家族性肥厚型心肌病责任基因的定位和致病机制

　摘　要　家族性肥厚型心肌病是常染色体显性遗传性疾病，单一责任等位基因突变即可致病。近十年来使用微卫星基因标记技术，在该病家系中发现了7种致病责任基因，致病机制有“肽类毒剂”和“无效等位基因”两种学说。作者对责任基因的定位、肌原纤维节中突变蛋白的致病机制作一综述，并分析突变基因型与其表型的关系，以利于疾病的诊断和治疗。

　　中图分类号:R596.1;R542.2　　　文献标识码:A　　　文章编号：1005-3271（2000）01-0050-03

　　家族性肥厚型心肌病（FHCM）是以心肌肥厚、病理组织心肌纤维肥大、排列紊乱为特征的遗传性疾病，系常染色体显性遗传，单一责任等位基因突变即可致病。约占肥厚型心肌病的80%，临床表现有不同的基因表型，患者可有呼吸困难、心悸、眩晕等症状，严重者可致心脏衰竭、休克和猝死，亦有少数健康年轻人以猝死为唯一表现。年死亡率约3%～5%。疾病外显与年龄相关，少数具有突变基因的家系成员疾病可终生不外显。正是由于FHCM基因表型具有多样性和一定程度的不可预测性，使目前临床上缺乏肥厚型心肌病敏感的诊断标准。近十年来，致病责任基因的发现，使我们对FHCM病因、发病机制、诊断和治疗有了新的认识。

　　1　连锁分析和致病基因的确定

　　80年代末期，SSLPs技术的应用和基因连锁分析软件的开发，使许多遗传性疾病家系的DNA位点定位于特定的染色体上，继之发现致病基因。至今，已有9个不同染色体上FHCM的DNA位点被发现并已确定7个不同的责任基因［1～5］。需要指出的是一个FHCM和预激综合征（WPW）伴随遗传家系，DNA位点定位于7号染色体长臂3区（7q3）［6］；另一个心尖部肥厚型心肌病（FAHCM）和WPW伴随遗传家系DNA位点定位于19p13.2-q13.2，尚未发现其致病基因［5］（见表1）。

表1　家族性肥厚型心肌病（FHCM）致病基因的定位

序号疾病染色体DNA位点基因和蛋白名称发现时间肌原纤维节定位1FHCM11q11-12β-肌凝蛋白重链（β-MHC）1990［1］　　粗丝2FHCM15q2α-原肌凝蛋白（α-Tm）1994［2］　　细丝3FHCM1q31肌钙蛋白结合原肌凝蛋白亚单位（TnT）1994［2］　　细丝4FHCM3p肌凝蛋白必需轻链（MELC）1996［3］　　粗丝5FHCM12q23-24.3肌凝蛋白调节轻链（MRLC）1996［3］　　粗丝6FHCM11p11.2肌凝蛋白结合C（MyBPC）1996［4］　　粗丝C区7FHCM19p13.2-q13.2肌钙蛋白抑制亚单位（TnI）1997［5］　　细丝8FHCM+WPW7q3　　　?　?［6］　　　?9FAHCM+WPW19p13.2-q13.2　　?　?［5］　　　?

　　2　基因型与基因表型的关系2.1　概念　一个基因某个DNA位点上的两个等位基因决定了个体的基因型，即如果某个基因有n对等位基因，则可能有n（n+1）/2个基因型。任何DNA位点上基因突变都可能形成异常的基因型。基因表型是指可观察到的与某个基因表达有关的任何生物化学、细胞或临床上的特性，基因型多于基因表型。疾病外显率是指当携带某一疾病基因时，患者具有某种基因表型（特性或实验室检查阳性结果）的百分率。

　　2.2　FHCM突变基因型　β-MHC是最早发现的FHCM的致病基因，目前已报道的40多个错义突变，即蛋白中只有单个氨基酸被替换；只发现为错义突变的还有：α-Tm3个（Ala63Val,Asp175Asn,Glu180Gly）［2,10］；MELC2个（Arg154His,Met149Val）;MRLC3个（Glu22Lys,Ala13Thr,Pro94Arg）;TnT2个（Arg145Gly,Lys206Gln）。令人感兴趣的是TnT,MyBPC除分别有7个、5个错义突变外，尚有缺失、插入、重复等突变，可使表达序列提前出现终止码，产生相应的截短蛋白。目前仅报道1例因TnT内含子15供体位点G1→A突变，使外显子15缺失（39bp）,产生截短的TnT。导致MyBPC截短蛋白的突变有9例：791插入G、955缺失CT［7］、内含子30供体位点G5→C突变致外显子30缺失（140bp）［8］、内含子20受体位点A2→G突变致后面外显子21缺失（160bp）等。

　　根据现有资料，Hugh等估计不同基因突变在导致FHCM中的比例，β-MHC为30%～40%,TnT和MyBPC各为15%，α-Tm约5%，MELC和MRLC则低于1%，其余基因25%～35%。

　　2.3　突变基因型与基因表型的关系　FHCM患者有不同临床表现，如心肌肥厚程度、猝死机率、寿命长短等。等位基因异质性（相同基因中多个突变点均可单独致病）和非等位基因异质性（有多个基因均可单独致病）可解释这些不同的基因表型。首先，不同基因突变之间，临床表现可有较明显的差别。TnT突变患者尽管只有中度、甚至无明显心肌肥厚，但较β-MHC突变患者有更大的猝死危险性且预后不良；MyBPC突变患者发病与年龄相关，疾病外显率不完全且预后良好；而抑制亚单位（TnI）突变患者则表现为心尖部心肌肥厚；MELC突变后表现为中部左心室肌肥厚，严重者心脏收缩时，将左心室分为远、近端两个腔；尽管MRLC突变者具有相似改变，但疾病外显率较低。此外，已证明β-MHC中不同突变的疾病外显率和存活率有所差别［9］。有人试图用电荷改变假说来解释不同β-MHC突变的临床表现，但Arg430GLu突变患者45岁时死亡率为45%，而具有相同电荷改变的Arg430Trp患者猝死危险性不大［10］，至今，尚不明确基因型（特别是等位基因异质性基因型）与临床表现的对应关系，某一特定基因突变的表型仍具有相当程度的不可预测性。

　　3　FHCM发病机制

　　至今尚不清楚FHCM的详细致病机制，但有两种学说：①突变基因表达出异常蛋白，作为“肽类毒剂”干扰正常蛋白的功能，称为“显性负作用。［11］。②突变基因作为“无效等位基因”，不能表达或表达的蛋白不稳定，不能掺入肌丝结构，造成结构蛋白绝对数量缺乏［12］。目前大多数学者支持“肽类毒剂”学说，以下按照突变基因在肌节中表达出的结构和功能蛋白分别阐述致病机制。

　　3.1　肌凝蛋白　由成对的肌凝蛋白重链，必须轻链和调节轻链基因共同表达组成。β-MHC为带球形头部的棒状结构，人心肌肌凝蛋白球形头部的三维结构尚不清楚。已发现β-MHC错义突变多集中在靠近头部的5个区［13］，其中一个区与MELC分子结合区相连接。Tohtong［14］发现在转基因果蝇的MRLC突变可使肌纤维激活反应有所丧失；在体外实验中，β-MHCArg403Gln错义突变在骨骼肌中表达后，证明提纯的肌凝蛋白丝滑动速度降低80%，减少了能量输出［15］。Straceski报道［16］unc54MHC错义突变基因能够在线虫中表达出稳定多肽，并能掺入肌丝结构，干扰正常肌原纤维节装配，这是支持“肽类毒剂”假说的有力证据。问题在于Nishi等［17］报道一个日本家系16岁男孩同时有错义突变和无意义突变；男孩父亲系FHCM患者只有错义突变；而母亲和外祖母未患FHCM，只有无意义突变。推测错义突变致病，无意义突变结果为隐性基因表型。

　　3.2　肌钙蛋白　由3个亚单位组成，即结合肌凝蛋白亚单位（TnT）、结合钙亚单位（TnC）、抑制亚单位（TnI）。在肌小节细丝中肌钙蛋白与Tm和肌动蛋白共同形成绞链样结构［18］。目前发现的Tm,TnI基因突变数量较少且均为错义突变，未深入研究其致病机制。但Watkins等［19］报道可产生截短蛋白的TnT内含子15供体位点G1→A突变，其克隆有该突变cDNA的CMV载体能够在鹌鹑的成心肌细胞-肌小管系统中表达，经抗体染色观察细丝，发现截短蛋白聚集在肌小管，继之掺入肌原纤维节，并且体外蛋白功能研究证明截短蛋白的钙激活收缩力显著降低。结果亦支持“肽类毒剂”假说。令人遗憾的是未对该突变FHCM患者进行心肌活检，以获得截短蛋白的证据。

　　3.3　肌凝蛋白结构C　是细胞内免疫球蛋白超极家族中的一员，分子量为141KD，具有结构蛋白和调节蛋白的双重功能。心脏组织中MyBPC异构体不在其它组织中表达。全蛋白有10个功能区，第10区能与肌凝蛋白结合，第8～10区能与肌聚蛋白（Titin）结合［20］,当突变导致MyBPC截短蛋白时，很容易改变或全部丢失最末端8～10区，造成结构和功能损害，因此多数学者肯定“肽类毒剂”机制。令人惊奇的是1997年Rottbauer等［8］对内含子31供体位点G1→A突变FHCM家族患者进行心肌活检，使用MyBPC抗体鉴定蛋白质，结果未发现预料的截短蛋白（灵敏度为当截短蛋白为正常蛋白量1.5%时即可检出）。这无疑对“肽类毒剂”机制提出挑战。因此要明确致病机制，深入进行MyBPC心肌表达动物实验和获得更多患者活检心肌异常蛋白的临床证据就显得尤为重要。

　　4　FHCM基因诊断、治疗展望

　　使用SSLPs和连锁分析技术，首先从已知的9个染色体DNA位点中确定待测家系的候选基因，然后测定核苷酸序列，鉴定出基因型，是定性准确的诊断方法。7个不同基因突变之间的临床表现有所差别，有助于快速筛选致病基因。同时，基因型的确定可使我们明确家系中的阳性患者，特别是对疾病尚未外显的患者进行重点监护，达到有效地防治目的。

　　基因治疗是指将正常基因转入有基因突变的体细胞中，使之合成具有正常功能的蛋白产物。目前尚处于发展阶段，许多技术难点有待攻克，希望在将来有所突破。

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