聶宏運(yùn) 劉小玲 張佳偉 李海濤 曾群

擴(kuò)張型心肌?。―CM）是最常見(jiàn)的原發(fā)性心肌病，其特征是左心室擴(kuò)張和收縮功能受損。DCM的病因多種多樣，包括基因變異、感染、自身免疫性疾病、接觸化學(xué)物質(zhì)和毒素等。歐洲心臟病學(xué)會(huì)將DCM 分為遺傳性（家族性）和非遺傳性（非家族性），近年來(lái)，研究發(fā)現(xiàn)基因突變約占DCM 病因的40%，已鑒定出50 個(gè)以上的基因與DCM 有關(guān)[1]。而由感染、炎癥和化療等引起的部分非遺傳性DCM 可能與個(gè)體存在易感基因有關(guān)。近期發(fā)現(xiàn)了一些散發(fā)性DCM 的新型易感基因，如白細(xì)胞介素-31 基因（IL-31）、鋅指和BTB 結(jié)構(gòu)域蛋白17基因（ZBTB17）等。

1 產(chǎn)力障礙相關(guān)基因突變對(duì)DCM發(fā)病的影響

肌聯(lián)蛋白基因（TTN）編碼的TTN 是肌節(jié)中具有高度彈性的大分子蛋白，由A 帶區(qū)域、I 帶區(qū)域、羧基端M 線以及氨基端Z 線等4 個(gè)部分構(gòu)成，具有維持心肌緊張度、協(xié)調(diào)肌肉收縮和傳遞肌力等重要功能。TTN截?cái)嗤蛔儯═TNtv）是DCM 最常見(jiàn)的遺傳學(xué)病因，在DCM 患者中占20%，包括移碼突變、無(wú)義突變和剪切突變等。另外，TTN錯(cuò)義突變也可能導(dǎo)致DCM。

TTNtv 導(dǎo)致DCM 的確切機(jī)制尚不清楚，目前已提出多種機(jī)制來(lái)說(shuō)明TTNtv 的致病過(guò)程：（1）“毒肽”效應(yīng)。TTNtv 使TTN 蛋白異?？s短，導(dǎo)致一些具有重要功能的結(jié)構(gòu)缺失，進(jìn)而形成“毒肽”，最終引起相關(guān)功能障礙。例如，A 帶是β-肌球蛋白和粗肌絲的連接點(diǎn)，其與肌肉環(huán)指蛋白2（MuRF2）的相互作用促進(jìn)了肌節(jié)的形成和成熟。研究表明A 帶區(qū)域的TTNtv 導(dǎo)致β-肌球蛋白的結(jié)合位點(diǎn)丟失，從而影響肌節(jié)的組裝和心肌收縮功能[2]。另外，TTN 的M 線與感知和調(diào)節(jié)肌節(jié)力有關(guān)，而發(fā)生在羧基末端的TTNtv 使TTN 的M 線被截?cái)?，引起肌力調(diào)節(jié)障礙，導(dǎo)致隱性、早發(fā)性DCM。（2）單倍劑量不足和心臟代謝障礙。與顯性負(fù)性效應(yīng)相反，A 帶和I 帶區(qū)域的TTNtv 可通過(guò)無(wú)義介導(dǎo)的mRNA 降解（NMD），避免異常TTN 的產(chǎn)生。隨后的研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞中TTN 數(shù)量減少可降低心臟對(duì)中鏈和長(zhǎng)鏈脂肪酸的代謝，并增加心臟對(duì)糖酵解的依賴性，其分子機(jī)制尚不清楚[3]。糖酵解中間產(chǎn)物和支鏈氨基酸的長(zhǎng)期升高會(huì)導(dǎo)致絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶-哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合體1（mTORC1）信號(hào)通路活化，進(jìn)而促進(jìn)無(wú)效蛋白合成和細(xì)胞自噬，引起心肌細(xì)胞受損和心臟收縮障礙[4]。此外，Adams 等[5]發(fā)現(xiàn)TTNtv 會(huì)影響心臟線粒體呼吸鏈電子傳遞，繼而導(dǎo)致活性氧（ROS）水平升高和線粒體蛋白泛素化增加。這些因素可通過(guò)細(xì)胞自噬和線粒體氧化磷酸化障礙等途徑，引起心肌結(jié)構(gòu)破壞和能量供應(yīng)不足，最終導(dǎo)致心肌收縮障礙和DCM 的形成。

盡管TTNtv與DCM密切相關(guān)，但是在2%～3%的無(wú)癥狀人群中也存在TTNtv，這可能與TTN發(fā)生突變的區(qū)域有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，I 帶區(qū)域TTNtv 的外顯子受選擇性剪切控制，可以從轉(zhuǎn)錄本中移除而不會(huì)導(dǎo)致移碼；另外，TTN內(nèi)部啟動(dòng)子（cronos）上調(diào)可以彌補(bǔ)I 帶啟動(dòng)子附近截?cái)嗤蛔兊挠绊?，因此，TTNtv 未使健康人群產(chǎn)生DCM 表型[6]。這些研究表明TTNtv 的致病潛力主要取決于外顯子的變異位置，對(duì)TTNtv 突變區(qū)域的研究有助于評(píng)估TTNtv導(dǎo)致疾病的風(fēng)險(xiǎn)。

2 線粒體功能障礙相關(guān)基因突變對(duì)DCM發(fā)病的影響

2.1 線粒體DNA

線粒體是細(xì)胞中生產(chǎn)能量的細(xì)胞器，對(duì)維持細(xì)胞各項(xiàng)生命活動(dòng)至關(guān)重要。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)線粒體DNA（mtDNA）中多個(gè)基因突變與DCM 相關(guān)，如編碼線粒體tRNA（mt-tRNA）的基因、?；o酶A 脫氫酶9 基因（ACAD9）、脯氨酰tRNA 合成酶2基因（PARS2）、Ts 翻譯延伸因子基因（TSFM）、Tu 翻譯延伸因子基因（TUFM）等[7]。mt-tRNA在線粒體蛋白質(zhì)的合成中起重要作用。mt-tRNA基因多個(gè)位點(diǎn)的點(diǎn)突變都可導(dǎo)致DCM，特別是mt-tRNA 亮氨酸基因MT-TL1，mt-tRNA 賴氨酸基因MT-TK和mt-tRNA 異亮氨酸基因MT-TI的突變。近來(lái)發(fā)現(xiàn)MT-TIm.4318-4322delc 的突變，使其轉(zhuǎn)錄的tRNA T 環(huán)和T 臂區(qū)域的5 個(gè)連續(xù)胞嘧啶缺失，造成tRNA二級(jí)結(jié)構(gòu)破壞，導(dǎo)致tRNA氨基?；?、半衰期縮短和tRNA 前體缺陷，從而引起tRNA 水平降低和蛋白質(zhì)合成障礙，最終導(dǎo)致線粒體功能障礙和DCM[8]。因此，目前認(rèn)為MT-TIm.4318-4322delc 基因突變可作為DCM 的遺傳學(xué)基礎(chǔ)。

ACAD9 是酰基輔酶A 脫氫酶家族成員，是組裝線粒體呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ所必需的酶。ACAD9突變可引起呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ缺陷，從而抑制線粒體氧化磷酸化和ATP 生成，造成能量合成不足和毒性代謝產(chǎn)物蓄積，最終導(dǎo)致心肌受損和DCM 形成。另外，Dewulf 等[9]研究顯示，ACAD9突變引起的DCM 通常伴有乳酸酸中毒，這更加重了對(duì)心肌細(xì)胞的損害。

2.2 線粒體蛋白基因

研究發(fā)現(xiàn)，核基因突變也與DCM 的形成密切相關(guān)。線粒體轉(zhuǎn)錄因子A（TFAM）是一種核編碼蛋白，在mtDNA 轉(zhuǎn)錄中起重要作用。Li 等[10]發(fā)現(xiàn)小鼠TFAM基因突變可導(dǎo)致DCM 的發(fā)生，且DCM伴有嚴(yán)重的房室傳導(dǎo)阻滯。目前認(rèn)為其發(fā)病機(jī)制可能是TFAM突變抑制了多種氧化磷酸化所需酶的生成，直接影響呼吸鏈電子傳遞，從而使ROS 大量產(chǎn)生[11]。ROS 的累積可觸發(fā)心肌細(xì)胞生理周期的停滯[12]。Zhang 等[11]的研究表明，對(duì)心肌細(xì)胞周期的抑制可能是心肌收縮障礙和線粒體介導(dǎo)的DCM 產(chǎn)生的重要促進(jìn)因素。

超氧化物歧化酶2（SOD2）是一種線粒體基質(zhì)蛋白，具有清除線粒體中過(guò)度產(chǎn)生的氧自由基的功能。研究表明，SOD2基因的突變可導(dǎo)致致命性DCM[13]。其機(jī)制可能是SOD2基因突變使線粒體中ROS 增多，特別是超氧化物自由基O2-。SOD2依賴性ROS 生成會(huì)觸發(fā)線粒體內(nèi)4-羥基壬烯醛（4-HNE）大量產(chǎn)生，隨后4-HNE 對(duì)NADH 脫氫酶鐵硫蛋白2（NDUFS2）、琥珀酸脫氫酶復(fù)合體亞基A（SDHA）、ATP 合酶F1 結(jié)構(gòu)域β 亞基（ATP5B）和二氫硫辛酰胺脫氫酶（DLD）等呼吸鏈和三羧酸循環(huán)中的部分蛋白進(jìn)行基團(tuán)修飾，導(dǎo)致嚴(yán)重的線粒體氧化磷酸化障礙和能量生成不足，從而引起DCM 快速進(jìn)展和致死性心力衰竭[14]。

熱休克蛋白（HSP）D1 是HSP 家族D 組成員，可作為生物活動(dòng)的保護(hù)系統(tǒng)，預(yù)防應(yīng)激引起的蛋白質(zhì)損傷。HSPD1 也是一種線粒體伴侶蛋白，控制線粒體蛋白質(zhì)的運(yùn)輸和維持，協(xié)助mt-tRNA 的復(fù)制。近期研究發(fā)現(xiàn)，HSPD1基因的點(diǎn)突變可導(dǎo)致線粒體功能障礙，促進(jìn)心力衰竭和DCM 的形成[15]，其導(dǎo)致DCM 的機(jī)制可能是HSPD1基因的點(diǎn)突變抑制了線粒體呼吸鏈復(fù)合物Ⅳ的活性，導(dǎo)致ROS 水平增加。ROS 誘導(dǎo)線粒體中出現(xiàn)大量自噬體樣結(jié)構(gòu)，過(guò)度自噬導(dǎo)致線粒體能量供應(yīng)不足和肌纖維結(jié)構(gòu)紊亂，從而引起心肌收縮減弱和DCM。

3 相關(guān)基因多態(tài)性對(duì)DCM易感性的影響

Kimura 等[16]根據(jù)遺傳基礎(chǔ)和環(huán)境因素對(duì)DCM 影響的大小，將DCM 分為多因素型和單一基因型。當(dāng)遺傳因素和環(huán)境因素的共同作用達(dá)到疾病閾值時(shí)，才導(dǎo)致DCM 的發(fā)生。單一基因型DCM的發(fā)病主要與家族遺傳相關(guān)，由前文所述常見(jiàn)致病基因突變引起多因素型DCM 患者中存在一些易感基因，這些基因與外界環(huán)境（如感染、化療）的共同作用可使罹患DCM 的風(fēng)險(xiǎn)增加，同時(shí)也影響DCM 的結(jié)局和轉(zhuǎn)歸。目前，已發(fā)現(xiàn)部分易感基因的單核苷酸多態(tài)性（SNP）與DCM 相關(guān)，易感基因的篩選可為DCM 的基因診斷和早期干預(yù)提供理論基礎(chǔ)。

3.1 IL-12B和IL-10基因

Frade-Barros 等[17]在感染克氏錐蟲的人群中發(fā)現(xiàn)，30% 的感染者會(huì)發(fā)展為炎性反應(yīng)相關(guān)DCM，同時(shí)也顯現(xiàn)出家族聚集性，表明遺傳因素參與了疾病的進(jìn)展。相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，在感染克氏錐蟲后的此類DCM 患者中，IL-12B 和IL-10 水 平 明 顯 升 高，IL-12B和IL-10基因改變可能在DCM 的形成中發(fā)揮作用[18]。研究發(fā)現(xiàn)，在IL-12B基因區(qū)域中，2 個(gè)SNP（rs2546893G/A、rs919766A/C） 與DCM 的 形 成有關(guān)；IL-10基因3'UTR 區(qū)域的SNP rs3024496 多態(tài)性和啟動(dòng)子區(qū)域的SNP rs1800896 多態(tài)性也顯示出與DCM 易感性相關(guān)的趨勢(shì)，rs3024496C 和rs1800896G 等位基因在DCM 患者中更為常見(jiàn)[17]。推測(cè)致病機(jī)制可能是IL-12B 和IL-10 在T 輔助細(xì)胞1（Th1）分化和γ 干擾素（IFN-γ）生成中發(fā)揮作用，而DCM 患者外周血和心臟組織中IFN-γ和Th1 細(xì)胞數(shù)量明顯增加。IFN-γ 是DCM 心肌中表達(dá)最高的細(xì)胞因子，產(chǎn)生這種細(xì)胞因子的單核細(xì)胞也在DCM 心臟中大量存在，細(xì)胞因子之間的不平衡促進(jìn)了DCM 的發(fā)展。在DCM 心臟組織中，IL-10 和其他Th1 拮抗因子的mRNA 表達(dá)較低或檢測(cè)不到，表明DCM 心肌中的Th1 浸潤(rùn)基本不受細(xì)胞因子的調(diào)節(jié)，無(wú)法調(diào)節(jié)Th1 反應(yīng)和IFN-γ 生成可能是DCM 患者的免疫缺陷[18]。

3.2 IL-27基因

IL-27 是異二聚體炎性因子，屬于IL-6/IL-12家族，具有較強(qiáng)的抗炎作用，還可促進(jìn)IL-1、IL-12和IL-18 等炎性因子的釋放。Chen 等[19]首次報(bào)道了中國(guó)漢族人群位于IL-27基因啟動(dòng)子區(qū)的SNP rs153109 與DCM 易感性存在關(guān)聯(lián)，其中rs153109的AG 基因型與DCM 風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)。IL-27基因的SNP rs153109 可增加外周血單核細(xì)胞中IL-27的表達(dá)，原因可能是啟動(dòng)子區(qū)域的多態(tài)性可以直接或間接地影響轉(zhuǎn)錄和翻譯活動(dòng)的穩(wěn)定性，從而影響蛋白生成。炎性細(xì)胞和IL-27 等炎性因子對(duì)心肌細(xì)胞的長(zhǎng)期浸潤(rùn)，最終促使DCM 形成。

3.3 IL-31基因

IL-31基因位于染色體12q24.31 上，編碼的IL-31 可誘導(dǎo)多種細(xì)胞（如上皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和嗜酸性粒細(xì)胞）釋放促炎性反應(yīng)介質(zhì)（如IL-6）。Song 等[20]首次揭示了IL-31基因與中國(guó)漢族人DCM 易感性相關(guān)。他們發(fā)現(xiàn)，DCM 患者IL-31基因SNP rs4758680 位點(diǎn)的C 等位基因頻率升高，而A 等位基因頻率下降，C 等位基因頻率與IL-31 水平呈正相關(guān)。這表明C 等位基因是DCM 主要的誘發(fā)因素，A 等位基因（CA/AA 基因型）對(duì)DCM有保護(hù)作用。Kaplan-Meier 曲線和Cox 比例風(fēng)險(xiǎn)模型顯示，IL-31 基因SNP rs4758680 的CC 基因型頻率也與DCM 預(yù)后較差相關(guān)。另有研究表明，DCM 患者血清中IL-31 水平明顯升高[21]。IL-31的致病機(jī)制可能是：（1）IL-31 通過(guò)IL-31 受體A（IL-31RA）復(fù)合物起作用，IL-31RA 介導(dǎo)心臟中心肌營(yíng)養(yǎng)素-1 （CT-1）下降，導(dǎo)致心臟成纖維細(xì)胞功能受損；（2）嗜酸性粒細(xì)胞中 IL-31 主要通過(guò)抑瘤素M 受體（OSMR）介導(dǎo)鈣內(nèi)流，提示 IL-31 可能影響心肌收縮[21]。

3.4 ZBTB17基因

ZBTB17基因編碼的myc 相互作用鋅指蛋白-1（MIZ-1）屬于轉(zhuǎn)錄因子，可與c-myc原癌基因互相作用，激活或抑制其靶基因的轉(zhuǎn)錄。Li 等[22]首次證明ZBTB17基因的SNP rs10927875 是中國(guó)人群DCM 易感性的危險(xiǎn)因素，其分子機(jī)制尚不清楚，可能與MIZ-1 不能正常篩查前T 細(xì)胞有關(guān)。MIZ-1正常功能的缺失將引起免疫功能失調(diào)和細(xì)胞凋亡，最終導(dǎo)致DCM 的發(fā)生[23]。

3.5 其他

研究表明，具有易感基因的個(gè)體患有心肌炎時(shí)容易發(fā)展為DCM。Jain 等[24]發(fā)現(xiàn)在成人和兒童患有心肌炎時(shí)，核纖層蛋白基因（LMNA）、肌球蛋白重鏈7 基因（MYH7）、肌球蛋白重鏈6 基因（MYH6）和Bcl-2 相關(guān)抗凋亡基因（BAG）相關(guān)位點(diǎn)的多態(tài)性變異可使抗肌萎縮蛋白（Dys）、BAG3、心肌肌鈣蛋白I3（TNNI3）等出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破壞和功能紊亂，從而促進(jìn)DCM 的發(fā)病。另外，研究發(fā)現(xiàn)病毒蛋白可通過(guò)影響人類白細(xì)胞抗原（HLA）的表達(dá)，增加DCM 的易感性[25]。例如，丙型肝炎病毒感染者常伴有超聲心動(dòng)圖異常，表現(xiàn)為左室擴(kuò)張、肥大以及收縮功能紊亂，其N 末端腦鈉肽前體（NT-proBNP）水平也高于乙型肝炎病毒感染者或健康對(duì)照者[16]。

4 展望

遺傳因素在DCM 的發(fā)展中起關(guān)鍵作用，已經(jīng)證實(shí)編碼肌節(jié)蛋白、核膜蛋白、細(xì)胞骨架和線粒體蛋白的多種基因是主要的致病基因。近年來(lái)的研究表明環(huán)境因素對(duì)于DCM 的發(fā)展同樣不可忽視，其中包括炎性反應(yīng)、病毒感染、藥物和化療等。易感基因會(huì)在某種環(huán)境因素的作用下發(fā)生突變，這也解釋了為什么柯薩奇病毒感染的人群中僅極少數(shù)人患有DCM。與沒(méi)有攜帶易感基因的個(gè)體相比，攜帶易感基因的個(gè)體在較低的化療（如蒽環(huán)類藥物）劑量下，發(fā)生DCM 的風(fēng)險(xiǎn)大大增加。IL-12B、IL-10、IL-31、IL-27和ZBTB17等基因的SNP 位點(diǎn)被證明與DCM 易感性相關(guān)，這些易感基因的發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步完善了DCM 診療的基因數(shù)據(jù)庫(kù)，IL-12B、IL-10、IL-31、IL-27 等炎性因子也成為鑒別DCM 高危人群以及判斷疾病預(yù)后的細(xì)胞因子。發(fā)現(xiàn)更多致病基因以及易感基因多態(tài)性，同時(shí)闡明這些基因在DCM 發(fā)病中的作用機(jī)制，對(duì)DCM的預(yù)防、診斷、治療和預(yù)后有重要意義。