房顫相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子的研究進展

尹莘涵 袁曉晨

【摘要】心房顫動（AF）是臨床上最常見心律失常之一。近幾年來，全基因組關(guān)聯(lián)分析技術(shù)（GWAS）快速發(fā)展，在非家族性房顫患者和普通人群中確定了許多與房顫風(fēng)險增加的遺傳變異。這些基因變異在不同程度上對心血管系統(tǒng)的發(fā)育和正常心臟電活動產(chǎn)生影響，并最終導(dǎo)致房顫的發(fā)生。雖然目前心房顫動的發(fā)生和維持機制尚未完全闡明，但已有大量研究證實轉(zhuǎn)錄因子PITX2、ZFHX3、PRRX1、TBX5在其中發(fā)揮重要作用。通過對房顫相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子的研究，可以明確房顫的遺傳學(xué)基礎(chǔ)，可以提供房顫治療的新

方向。

【關(guān)鍵詞】心房顫動；轉(zhuǎn)錄因子；PITX2；ZFHX3；TBX5；PRRX1

【中圖分類號】R541 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】ISSN.2095-6681.2019.12..04

Research progress of transcription factors in atrial fibrillation

YIN Shen-han1，YUAN Xiao-chen*

（Department of Cardiovascular Medicine， Affiliated Hospital of Yangzhou University，

Jiangsu Yangzhou 225000，China）

【Abstract】Atrial fibrillation （AF） is the most common arrhythmia encountered in clinical practice.In recent years，with the rapid development of genome-wide association study（GWAS），more genetic loci have been revealed for non-familiar or common AF.These variants exert influence on the development of cardiovascular system and normal cardiac electrical activity in different levels，and eventually contribute to the occurrence of AF.Although the mechanism of occurrence and maintenance of atrial fibrillation has not been fully elucidated，a large number of studies have proved that transcription factors -PITX2，ZFHX3，PRRX1，and TBX5 play important roles in atrial fibrillation.Through the study of transcription factors in atrial fibrillation， we can learn the genetic basis of atrial fibrillation and a new direction for atrial fibrillation treatment.

【Key words】Atrial Fibrillation；Transcription Factor；PITX2；ZFHX3；TBX5；PRRX1

心房顫動（atrial fibrillation，AF）是臨床上最常見心律失常之一。據(jù)估計，2010年全球大約有3350萬房顫患者[1]。至今，已有大量研究證實房顫具有遺傳傾向，尤其是在沒有基礎(chǔ)心臟疾病的患者中，稱為孤立性房顫。然而，大多數(shù)房顫患者擁有常見和罕見的遺傳變異組合，臨床上易表現(xiàn)為獲得性心臟或全身性疾病，這被稱為“典型”房顫，估計占所有房顫病例的70%～95%以上。

房顫是一種由遺傳因素和環(huán)境因素相互作用引起的復(fù)雜疾病。早期通過連鎖基因分析及候選基因方法在家族性房顫中鑒定了罕見房顫易感基因，主要包括鉀離子通道基因（比如KCNQ1，KCNE2，KCNH2，KCNJ2，KCNA5）和鈉離子通道基因（比如SCN5A，SCN4B）。此外，一些非離子通道基因突變也與房顫有關(guān)，包括編碼connexin40蛋白的GJA5基因，編碼核孔蛋白復(fù)合體的NUP155基因，編碼心鈉肽的NPPA基因等，但這只占房顫患者的很小一部分。

近幾年，全基因組關(guān)聯(lián)分析技術(shù)（genome-wide association study，GWAS）快速發(fā)展。GWAS是應(yīng)用基因組中數(shù)以百萬計的單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide ploymorphism，SNP）為分子遺傳標(biāo)記，進行全基因組水平上的對照分析或相關(guān)性分析，通過比較發(fā)現(xiàn)影響復(fù)雜性狀的基因變異的一種新策略。目前通過GWAS，研究者們在非家族性房顫患者和普通人群中確定了許多與房顫風(fēng)險增加的遺傳變異，它們中的一些位于編碼序列中，介導(dǎo)編碼的蛋白質(zhì)，一些在非編碼區(qū)域中并影響相鄰基因的表達。這些變異對心血管系統(tǒng)的發(fā)育和正常心臟電活動產(chǎn)生影響，并最終導(dǎo)致房顫的發(fā)生。其中，轉(zhuǎn)錄因子在房顫的發(fā)病機制中發(fā)揮重要作用，本文將重點介紹GWAS鑒定的房顫相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子的研究進展。

1 PITX2

2007年，Gudbjartsson[2]等人第一次通過GWAS在冰島人群的4q25染色體區(qū)域上發(fā)現(xiàn)了2個SNP與房顫強相關(guān)：rs2200733和rs10033464，二次重復(fù)試驗在冰島人群以及瑞典人群、美國人群中得到驗證，并且發(fā)現(xiàn)，rs2200733比rs10033464關(guān)聯(lián)更顯著。隨后在中國香港人群的重復(fù)試驗中也發(fā)現(xiàn)rs2200733與房顫的強相關(guān)性，但rs10033464的相關(guān)性不顯著。2010年，Steven A[3]等人通過大規(guī)模的薈萃分析在歐洲人群4q25染色體上鑒定出兩個新的房顫易感基因位點：rs17570669 和rs3853445。此后，研究者在4q25染色體上陸續(xù)鑒定出不同SNP位點，但在不同人群的重復(fù)試驗中其與房顫相關(guān)性存在差異，其中，rs2200733被認為與房顫關(guān)聯(lián)最強。此外，Simon C[4]等人在2個獨立的隊列中發(fā)現(xiàn)rs2200733和rs10033464也與冠脈搭橋手術(shù)后的術(shù)后房顫獨立相關(guān)。而Husser[5]和M. Benjamin[6]先后在孤立性房顫和典型房顫患者群體中證明了rs2200733可獨立預(yù)測導(dǎo)管消融后房顫的復(fù)發(fā)，可用作選擇房顫消融患者的臨床工具，并在中國漢族人群中得到驗證[7]。Matthew J[8]發(fā)現(xiàn)rs2200733與房顫患者的PR間期延長相關(guān)，而PR間期延長是房顫的危險因素。

4q25是房顫風(fēng)險研究中被研究的最全面的基因座。雖然該基因座與房顫之間的關(guān)聯(lián)機制尚不清楚，但這些研究為該關(guān)聯(lián)的潛在機制提供了有價值的見解，并為調(diào)查其他房顫風(fēng)險基因座提供了框架。研究者們已在4q25上鑒定出至少4個與房顫相關(guān)的獨立基因座。通常情況下，4q25基因座中的主要SNP位于非編碼區(qū)，所在的連鎖不平衡區(qū)域內(nèi)無功能性基因的表達，其最近的PITX2基因可能是潛在的房顫候選基因。PITX2是同源結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)錄因子，是一種在胚胎發(fā)生過程中至關(guān)重要的轉(zhuǎn)錄因子。PITX2的表達在出生后顯著降低，目前，導(dǎo)致PITX2產(chǎn)后失活的機制尚不明確，可能與隨年齡增長而引起的壓力和體積超負荷以及氧化應(yīng)激等各種危險因素的調(diào)解有關(guān)[9]。Tao[10]等人研究發(fā)現(xiàn)，出生后PITX2的失活導(dǎo)致R-R間期異常，并參與包括閏盤，離子通道和細胞膜穴樣內(nèi)陷等細胞連接組織基因的差異表達。

在脊椎動物的胚胎發(fā)育期間，PITX2是左側(cè)信號傳導(dǎo)途徑的最后一步，其建立了身體左右不對稱發(fā)育。PITX2功能的完全喪失導(dǎo)致多種心臟畸形，包括左心耳，房室間隔和室間隔缺損的異構(gòu)，以及包括前主動脈在內(nèi)的流出道缺陷[11]。在人和小鼠中，PITX2通過選擇性剪接編碼3種不同的蛋白質(zhì)亞型：PITX2a、PITX2b和PITX2c。只有PITX2c在發(fā)育中的心臟和胚胎中不對稱表達，并且該亞型的特異性缺失可以導(dǎo)致先前描述的先天性畸形[11]。人類PITX2c基因由3個外顯子組成，編碼324個氨基酸的蛋白質(zhì)[12]。

已有許多實驗證明PITX2在房顫發(fā)病中發(fā)揮重要作用。Mommersteeg[13]等研究發(fā)現(xiàn)，PITX2c敲除小鼠無法形成肺心肌袖。心肌袖是指纏繞于與心房相連的靜脈主干根部的心肌組織，是作為異位興奮灶引發(fā)局灶性心房顫動的關(guān)鍵解剖部位，也是臨床上射頻消融的起始位置。此外，Kirchhof[11]還發(fā)現(xiàn)小鼠中PITX2c表達降低會縮短心房動作電位持續(xù)時間并誘導(dǎo)房顫。而在成年小鼠中，PITX2特異性缺失增強與房顫相關(guān)的離子通道表達，主要包括鉀通道基因KCNQ1的表達增加，這會改變心房的復(fù)極化，縮短有效不應(yīng)期，促進動作電位的觸發(fā)和傳導(dǎo)。除改變心房離子通道的表達外，PITX2還可下調(diào)竇房結(jié)的特異性基因表達，例如Shox2，HCN4和Cav3.1，并上調(diào)基因程序特征性工作心肌表型，例如Nkx2.5，Cx40，Cx43，ANP和Kir2.1。因此，可推測PITX2功能喪失突變通過誘導(dǎo)心房和肺心肌轉(zhuǎn)換為竇房結(jié)樣表型而形成有利于房顫的電生理學(xué)基質(zhì)，從而使患者易患房顫[12]。

PITX2指導(dǎo)心臟的不對稱形態(tài)發(fā)生，參與形成肺靜脈，抑制了竇房結(jié)發(fā)展，涉及可能導(dǎo)致房性心律失常的基因的調(diào)節(jié)，是目前最強的房顫候選致病基因。

2 ZFHX3

2009年，2個獨立的GWAS薈萃分析先后在歐洲人群16q22染色體上發(fā)現(xiàn)了位于鋅指同源異構(gòu)體3（ZFHX3）基因內(nèi)的房顫易感基因位點rs7193343[14]和rs2106261[15]。2011年，李[16]等人利用中國基因數(shù)據(jù)庫，在中國漢族人群中證實rs2106261與房顫存在顯著相關(guān)，而rs7193343與房顫無關(guān)，盡管這兩個SNP位于相同的內(nèi)含子——ZFHX3內(nèi)含子1中。這結(jié)果強調(diào)了在不同種族群體的復(fù)制研究中分析同一基因或基因組區(qū)域中的多個SNP的重要性。2013年，Liu[17]等人研究了中國漢族人群ZFHX3基因變異體在房顫中的作用，發(fā)現(xiàn)rs2106261和rs6499600與房顫顯著相關(guān)，而在歐洲人群中與房顫強相關(guān)的rs16971436在中國人群呈邊緣顯著相關(guān)。2015年，Zhai[18]等人在不同人群的薈萃分析中發(fā)現(xiàn)在高加索人群中，rs7193343與房顫相關(guān)，但在亞洲人群中無明顯相關(guān)。以上研究再次證實了房顫易感基因位點的種族差異性。

ZFHX3編碼一種名為AT基序結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子1（Atbf1）

的轉(zhuǎn)錄因子，最初被描述為肝臟中人甲胎蛋白（AFP）基因表達的增強子[18] 在包括心臟在內(nèi)的許多組織中具有可變表達，可調(diào)節(jié)骨骼肌和神經(jīng)元發(fā)育。

ZFHX3可能通過多種機制導(dǎo)致房顫的發(fā)生。首先，ZFHX3可以調(diào)節(jié)PITX2活性[19]。其次，ZFHX3通過誘導(dǎo)血小板衍生生長因子受體（PDGFR）-β的表達和保護免受氧化應(yīng)激，促進神經(jīng)元的存活，并與突變相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子3（RUNX3）相關(guān)，并反應(yīng)轉(zhuǎn)化生長因子（TGF）-β信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，這是纖維化的重要介質(zhì)[19]，而纖維化在房顫發(fā)生中發(fā)揮重要作用。除此以外，炎癥作為房顫的獨立危險因素，在房顫發(fā)生和維持的病理生理機制中起重要作用，ZFHX3可與活化STAT3蛋白抑制劑（PIAS3）的末端相互作用，通過與活化的酪氨酸磷酸化STAT3二聚體結(jié)合從而阻止DNA與復(fù)合物結(jié)合。STAT是信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子，在起搏誘導(dǎo)的房顫豬模型中，STAT作為不同炎癥信號傳導(dǎo)途徑的主要下游介質(zhì)介導(dǎo)炎癥過程。研究者在起搏誘導(dǎo)的持續(xù)性房顫中觀察到STAT3的表達增加，并且ZFHX3的下調(diào)可以激活STAT3，這表明ZFHX3可以調(diào)節(jié)心房電活動并且有助于房顫的發(fā)生[20]。此外，鈣調(diào)節(jié)在房顫病理生理中發(fā)揮重要作用，研究發(fā)現(xiàn)敲除ZFHX3的心房肌細胞鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)，房性心律失常增加，這也可能是導(dǎo)致房顫發(fā)生的原因[21]。已有研究表明，ZFHX3還可調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞中不同生物過程中的蛋白質(zhì)?；ｕ；鳛殄e誤折疊和受損蛋白的第三種質(zhì)量控制，是多種心臟病和心力衰竭的發(fā)病機制，ZFHX3也可能通過介導(dǎo)相關(guān)蛋白的?；诜款澲邪l(fā)揮作用[22]。

ZFHX3可能通過調(diào)節(jié)PITX2活性，介導(dǎo)炎癥及纖維化，調(diào)節(jié)鈣穩(wěn)態(tài)，介導(dǎo)相關(guān)蛋白的?；榷喾N途徑導(dǎo)致房顫的發(fā)生。

3 TBX5

2010年，Hilma Holm[23]在歐洲人群中通過GWAS確定了一個與PR間期、QRS持續(xù)時間延長相關(guān)的變異位點：rs3825214。該位點位于TBX5基因的最后一個內(nèi)含子中，并在冰島和挪威病例對照研究中證實了TBX5與房顫的相關(guān)性。2013年，TBX5中的rs3825214被證明與中國漢族人群中的孤立性房顫相關(guān)[24]。另一項整合GWAS，順式-eQTL和功能評估等多種技術(shù)的大規(guī)模研究復(fù)制了歐洲人和日本人中TBX5和房顫之間的關(guān)聯(lián)[25]。

TBX5屬于進化上保守的T-box轉(zhuǎn)錄因子家族，是參與心臟傳導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)育的轉(zhuǎn)錄因子。TBX5顯性突變是

Holt-Oram綜合征的基礎(chǔ)，其特征之一包括房顫風(fēng)險增加[26]。研究發(fā)現(xiàn)，在沒有其他心臟病變的成年性小鼠中，特異性敲除TBX5可以導(dǎo)致心房基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)功能障礙和房顫[27]。此外，TBX5可以調(diào)節(jié)許多基因的表達，包括ANP和CX40。其中，ANP調(diào)節(jié)多種離子通道的表達，縮短心房動作電位持續(xù)時間。而CX40的表達改變可能會增加傳導(dǎo)異質(zhì)性，從而為房顫創(chuàng)造基質(zhì)[28]。最后，TBX5還可以與TBX3相互作用，TBX3控制竇房結(jié)基因程序，誘導(dǎo)起搏器活動并改變心房肌的異位自動性[20]。

4 PRRX1

2012年，Ellinor PT[29]通過meta分析發(fā)現(xiàn)PRRX1基因上的單核苷酸多態(tài)性位點rs3903239與房顫的風(fēng)險相適應(yīng)，但最近在中國漢族人群和希臘人群的重復(fù)試驗中并未發(fā)現(xiàn)該位點與房顫相關(guān)[30，31]。

PRRX1位于染色體1q24，編碼同源轉(zhuǎn)錄因子，在發(fā)育心臟中的結(jié)締組織中高度表達[29]。PRRX1對于形成肺靜脈至關(guān)重要，在PRRX1敲除小鼠模型中肺血管發(fā)育不全。肺靜脈起源的異常電活動可以在許多病理條件下觸發(fā)和維持房顫，肺靜脈中心肌的分布和結(jié)構(gòu)也會影響房顫的射頻消融[20]。PRRX1調(diào)節(jié)變異是否與發(fā)展過程中肺靜脈結(jié)構(gòu)或功能的先天性改變相關(guān)，或者與生命后期改變的活動相關(guān)聯(lián)尚不清楚，需要進一步研究。

最近，Tucker[32]發(fā)現(xiàn)在人胚胎干細胞衍生的心肌細胞和胚胎斑馬魚中，抑制PRRX1可導(dǎo)致心房動作電位持續(xù)時間的縮短，這種電生理的改變可能促進房顫的發(fā)生。PITX2和PRRX1的功能研究共同表明通過調(diào)節(jié)肺心肌發(fā)育或功能可能增加房顫風(fēng)險。雖然PITX2位于多個房顫 GWAS相關(guān)基因的上游，并且可以改變這些基因的功能，但PRRX1未被PITX2修飾，PITX2和PRRX1之間未發(fā)現(xiàn)遺傳相互作用[30]。雖然PRRX1可能與房顫相關(guān)，但具體機制仍需進一步研究。

5 總結(jié)與展望

在過去幾年中，與房顫遺傳學(xué)相關(guān)的研究數(shù)據(jù)迅速增加。其中，GWAS已經(jīng)確定了許多與房顫相關(guān)的常見遺傳變異，并且相關(guān)研究仍在繼續(xù)發(fā)展，以更好地了解各種基因和房顫之間的關(guān)聯(lián)。但這些變異增加房顫易感性的直接機制仍然知之甚少。其中，轉(zhuǎn)錄因子在房顫的發(fā)病機制中發(fā)揮重要作用，這些突變和SNP及其潛在的致病機制將有助于制定房顫的靶向治療策略。房顫相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控模型的建立可以進一步了解房顫遺傳學(xué)意義，調(diào)控的確切靶點可能成為房顫治療的新方向。

此外，通過進一步研究已發(fā)現(xiàn)的基因并發(fā)現(xiàn)新基因，可以更好地了解房顫發(fā)展的遺傳模式和遺傳基礎(chǔ)。最終的目標(biāo)是以某種方式將遺傳風(fēng)險因素的知識整合到臨床實踐中，比如利用基因技術(shù)診斷房顫尤其是隱匿性房顫進行早期干預(yù)，降低房顫并發(fā)癥例如卒中等栓塞事件的發(fā)生，改善預(yù)后，節(jié)約醫(yī)療成本，這也更符合精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的發(fā)展需求。盡管基因檢測前景巨大，但目前還沒有建立可用于臨床實踐的統(tǒng)一遺傳風(fēng)險分層方法。為此，我們?nèi)孕枰谠擃I(lǐng)域繼續(xù)進行研究，以確定基因與房顫的更強關(guān)聯(lián)，并且需要更好地了解房顫病理生理特征，從而更好的服務(wù)于臨床。

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本文編輯：趙小龍