冠心病猝死的遗传学研究进展

杜彦青，侯 超，余 江，张政波，晏沐阳

1 解放军医学院，北京 100853；2 解放军总医院第一医学中心 高压氧科，北京 100853；3 解放军总医院医学创新研究部 医学人工智能研究中心，北京 100853

心源性猝死(sudden cardiac death，SCD)是由各种心脏原因引起的突然发生、进展迅速的自然死亡，死亡通常发生在急性症状出现后1 h内[1]。据统计，SCD约占心血管疾病死亡人数的一半[2]。在SCD的病因构成中，冠心病约占50%，而在50岁以上的患者中，冠心病占比可达80%，其中又以急性心肌梗死(acute myocardial infarction，AMI)为主[3]。目前普遍认为冠心病猝死是心脏在急性缺血背景下发生恶性室性心律失常所引起的突然死亡，由于其发生突然，大多发生在院外，且部分冠心病患者以猝死为首发表现，所以冠心病猝死的早期识别、精准预测意义重大。冠心病猝死往往具有家族聚集性，随着测序技术的发展和遗传学研究的深入，冠心病猝死的遗传背景被不断揭示[4-5]。随着全基因组关联分析和分子尸检的开展，越来越多的基因多态性被发现与冠心病猝死相关，另外作为基因翻译模板的mRNA和参与基因表达调控的非编码RNA与冠心病猝死密切相关。近年来，表观遗传修饰亦被证实参与冠心病猝死的发生[6-8]。本文对冠心病猝死的遗传学研究进展做一综述，以期归纳可预测冠心病猝死的遗传学标记。

1 冠心病猝死相关的基因多态性

基因多态性指由于基因突变所导致的同一基因位点存在两种以上基因型，包括单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism，SNP)、DNA片段长度多态性和拷贝数变异(copy number variation，CNV)等。研究表明，基因多态性在冠心病和冠心病猝死中广泛存在[9-10]。

1.1 单核苷酸多态性 由于单个核苷酸的变异所引起的DNA序列多态性，是人类可遗传变异中最常见的形式，占所有已知基因多态性的80%以上。早期研究表明，SCN5A、SCN10A和NOS1AP等基因的SNP与冠心病猝死密切相关[11-12]。

SCN5A基因负责编码心肌快速去极化的电压门控钠通道α亚基。在对46例AMI后猝死患者的SCN5A基因变异分析中，共发现了4种常见SNP和5种罕见SNP，其中有2种罕见SNP属于错义突变(3578G＞A和4786T＞A)，会导致所编码氨基酸的改变而引起心肌细胞中离子通道的结构改变，进而引起心脏电活动的紊乱而导致猝死事件的发生[7]。Liu等[13]运用候选基因的方法，通过分析5个可能与冠心病猝死相关的基因多态性，发现SCN5A基因rs11720524的纯合CC基因型与冠心病患者发生猝死事件显著相关。

在一项病例对照研究中，Foddha等[14]通过分析AMI患者SCN5A、SCN10A、HEY2和PITX2基因的SNP，并分析相关SNP与随访1年内发生猝死事件的关系，发现SCN5A基因rs11708996和SCN10A基因 rs10428132两个SNP与心肌梗死后发生猝死事件显著相关。SCN10A位于3号染色体上与SCN5A邻近区域，主要表达于心脏自主神经和心脏传导系统中，负责编码钠通道亚型Nav1.8，该变异可能通过影响心脏传导系统从而引起心脏电活动的不稳定，导致猝死事件的发生。

NOS1AP基因编码心脏的一氧化氮合酶受体蛋白，通过调节钠、钾和钙离子通道而参与心肌复极化过程。对2 282名SCD患者和3 561名对照者进行NOS1AP基因的rs12143842 SNP与SCD风险的关联性分析，结果表明rs12143842的T等位基因与SCD风险显著相关，进一步按照SCD的病因进行分层分析发现，这种相关性在冠心病猝死患者中更强，可见NOS1AP基因的rs12143842 SNP与冠心病猝死密切相关[11]。

1.2 DNA片段长度多态性 由于单个碱基的缺失、重复、插入所导致的DNA片段长度变化即DNA片段长度多态性，其中DNA碱基的插入和缺失在人类基因组中广泛存在，通常会引起所编码氨基酸序列的改变和生物性状的改变。在一项冠心病猝死的尸检研究中，Zhang等[15]通过分析基因及相关表达产物发现，编码内质网钙感受器膜蛋白启动子区域中5 bp的插入和(或)缺失(indel)多态性rs3061890与冠心病猝死相关，与纯合子插入基因型相比，纯合子缺失基因型显著增加了猝死风险，后续的基因型-表型相关性研究发现，缺失型表现出较低的转录能力，而蛋白质水平的研究与上述结果一致。另一项关于冠心病猝死的候选基因分析发现，胱硫氨酸γ裂解酶基因3'非翻译区的indel多态性rs113044851与中国汉族人群冠心病猝死风险相关，后续的基因型-表型关联分析表明，插入型等位基因会引起心肌组织中胱硫氨酸γ裂解酶的低表达，从而引起具有心脏保护作用的硫化氢分子表达减低[16]。另外，编码微小RNA-155基因内含子区域中一个4 bp的indel多态性rs72014506和编码Ⅰ型胶原α2链的3'非翻译区一个7bp的indel多态性rs3917均被证实与冠心病猝死相关[17]。

1.3 拷贝数变异 由基因组发生重排而导致的基因组大片段拷贝数增加或减少。CNV是基因组结构变异的重要组成部分，越来越多的研究证实CNV在冠心病和猝死的诊断、预后中具有重要作用[18-19]。脂质代谢紊乱是冠心病猝死的重要危险因素，有研究指出家族性高胆固醇血症与早发冠心病和冠心病猝死密切相关[20]。有研究应用多重连接依赖探针和下一代测序对外显子区域CNV分析，发现约10%的患者存在低密度脂蛋白受体基因区域的CNV，这些CNV与相应的SNP均会导致脂质代谢通路的异常，从而过早暴露于低密度脂蛋白胆固醇，进而引起动脉粥样硬化和冠心病猝死。

2 冠心病猝死相关RNA

RNA包括编码RNA(mRNA)和非编码RNA(miRNA、circRNA等)。越来越多的研究表明，RNA在AMI和冠心病猝死的早期识别方面具有重要价值[21-23]。

2.1 编码RNA mRNA水平的变化反映了相关基因表达的差异，在一定程度上反映了蛋白水平的差异，在冠心病猝死的早期识别中具有一定价值。在一项冠心病猝死后尸检分析中，González-Herrera等[6]对比了外周血和心包液中5种缺血性损伤修复蛋白的mRNA水平，结果发现，与非AMI引起的SCD相比，AMI猝死患者右心室前壁中肌球蛋白轻链3、血管内皮生长因子A和基质金属蛋白酶9的mRNA表达明显增强，室间隔组织中转化生长因子β1的mRNA表达也明显增强，其余部位未发现显著差异表达mRNA，同时上述mRNA在猝死与非猝死患者之间的差异无统计学意义。另一项基于尸检的病例对照研究发现冠心病猝死患者外周血细胞色素C氧化酶10 (cytochrome C oxidase 10，COX10)的mRNA水平显著高于对照组患者，后续基因组研究发现猝死患者COX10基因3'非翻译区rs397763766的缺失型多态性显著高于对照患者，表明COX10基因3'非翻译区在调控基因表达方面具有重要作用[23]。

2.2 非编码RNA 非编码RNA虽不参与基因的转录翻译，但在基因表达的调节中发挥重要作用。目前，关于冠心病猝死相关的非编码RNA主要有miRNA和circRNA。与易降解和化学修饰的mRNA不同，非编码RNA往往结构稳定，因而具有较高的研究价值[24]。

miRNA主要通过与互补的3'非翻译区结合而抑制mRNA的翻译，从而在转录后水平调节基因表达[25]。研究表明，miRNA在成纤维细胞的增殖分化、巨噬细胞的脂质调节、缺血再灌注损伤等生物过程中发挥调节作用，与AMI和冠心病猝死密切相关[21,26]。在一项尸检分析中，通过对比miR-3113-5p、miR-223-3p、miR-499a-5p和miR-133a-3p在冠心病猝死与尸检阴性SCD样本之间的差异，发现上述miRNA在冠心病猝死组的表达显著下调，受试者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲线分析显示miR3113-5p和miR-223-3p在鉴别冠心病猝死方面具有较高的价值[27]。

circRNA是呈封闭环状结构的非编码RNA，在细胞中起miRNA海绵的作用，调节转录翻译等基因表达过程[28]。circNFIX和circSLC8A1是心脏中稳定表达的circRNA。Tian等[29]将冠心病猝死分为AMI猝死组和非AMI猝死组，并以非心脏原因的死亡为对照组，尸检分析表明，与非AMI猝死组及对照组相比，AMI猝死组心肌组织中circSLC8A1表达显著增加，而circNFIX在AMI猝死组和非AMI猝死组的表达均显著低于对照组，且AMI猝死组和非AMI猝死组之间的表达差异无统计学意义，ROC分析显示，circSLC8A1和circNFIX可作为冠心病猝死的潜在生物标志物，而两种circRNA联合应用鉴别冠心病猝死的价值更高。

3 表观遗传学

表观遗传学是在基因序列不变的情况下，通过对转录和翻译等过程的调控而影响基因表达水平，主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰、染色体重塑等。近年来，越来越多的表观遗传修饰在冠心病等心血管疾病中被揭示，而冠心病猝死的表观遗传学研究方兴未艾，相关研究主要集中于动物模型研究[8,30]。Liu等[30]通过小鼠心肌梗死模型发现心肌梗死后未折叠蛋白反应被激活，蛋白激酶R样内质网激酶(protein kinase-like ER kinase，PERK)和翻译起始因子2α被磷酸化，引发mRNA和蛋白质降解，从而导致心脏离子通道的下调，诱发心室颤动等猝死性心律失常，同时经心脏特异性PERK抑制剂处理的小鼠和假手术组小鼠未观察到猝死性心律失常，说明细胞信号转导相关分子的磷酸化修饰可能调控AMI后猝死事件的发生。Notch信号通路通过调节组蛋白修饰进而调节电压门控钾通道亚基表达，其在心肌梗死等损伤时被激活，高水平的组蛋白H3赖氨酸4三甲基化(histone H3 lysine 4 methylation，H3K4me3)与几乎所有活跃表达基因的5'区相关[31]。研究发现，心肌梗死时Notch信号通路的激活会引起心肌细胞KCNA5等基因近端启动子区域H3K4me的减少，从而引起相关基因表达的下调而打破原有的电稳态，从而诱发猝死事件[32]。

4 结语

近年来，高通量测序技术和多组学研究方法不断成熟，这些遗传学方法使我们对疾病本质的认识不断加深，更拓宽了我们研究复杂病、罕见病的途径，同时在疾病治疗领域为我们提供了新的思路，尤其是基因编辑技术的发展，使得疾病得以从基因层面精准施治[33]。冠心病猝死难防难治，现有检查手段难以精准预测冠心病猝死的发生。随着冠心病猝死遗传学研究的不断开展，与冠心病猝死相关的基因多态性被不断发现，同时转录组和表观遗传学研究更丰富了相关基因表达的调控机制。虽然现有的研究主要集中于尸检后分子病理学研究和小规模队列研究，但随着人类基因组计划的不断完善和全基因组关联研究的逐渐开展，冠心病猝死的遗传学机制将不断明晰。