心房顫動(dòng)分子基礎(chǔ)和細(xì)胞電生理學(xué)機(jī)制課件

心房顫動(dòng)：分子基礎(chǔ)和細(xì)胞 電生理學(xué)機(jī)制 陳義漢 同濟(jì)大學(xué)附屬同濟(jì)醫(yī)院心臟內(nèi)科 同濟(jì)大學(xué)醫(yī)學(xué)遺傳研究所 同濟(jì)大學(xué)心肺血管疾病研究所 同濟(jì)大學(xué)醫(yī)學(xué)院人類疾病基因研究中心 長城國際心臟病學(xué)會(huì)議 匯報(bào)提綱： 我們的研究工作 心房顫動(dòng)的分子基礎(chǔ) 心房顫動(dòng)的電生理學(xué)機(jī)制 我們的研究工作我們的研究工作 第一個(gè)心房顫動(dòng)致病基因的識(shí)別 Science 2003; 299: 251-4 第一步：染色體定位 第二步：定位候選 第三步：功能反證 Chromosome 11p15.5 圖：分子標(biāo)測 表：疾病基因座位和11號(hào)染色體15個(gè)標(biāo)記物連鎖分析 基因座位：D11S1363和D11S1346之間 遺傳距離：19.6 cM, -12 Mb KCNQ1（OMIM 192500） DRD4（ OMIM 126452） KCNQ10T1 LIT1 KCNJ11 （ OMIM 600359） KCNC1 （ OMIM 176258） ADRBK1 （ OMIM 109635） CALCA （ OMIM 114130） CALCB （ OMIM 1141600） SLC22A1L 候選基因： 圖：KCNQ1通道蛋白S140G突變 圖：KCNQ1突變位于高度保守區(qū)域 圖：KCNQ1及其Beta亞基 KCNE1、KCNE2、KCNE3 KCNQ1、 KCNE1、KCNE2、KCNE3 圖：S140G改變KCNQ1-KCNE1離子通道功能 徹底改變Iks門控效應(yīng)和動(dòng)力學(xué)： 1、 瞬時(shí)激活和失活 2、線性電流-電壓關(guān)系 3、外向鉀電流放大 4、內(nèi)向鉀電流形成 與LQT變異功能相反 圖：S140G改變KCNQ1-KCNE2離子通道功能 顯著放大背景電流 1、內(nèi)向電流 2、外向電流 3、293B特異阻滯 R190Q相反 G269D相反 Y315S相反 R555C相反 第二個(gè)心房顫動(dòng)致病基因的識(shí)別 Am J Hum Genet 2004; 75: 899-905 第一步：采集心房顫動(dòng)家系臨床遺傳學(xué)資料和血液標(biāo)本； 第二步：確立候選基因，篩查變異； 第三步：變異體保守性分析； 第四步：健康人群分析，排除多態(tài)性； 第五步：功能研究反證； 第六步：排除導(dǎo)致其他疾病的可能性。 圖：心房顫動(dòng)家系臨床特征和系譜圖 28個(gè)家系 462個(gè)對(duì)照 9個(gè)省市 5年的采集 圖：KCNE2 R27C變異導(dǎo)致心房顫動(dòng) KCNQ1 HERG KCNE1 KCNE2 KCNE3 KCNE4 KCNE5 Kir2.1 Ankrin B 圖：KCNE2 R27C變異導(dǎo)致背景電流放大 KCNQ1 E1 T8A E1 Q9E HERG HCN1 HCN2 HCN4 第三個(gè)心房顫動(dòng)致病基因的識(shí) 別 Biochem Biophys Res Commun. 2005; 332: 1012-9 第一步：家系中氨基酸替換的識(shí)別 第二步：替換不存在于420例健康對(duì)照 第三步：替換存在于高度保守區(qū)域 第四步：該替換產(chǎn)生心房顫動(dòng)獨(dú)特的“功能獲得”性電生理效應(yīng) 第五步：KCNJ2基因在心房組織高表達(dá) 第六步：確立該替換屬于致病突變 第七步：證明該突變不影響KCNJ2基因編碼蛋白Kir2.1通道的裝配 第八步：證明該突變影響Kir2.1通道的電導(dǎo)性 第九步：該突變穩(wěn)定靜息膜電位，縮短有效不應(yīng)期，啟動(dòng)心房顫動(dòng) 圖：心房顫動(dòng)家系系譜圖 圖： Kir2.1突變序列 圖：Kir2.1V93位置 圖：Kir2.1mRNA在心臟中的表達(dá) 圖：V93I改變Kir2.1通道功能 圖：V93I對(duì)Kir2.1通道產(chǎn)生功能獲得效應(yīng) 新的心房顫動(dòng)致病基因座位 to be submitted 圖：分子標(biāo)測 Chromosome 10p11-q21 A B C 圖：心房顫動(dòng)ECGs和室上性快速心律失常 圖：心房顫動(dòng)致病基因座位的遺傳距離 心房顫動(dòng)的分子基礎(chǔ)心房顫動(dòng)的分子基礎(chǔ) 動(dòng)作電位的離子流：INa、ICa-L、If、INa/Ca、Ito1、 Ito2、Ikr、Iks、Ikur、IK-ATP、IK-Ach和IK1等。 相應(yīng)的離子通道：HCN、Cach2a、SCN5A、KVLQT1、MinK 、HERG、MiRP1、Na+-Ca2+交換器、Kv1.4、Kv4.2、 Kv4.3、Kv1.5、Kir6.1/2、Kir3.1-Kir3.4和Kir2x等。 Cardiac Electrophysiology ICa-L、IK-Ach和IK1可能是心房顫動(dòng)顫動(dòng) 的重要離 子流基礎(chǔ)礎(chǔ)，而相應(yīng)應(yīng)的離子通道蛋白則則可能是心 房顫動(dòng)顫動(dòng) 的關(guān)鍵鍵分子底物。 Nature 2002; 415: 219 心房顫動(dòng)顫動(dòng) 的重要分子特征是ICa-L通道功能下降。 ICa-L電流下降可能起源于1c、b/c亞單亞單 位轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 降 低或ICa-L通道下調(diào)調(diào)。 ICa-L通道下調(diào)調(diào)可以保護(hù)護(hù)心肌細(xì)細(xì)胞免受心房顫動(dòng)時(shí)顫動(dòng)時(shí) 快速 收縮縮活動(dòng)動(dòng)引起的致死性鈣鈣超載載危害。 然而，這這種保護(hù)護(hù)機(jī)制同時(shí)縮時(shí)縮 短動(dòng)動(dòng)作電電位時(shí)時(shí)程和ERP，從 而促成了心房顫動(dòng)顫動(dòng) 的維維持。 IK-Ach通道敲除型小鼠不能被誘發(fā)心房顫動(dòng)顫動(dòng) 。 IK-Ach通道在小鼠心房顫動(dòng)顫動(dòng) 發(fā)生中的重要作用。 Dobrev等觀察到，心房顫動(dòng)顫動(dòng) 時(shí)人類心房心肌細(xì)胞IK1電 流密度是正常竇性心律時(shí)的2倍。 Van Wagoner等和Bosch等的獨(dú)立的研究，也獲得類似的 結(jié)果。 IK1可能與心房顫動(dòng)顫動(dòng) 相關(guān)。 ICa-L、IK-Ach和IK1通道功能的變變化究竟是心 房顫動(dòng)顫動(dòng) 的原因還還是結(jié)結(jié)果？ 心房顫動(dòng)顫動(dòng) 的無辜“旁觀觀者”？ 相鄰鄰心肌細(xì)細(xì)胞間間的連連接結(jié)結(jié)構(gòu)稱為縫為縫 隙連連接。 縫縫隙連連接則則由連連接蛋白構(gòu)成。 連連接蛋白為為多基因家族。 在哺乳動(dòng)動(dòng)物心臟臟，存在多種連連接蛋白。 例如Cx37、Cx40、Cx43、Cx45、Cx46和Cx50。 連連接蛋白異?？赡芤饌鲗?dǎo)傳導(dǎo) 速度的異質(zhì)質(zhì)性，誘發(fā)誘發(fā) 折返和AF的發(fā)發(fā)生 。 證證據(jù)表明Cx40可能與術(shù)術(shù)后AF的發(fā)發(fā)作有關(guān)。 細(xì)胞間和細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)傳輸大大地依賴于信 號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)。 離子通道的功能活動(dòng)也接受信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)的 調(diào)節(jié)。 -腎上腺素受體以及其他幾種蛋白調(diào)控由 通道蛋白KVLQT1和MinK形成的Iks電流。 線線粒體 炎癥 退變變 MAP激酶 甲狀腺素 RAS系統(tǒng)統(tǒng) 其他 1997年Brugada：第10號(hào)染色體10q22-q24； 三個(gè)西班牙家系，呈現(xiàn)常染色體顯性遺傳； 心房顫動(dòng)初發(fā)年齡為2-32歲； 表現(xiàn)為孤立性心房顫動(dòng)； 其中一個(gè)家族26個(gè)個(gè)體中10個(gè)發(fā)生心房顫動(dòng)； 基因座位定位在相當(dāng)小的范圍之內(nèi)； 致病基因的識(shí)別工作正在進(jìn)行之中。 Brugada et al. Ellinor等分析了一個(gè)常染色體顯性遺傳的心房顫動(dòng)家系； 發(fā)病年齡范圍為21-72歲，平均50歲； 心房顫動(dòng)首先表現(xiàn)為陣發(fā)性，然后變成持續(xù)性或持久性 它們一樣歸類為孤立性心房顫動(dòng)； Ellinor等將該基因座位定位在第6號(hào)染色體6q14-16。 Ellinor et al. Oberti等發(fā)現(xiàn)一個(gè)常染色體隱性遺傳的心房顫動(dòng)家系； 心房顫動(dòng)始于胎兒時(shí)期； 部分患者出現(xiàn)室性心動(dòng)過速、猝死和心肌病變； 雜合子攜帶者心電圖上P波明顯增寬； 他們將AF致病基因座位定位在第5號(hào)染色體5p13。 Oberti et al. Hong等發(fā)現(xiàn)一例胎兒時(shí)期的心房顫動(dòng)和短QT綜合征； 突變基因KCNQ1，突變體V141M； 突變體的功能改變同我們發(fā)現(xiàn)的KCNQ1 S140G。 Hong et al. lamin A/C：非心臟表現(xiàn)型和心臟表現(xiàn)型（心房顫動(dòng)、 擴(kuò)張性心肌病和傳導(dǎo)系統(tǒng)病變lamin A/C：非心臟表現(xiàn) 型和心臟表現(xiàn)型（心房顫動(dòng)、擴(kuò)張性心肌病和傳導(dǎo)系統(tǒng) 病變）。 ANK-B：長QT綜合征、心房顫動(dòng)和竇房結(jié)功能不全。 SCN5A：傾向發(fā)生早發(fā)擴(kuò)張性心肌病和心房顫動(dòng)。 其 他 正如先天性長QT綜合征一樣 心房顫動(dòng)分子基礎(chǔ)已經(jīng)超越離子通道； 多種因素參與了心房顫動(dòng)的發(fā)生 類似于多基因遺傳病冠心病和高血壓病等； 初步的資料使我們相信 心房顫動(dòng)的分子基礎(chǔ)研究可能需要跨越漫長的道路。 心房顫動(dòng)的電生理學(xué)機(jī)制心房顫動(dòng)的電生理學(xué)機(jī)制 20世紀(jì)初葉(Luwis et al)：“概念性框架”。 20世紀(jì)中葉(Moe et al)：“多環(huán)折返假說”。 20世紀(jì)晚葉(Haissaguerre et al)：“局灶驅(qū)動(dòng)假說”。 20世紀(jì)中晚葉(Jalife et al)：“自旋波假說”。 圖：肺靜脈 圖：鉀通道分類 圖：最簡單的鉀通道 圖：鉀通道的進(jìn)化 AF Atrium 1W 圖：線粒體ATP酶 AF Atrium 16WNormal ventricle 圖：細(xì)胞外鉀濃度對(duì)IK1的影響 圖：IK1過表達(dá)對(duì)AP的影響 深深地感謝！