陳 雪，閆有圣，郝勝菊

(甘肅省婦幼保健院醫(yī)學遺傳中心，蘭州 730050)

先天性心臟病(congenital heart disease，CHD)由胎兒胚胎時期心血管系統(tǒng)發(fā)育畸形導致的先天心臟血管結構和功能的異常，是人類最常見的出生缺陷性疾病之一，約占1/3，也是圍生期患兒死亡的主要原因之一，其中新生兒的發(fā)病率為0. 8% ～1%［1］。目前CHD 的發(fā)病機制尚不能完全闡明，國內外大部分學者研究發(fā)現(xiàn)主要是由遺傳、環(huán)境因素單獨或相互作用所致，其中兩者相互作用占75% ～90%，關于CHD 高發(fā)家系的研究亦證實了此觀點［2］。近年來隨著醫(yī)學技術的不斷發(fā)展和分子遺傳學實驗手段的提高，關于CHD 的病因研究發(fā)現(xiàn)遺傳因素的作用逐漸凸顯，受到廣泛關注。本文對近年來CHD 的分子遺傳學研究進展進行整理和分析，現(xiàn)分述如下。

1 染色體異常與CHD

CHD 中染色體異常約占4% ～5%，染色體病中約50 種伴心血管異常，根據不同的發(fā)病機理，染色體異常進一步分為染色體數(shù)目缺陷(非整倍體)和染色體結構異常(重排)。臨床多數(shù)綜合征中染色體異常是其最常見的病因，如貓叫(5P-)綜合征、Patau(13-三體)綜合征、Edward(18-三體)綜合征、Down(21-三體)綜合征、22q11 微缺失綜合征(22q11 deletion syndrome，22q11DS)等，多伴有CHD。研究顯示，30%的染色體異?？砂橛行呐K畸形［3］，20%的先心病是以并發(fā)其他出生缺陷的形式出現(xiàn)［4］。

Down 綜合征即21-三體綜合征，又稱先天愚型，是小兒染色體病中最常見的一種疾病，我國活嬰發(fā)病率1/600 ～800，占受孕人數(shù)1/150［5］，主要特征表現(xiàn)為嚴重智力低下，特殊面部和身體畸形。研究發(fā)現(xiàn)40% ～50%的Down 綜合征患者并發(fā)先天性血管畸形，包括主動脈縮窄、大動脈轉位、左心室發(fā)育不良、房間隔缺損、室間隔缺損、房室間隔缺損及法洛四聯(lián)癥等［6］。Edward 綜合征，是第2 大常見染色體三體征，活嬰發(fā)病率為1/4 000，幾乎所有的Edward綜合征都合并心臟畸形，常見動脈導管未閉及室間隔缺損，房間隔缺損少見，亦可見右位心、房室間隔缺損、主動脈縮窄、右位主動脈弓等［7］。Patau 綜合征的發(fā)病率極低，活嬰發(fā)病率約0.049/1 000，但出現(xiàn)的多發(fā)性先天畸形比21-三體綜合癥嚴重，出生后6 個月內死亡率達90%，極少數(shù)能活到成年，多死于心肺并發(fā)癥［8］，90% 患兒患有心血管畸形，主要為房間隔缺損、室間隔缺損、動脈導管未閉等，臨床表現(xiàn)多樣，可累及全身多個器官。貓叫綜合征，是5 號染色體丟失一個片段所致，臨床表現(xiàn)為出生時體質量輕，頭小、圓臉、眼距過寬等特殊面容，伴貓叫樣哭聲，智力障礙，約50%合并心血管畸形，主要為室間隔缺損、動脈導管未閉等。22q11 微缺失綜合征是22 號染色體的q11.21-q11.23 區(qū)域發(fā)生微缺失而引起一系列臨床癥狀(CATCH22)，活嬰發(fā)病率為1/4 000，是以心血管異常、面容異常、腭裂、胸腺發(fā)育不良和低鈣血癥為臨床特征的一類遺傳性疾病，包括腭-心-面綜合征、DiGeorge 綜合征、椎干異常面容綜合征，三者可分別或聯(lián)合出現(xiàn)，臨床常出現(xiàn)法洛四聯(lián)癥、動脈導管未閉、主動脈弓離斷、永存動脈干、肺動脈瓣狹窄及室間隔缺損。在CATCH22一系列癥狀中各類心臟畸形的發(fā)生率并不相同，其中主動脈弓離斷占50%、永存動脈干占35%、法洛氏四聯(lián)癥僅占15%［3］。

2 單基因遺傳缺陷與CHD

單基因遺傳缺陷引起的畸形依據遺傳形式可分為性染色體隱性、顯性遺傳和常染色體隱性、顯性遺傳4 類。單基因改變所致的遺傳缺陷發(fā)生率僅為1/2 000，大約120 種單基因病可以并發(fā)心血管系統(tǒng)畸形。引起心臟發(fā)育異常的單基因多發(fā)生在對胎兒各系統(tǒng)發(fā)育有較大影響的基因上，因此患兒常表現(xiàn)為一系列綜合征而不是單純存在的心臟疾病。

Holt-Oram 綜合征(Holt-Oram syndrome，HOS)是一種先天心臟畸形合并上肢畸形的常染色體顯性遺傳病，1960 年，首先由Holt 和Oram 發(fā)現(xiàn)并系統(tǒng)描述，主要表現(xiàn)為先天性上肢骨骼畸形和先天性心臟缺損，包括橈骨缺失或發(fā)育不全，肩胛骨發(fā)育不良等，100%合并心血管畸形，以房間隔缺損和室間隔缺損多見，進行性房室傳導阻滯和心房纖顫時有發(fā)生，可同時有多種簡單畸形并存，亦可伴大血管錯位等復雜畸形。對患病家系進行遺傳學連鎖分析和定位克隆［9］，發(fā)現(xiàn)HOS 是由Tbx5 轉錄因子基因的單突變所引起，該基因突變發(fā)生在T-box5'端，CHD 臨床表現(xiàn)嚴重;突變發(fā)生在T-box3'端，上肢畸形更嚴重。馬凡氏綜合征(Marfan＇s syndrome)，是常染色體顯性遺傳病，個別呈常染色體隱性病，發(fā)病率約1 ～2/20 000，具有高度外顯率，屬先天性遺傳性結締組織疾病。臨床表現(xiàn)為四肢、手指、腳趾細長不勻稱，身高明顯超出常人，約80%患者合并先天性心血管畸形，常見心臟瓣膜異常和進行性的主動脈根部擴張、動脈瘤形成等，當動脈瘤破裂時，可導致患者猝死［10］。研究發(fā)現(xiàn)該病是由于15q21.1 位點的微纖維基因突變導致原纖維質或量改變［11］。先天性侏儒癡呆綜合征(congenital dwarfism dementia syndrome)是常見的單基因常染色體顯性遺傳病，染色體組型正常。臨床表現(xiàn)類似于Turner 綜合征，為骨骼異常、特殊面容、身材矮小、智力發(fā)育遲緩、生長激素可正?；虿糠秩比纭⒛行陨称鞣只蝗蛲耆比?，女性性腺發(fā)育不良或正常發(fā)育，并伴CHD［12］，以右心系統(tǒng)異常為主，肺動脈瓣狹窄最為常見，可合并肥厚型心肌病或房室管畸形。本病發(fā)病機制尚不明確，有研究表明此病與MEK1、BRAF、PTPN11、RAF1、SOS1 和SHOC2 基因突變相關，并且認為PTPN11 基因可能為主要的致病基因［13］。Alagille 綜合征又稱先天性肝內膽管發(fā)育不良癥，為常染色體顯性遺傳病，有家族發(fā)病傾向，男女均可發(fā)病，以出生3 個月內發(fā)生輕度黃疸，肝內膽汁淤積為主要特征。有典型的面部特征，前額突出，眼與鼻距離大，下頦小而尖;智力發(fā)育障礙。90% ～97%此病患者合并心血管畸形，其中外周肺動脈狹窄最常見，亦可有主動脈縮窄、法洛四聯(lián)癥等［14］。Ellis-Van Creveld 綜合征，又稱為軟骨外胚層發(fā)育不良癥，是由于EVC 基因位于第4 號染色體的短臂上而引起的一種常染色體隱性遺傳疾病［15］。臨床常見指甲營養(yǎng)失調與發(fā)育不良，軸后多指癥，心血管畸形表現(xiàn)為心房中隔缺損，產前牙齒萌發(fā)，部分兔唇，腕關節(jié)骨骼的畸形等。軟骨發(fā)育不良的表現(xiàn)多為四肢遠端短小，與近端及軀干不成比例，成人身高約106 ～153 cm。幾乎所有病例均有多指并趾畸形，嬰幼兒期易死于感染、呼吸及循環(huán)衰竭，合并先心病者預后更差，常死于心力衰竭。

3 多基因遺傳缺陷與CHD

60 年代末，美國心血管遺傳學家Nora 提出了心血管的多基因遺傳學說，認為多基因遺傳缺陷通常與環(huán)境因素共同作用，即在多基因遺傳的基礎上，環(huán)境致畸因素作用下引起CHD，有明顯的家族遺傳性，多表現(xiàn)為心血管畸形而不伴有其他系統(tǒng)畸形，約占全部CHD 的90%。法洛四聯(lián)癥:人群中發(fā)病率約0.1%，是1 歲后最常見的青紫型CHD，有多種遺傳方式，大多數(shù)是由遺傳和環(huán)境因素相互共同作用引起的多基因遺傳。此病具有家族聚集性，患者子女患病風險可達3% ～4. 2%，近親為2. 5% ～3%［16］。主動脈狹窄:本病的人群發(fā)病率約0.05%，占CHD 的5%，男性多見，主動脈狹窄的部位不同其有不同的遺傳方式，單純主動脈瓣狹窄呈多基因遺傳，特發(fā)性肥厚性主動脈瓣下狹窄和主動脈瓣上狹窄屬常染色體顯性遺傳。房間隔缺損:病發(fā)率約0.1%，女性易患，大量研究表明本病大多數(shù)由遺傳-環(huán)境因素相互作用引起。房間隔缺損患兒同胞重現(xiàn)率約2.5%，Nora 等［17］人的研究發(fā)現(xiàn)對100 個房缺患者進行家系調查，其中陽性家族史占32%，認為是多基因遺傳。室間隔缺損:為最常見的CHD，可單獨存在，亦可合并其他畸形，單獨發(fā)病率約0.25%，單純室間隔缺損多呈多基因遺傳。若父母一方或同胞中有室間隔缺損，同胞重現(xiàn)率約3%，在岳鳳珍等［18］人的關于CHD 高發(fā)家系的研究，得出此病遺傳方式既不符合常染色體顯性和隱性遺傳，也不同于性連鎖遺傳，并加權室間隔缺損的平均遺傳率為148.07% ±7.055%，提示其遺傳方式是一個顯性主基因參與的多基因遺傳。動脈導管未閉:發(fā)病率約0.125%，多見與女性，男女比例為1∶ 2 ～3。單純動脈導管未閉為多基因遺傳，遺傳率為66% ～70%。妊娠前三個月風疹病毒感染或生活在高原易發(fā)生此病，在同胞及子代的重現(xiàn)率和傳遞率分別為2.5%、3.7%［19］。肺動脈狹窄:人群發(fā)病率約0.1%，男女發(fā)病無明顯差別，呈多基因遺傳方式，遺傳率為50%。本病在同胞及子代的重現(xiàn)率和傳遞率分別為2.7%、3.6%［19］。

4 轉錄因子基因突變與CHD

轉錄因子是影響發(fā)育的復雜生物學過程中起重要作用的一類蛋白質，心臟特異轉錄因子是通過連接到心肌細胞中DNA 分子上調節(jié)轉錄過程，并調控編碼心肌細胞結構的蛋白或調節(jié)心臟基因蛋白的表達。近年來研究發(fā)現(xiàn)轉錄因子的突變是CHD 的病因之一，并證實了心臟早期發(fā)育的轉錄因子(GATA4、NKX2.5、TBX5)與CHD 相關，它們位于起關鍵作用基因的上游，可以以復合體形式調控編碼心臟特異基因的表達。

Nkx2.5 基因亦稱心臟特異性同源盒基因，位于5q34-35，有2 個外顯子，總長度3 125 bp，是NK 型同源盒基因家族Nkx2 型的成員之一。Nkx2.5 基因的側翼序列及外顯子之間存在多數(shù)具有重要功能的啟動子、增強子、抑制因子和一些自動調節(jié)因子，這些因子在心臟發(fā)育過程中，能夠參與心肌細胞分化、心臟的環(huán)化、房室分隔、房室流出道及傳導系統(tǒng)形成以及心臟功能的維持［20］。NKx2.5 是胚胎發(fā)育過程中的早期標志物之一，對小鼠的研究中發(fā)現(xiàn)NKx2.5基因表達在胚胎的第7.5 天即開始，并且一直維持至成年期，NKx2.5 基因缺失的小鼠隨著心臟的發(fā)育停止，在胚胎發(fā)育的15 d 之前就已經死亡［21］。Jamali 等［22］亦證實了Nkx2.5 在P19 細胞向心肌細胞分化的過程中的重要作用;相反轉染結構域突變的Nkx2.5 則完全阻斷了心肌的分化。TBX 5 基因于1997 年在Holt-Oram 綜合征中被克隆鑒定，定位于12q24.1，有8 個外顯子，cDNA 全長2133 bp，編碼518 個氨基酸的轉錄因子［23］。TBX 5 基因屬于T-box 轉錄因子基因家族，其家族在進化過程中高度保守，在胚胎早期控制心臟發(fā)育和上肢形成。TBX 5 作為轉錄因子主要通過特有的T-box 結構域與下游靶基因結合，調控正常的心臟房室腔分化，在心臟間隔的正確形成中起關鍵作用。GATA-4 基因屬于GATA 鋅指轉錄因子家族，人類GATA-4 基因位于染色體8p23.1-p22，包括7 個外顯子，編碼442個氨基酸。是心臟前體細胞分化的最早期標志之一，對大量心臟基因的直接調節(jié)非常重要，并且貫穿于心臟發(fā)育的全過程。通過免疫熒光技術發(fā)現(xiàn)CHD 患者GATA-4 單倍體缺失，說明GATA-4 突變可能 導 致CHD 的 發(fā) 生［24］。在Garg［25］和Okubo等［26］研究中同樣證實了GATA-4 突變可能是家族性、單純性CHD 遺傳學的病因。

5 展 望

綜上所述，CHD 的發(fā)生從最初的染色體異常，到眾多單基因突變的發(fā)現(xiàn)，遺傳因素已經被證明是重要的發(fā)病影響因素。心臟的發(fā)育過程異常復雜，CHD 的出現(xiàn)不是單一或簡單的因素作用的結果，而是各項危險因素綜合相互作用形成。并且基因突變、染色體異常等與臨床表現(xiàn)不存在固定的對應關系，通過借助生物遺傳信息學工具以及嶄新的實驗手段，最大價值地利用現(xiàn)有的數(shù)據大規(guī)模研究CHD新的致病基因和已知基因的新功能，更深層次地揭示CHD 的分子學機理，完善各類CHD 的遺傳學資料，為個性化CHD 患者做出準確的細胞遺傳學及基因診斷，從而為臨床預防和治療CHD 提供更好的理論基礎。

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