抑制亚基，在肌钙蛋白复合物中，心肌肌钙蛋白I 与Ca2+结合亚基心肌肌钙蛋白IC 和原肌球蛋白结合亚基心肌肌钙蛋白T 相结合并形成分子开关。在舒张期，心肌肌钙蛋白I 与肌动蛋白和原肌球蛋白紧密结合，从而阻断肌球蛋白运动域与肌动蛋白之间的相互作用，抑制肌肉收缩。在Ca2+与心肌肌钙蛋白C 结合后，肌动蛋白/原肌球蛋白中释放出心肌肌钙蛋白I，使原肌球蛋白在肌动蛋白上发生方位运动。肌球蛋白头的结合位点被修饰屏蔽以产生肌肉收缩。心肌肌球蛋白结合蛋白C（cMyBP-C）是一种连接细丝的粗丝调节蛋白，它与心肌肌钙蛋白之间直接相互作用，在调节肌肉收缩中起协调作用。在限制型心肌病中，心肌肌钙蛋白和心肌肌球蛋白结合蛋白C 突变影响Ca2+敏感性和肌力的发展，导致收缩功能障碍。心肌肌钙蛋白I 基因是限制型心肌病肌节突变的主要靶点。Tadros 等［49］通过Meta 分析发现多数导致单氨基酸替换的突变集中在心肌肌钙蛋白I 中的蛋白质调节C 端区域。这种突变的集中表明心肌肌钙蛋白I与肌动蛋白/原肌球蛋白/心肌肌球蛋白结合蛋白C 的相互作用和动力学可能在心肌功能障碍中起关键作用。

2.2 蛋白质异常聚集

蛋白质异常聚集是非肌节性限制型心肌病的一个标志特征，具体表现为蛋白聚集物沉积在肌原纤维之间。在心肌中，晶状体蛋白αB 主要位于与肌动蛋白N2BA 区域相关的肌节I 带，以及与结蛋白、肌动蛋白和α-肌动蛋白相关的Z 盘中，防止这些蛋白质聚集并稳定肌原纤维。Brodehl 等［47］在限制型心肌病患者中发现了第一个晶体蛋白αB 突变，显示晶体蛋白αB 功能障碍导致了肌浆聚集体的形成。目前推测由于晶状体蛋白αB 和结蛋白基因的致病突变导致蛋白质质量控制系统（蛋白质降解、自噬或表达）受损，从而导致蛋白质异常聚集。

在限制型心肌病儿童中检测到几种导致结构蛋白异常的突变，其中FLNC的突变最为多见。Brodehl 等［40］在两个不同的加拿大家族中儿童患者中检测出在FLNC中的第一个限制型心肌病突变，突变导致保守免疫球蛋白结构域p.S1624L和p.I2160F中单个氨基酸替换。p.S1624L患者的组织显示细丝C 聚集体和Z 盘破裂。近期的研究报道在1 岁、3 岁和15 岁限制型心肌病儿童中发现p.A1186V突变，在6 个月的限制型心肌病婴儿中发现p.A1183L突变［39］。这两种突变均会导致细丝C 定位异常、Z 盘的破坏以及蛋白异常聚集。2018 年在1 例被诊断患有肌原纤维肌病和限制型心肌病的8 岁男孩中发现BAG3中的p.P209L突变也导致BAG3和肌间线蛋白聚集、Z 椎间盘异常以及蛋白自噬失调［48］。

2.3 基因编码异常

蛋白质的截断通常是由外显子内的移码突变引起，内含子突变则可能会改变基因剪接机制，插入或删除可能会改变阅读框，并诱导导致截短蛋白质的提前终止密码子。目前广泛接受的观点是截断导致单倍体不足的肌节蛋白，而错义突变则整合到肌节中。Li 等［50］在小鼠模型中发现了不同的转基因小鼠品系在表达限制型心肌病突变体p.cTnI-R192H水平上存在不同，并存在剂量依赖性的舒张功能障碍、僵硬和过早死亡现象，提示疾病的严重性、病死率和早发性随着突变蛋白表达水平的增加而增加。这种蛋白质表达的不平衡可能是导致肌节收缩功能的失衡，肌节稳定性降低的重要原因。

3 限制型心肌病的临床诊疗

3.1 临床表型的多样性

目前发现在心肌病中，限制型心肌病、肥厚型心肌病、扩张型心肌病、左心室致密化不全的许多疾病基因是相同的，因此，有人假设受影响基因中的突变位置在各种心肌病类型中有所不同。基因中同一位置的不同突变也可能导致不同的心肌病类型。例如，TNNI3中的突变可导致肥厚型心肌病或限制型心肌病；心肌肌钙蛋白I 中p.R145G替换导致肥厚型心肌病，p.R145W替换导致限制型心肌病［3，51］。同一家族内成员也存在许多重叠特征以及肥厚型心肌病和限制型心肌病表型。Burke 等［52］在2016年提出限制型心肌病可能是一种特殊的、更严重的肥厚型心肌病，而不是一种独立的心肌病。在韩国一个大家族中发现其成员尽管携带的p.cTnI-R145W突变相同，但一些家庭成员发展为肥厚型心肌病，其他成员则发展为限制型心肌病，甚至没有疾病表型［53］。p.R170G/W突变可导致婴儿严重限制型心肌病。在一个南非家族中发现p.R170Q突变可导致具有轻度局灶性肥大和早发症状的限制型心肌病［6，10］。然而，Kaski 等［12］在2009 年进行的一项早期研究中，在早发（＜13 岁）的肥厚型心肌病儿童中同样也发现了p.cTnI-R170Q突变。因此，肥厚型心肌病和限制型心肌病的临床分类界限并不明确，因为有时限制型心肌病患者也会出现轻度肥大。

3.2 临床表型的发展

为更好地了解基因型-表型相关性，迫切需要进一步详细的机制研究和广泛的基因检测。根据所有已知的情况，限制型心肌病表型发展可能主要有以下方式：一种途径是始于肌节蛋白突变，改变蛋白质表达，这可能会导致单倍体缺失，并通过受损的肌节动力学、肌节结构以及肌节间和肌节外蛋白质相互作用诱发功能障碍。另一种途径涉及非肌节蛋白的突变，影响基因表达和（或）改变相互作用的蛋白质组成，控制系统中附加内含子的多形性或突变，导致肌纤维之间蛋白质异常聚集，蛋白质的过量表达或蛋白质不稳定性的增加，从而破坏肌节结构，引起心肌功能障碍。所有这些特征最终可能会导致心室僵硬和恶性心律失常的风险增加。

4 展 望

除了基因突变外，其他机制也会影响限制型心肌病的严重程度、预后和临床表型。目前尚不清楚哪种机制（或机制组合）最终决定限制型心肌病表型。进一步的机制研究对于更深入地理解基因-表型关联至关重要。因此，应该尽可能大覆盖地对潜在限制型心肌病患者及其亲属进行基因检测，为限制型心肌病后续精准治疗提供依据。