先天性心脏病相关易感基因的研究进展

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万方数据塞旦匿堂苤查垫!Q笙第26鲞筮璺塑535·临床新进展·先天性心脏病相关易感基因的研究进展王晓琼仇小强心脏发育是一个十分复杂的过程．涉及不同时间和空间若干基因的顺序表达以及这些基因间复杂而精密的相互调控．其中任何一个基因的质或量表达异常或功能紊乱都可能影响心脏发育，导致心脏畸形。先天性心脏病(congenitalheartdisease。CHD)是指胚胎时期心血管发育异常对心功能产生了实际或潜在影响的一组先天畸形．在新生儿中发病率约为1％。严重危害婴幼儿健康。遗传因素在CHD的发生中起关键性作用[¨。随着遗传学研究的深入开展及分子生物技术的广泛应用．许多基因被证实在心脏发育中扮演重要角色．尤其是各种转录因子之间通过相互作用形成精确的调控网络。发挥着中枢性作用。参与心脏发育。哺乳动物心脏发育过程由特定的信号分子所激发．由组织特异性的转录因子介导。心脏转录因子指那些主要在心肌细胞中表达的关键转录活化因子，对心肌细胞的形成．心前细胞的迁移分化。心瓣膜及间隔发育等极为重要【2I。而NKX2．5、GATA4、TBX5是心脏早期发育中最重要的三个转录因子。三者位于许多有作用的基因上游，可能以复合体的形式调控心脏特异基因的正确表达．因此三者在心脏发育过程中起举足轻重的作用。lNKX2．5基因NKX2．5基因又称为心脏特异性同源盒基(cardiac．specifichomeobox，Csx)，人类NKX2．5基因定位于染色体5q35上。包含两个外显子，该基因的侧翼序列及外显子之间存在许多具有重要功能的启动子、增强子、自动调节因子和抑制因子．这些元件在不同时间和空间调控NKX2．5基因．使其在心脏及其他器官的发育过程中发挥复杂的作用。对果蝇及斑马鱼研究中人们证实NKX2．5基因与心脏的发育相关．并且是脊椎动物心脏发育中最早表达的转录因子，NKX2．5基因敲除小鼠表现环化后的心脏发育停滞和血管发育异常，并在心脏完全环化前死亡。Joziasse等引在4个具有CHD和房室传导阻滞的家族中发现了NKX2．5基因的突变。在过去数年。人们发现NKX2．5基因突变与家族性的房间隔缺损有关．随后人们又发现NKX2．5基因突变与CHD其他表型也有关系。如室间隔缺损、法洛四联症、心内膜垫缺损、左心发育不全综合征、右室双流出道、大动脉转位、三尖瓣狭窄等【“5I。NKX2．5基因突变引起CHD的可能机制为：(1)NKX2．5碱基改变使NKX2．5蛋白不能结合DNA或降低了结合活性．使转录作用不能发挥，影响心脏发育，导致CHD发生【6|。(2)NKX2．5基因位于ANF、BMP、MLC2V、N．myc、MEF2C、MSX2、dHAND等基因的上游，直接或间接参与它们表达调控，而这些基因对心doi：10．3969／j．issn．1006—5725．2010．04．003基金项tt：广西自然科学蕈金重点项目(编号：桂财教0833017)作者单佗：541001桂林医学院通信作者：仇小强E-mail：xqqiu@glmc．edu．cn脏发育至关重要，NKX2．5突变将影响其与这些心脏发育相关因子的相互作用。Mustafa等[7】研究发现CHD患者NKX2．5基因单独突变的较少，CHD的发生是与多基因的协同作用相关。在NKX2．5缺失小鼠中应用原位杂交技术检测相关基因【8|．也发现ANF、MEF2C、CARp等基因表达受到严重干扰。(3)NKX2．5二聚体活性改变及其多态性导致基因突变。从NKX2．5基因角度出发可以得知：在特定信号诱导下．NKX2．5基因经自身的启动子、增强子、自动调控因子及抑制子的作用，按心脏发育的特定时空顺序进行表达．同时它又以转录因子形式直接或间接地参与其他与心脏发育密切相关的基因的表达调控，其中任何一个环节异常都可能导致心脏畸形的发生。2GATA4基因锌指转录因子(GATA4bindingfactor．4。GATA．4)属GATA转录因子家族，具有与特定DNA结合的锌指结构域。GATA．4基因在进化过程中高度保守。是胚胎发育过程中心脏细胞的早期标志之一，在心脏前体细胞的分化、心脏的环化、房室的分隔、传导系统的维持中起到关键性作用。GATA．4mRNA在胚胎期和新生小鼠的心脏、原肠、生殖腺、肝脏和原始内胚层中均可以检测到。且在成年小鼠的心脏、性腺、肺、肝脏和小肠中亦有表达[9】。GATA4基因在8p23．1染色体上编码转录因子．错义突变可影响GATA4的转录活性。已经证实与心脏的发育缺陷有关，多数为间隔缺损。Garg和Okubo等发现GATA．4表达水平的改变会影响胚胎心脏形态发育和功能．GATA．4蛋白表达量减少70％。鼠胚胎死于孕龄13．5～16．5d．在常染色体显性遗传中GATA4基因突变与大多数的房间隔缺损有关．部分患者合并室间隔缺损．肺动脉瓣狭窄等．并且伴有严重的舒张功能障碍和房宣返流．但不伴收缩功能、心脏传导系统和冠脉系统的病变[3．1叫¨。有研究显示GATA4作用必须有NKX2．5存在．NKX2．5突变不能正常结合GATA4．GATA4不能发挥作用【12J。GATA4与参与心腔分隔的另一个转录因子dHAND有协同作用，可以激活ANF、BNP基因和d一肌球蛋白重链基因的启动子．促进这些基因的转录f13】。推测可能机制为：GATA4质或量的改变导致基因产物的转录活性下降，影响其他心脏发育相关因子发挥作用。使协同作用受阻。转录信号过程中断。3TBX5基因TBX5是心脏发育中研究最广泛的基因．并且在许多种心脏世系和结构上有明显功能。应用模式生物对机制进行进一步研究，表明在心室腔形成和传导系统发育上TBX5的多重功能。在鼠类和鸟类的胚胎，TBX5的早期胚胎表达在心脏的原基和后部的心管。而在爪蟾胚胎，TBX5连接到锯齿状的阻抑区域(TBX5EnR)。阻抑了原始心脏的形成D41，TBX5EnR很可能干扰了所有T盒转录调节功能。另外有证据说明TBX5调节 万方数据536了FGF和WNT基因．更进一步分析了在发育中TBX5基因和信号传导的关系【15J。“u等It6]在研究汉族人口的CHD发病率时发现TBX5基因与室间隔缺损的发病相关。TBX5在早期心脏发育过程中的表达方式是动态的，这对于房室腔初始分化和间隔的正确形成是十分关键的，而且可能是汉族人CHD的易感基因。研究证实TBX5基因突变是导致Holt．Oram综合征(HOS)患者心脏畸形的主要原因【17】。Fan等[18J对目前为止发现的7种有意义TBX5错艾突变(Q49K、154T、G80R、G169R、R237Q、R237W、$2521)导致HOS综合征的机制进行深入研究．发现突变类G80R，R237Q。R237W这3种形式显著降低了TBX5与DNA蛋白结合活性，减弱了TBX5介导的转录激活功能．七种错义突变均导致与NXX2．5的协同转录激活作用丧失．无法形成正常的复合体完成转录激活，使信号传导受阻．而且在心脏中被广泛认可的T盒靶基因是ANF(又称Nppa)，TBX5是Nppa的激活因子．TBX5当与Nkx2．5和GATA4共同转染以及与DNA结合区和蛋白协同作用时．协同激活了Nppa．这三个转录因子被发现是交互作用的[19]。如果TBX5异常．它与其他转录因子交互作用减弱，将导致CHD发生。Zhu等【20】在研究中发现TBX5通过调节心肌肌钙蛋白的水平来调节心肌细胞的舒张。由此似乎找到了一个可以调节心肌舒张功能的途径．为CHD患者的基因治疗提供了一个新的可能。总之。NKX2．5、GATA4和TBX5存在着复杂的相互作用，NKX2．5是GATA4的激活剂．且在TBX5、GATA4、NKX2．5突变的患者中都发现心脏有相似的缺陷|31。三者相互影响，共同调节心脏特异基因的表达．任何一个基因的突变都可能引起常见的心脏畸形。4结论本文系统地阐述了与CHD发病密切相关的基因结构功能及其在调控心脏发育过程中的作用。使我们在分子水平上对CHD的病因有更深入的了解。跟踪调查显示，很多人成年后会发生心律不齐、·c2JVt,收缩力下降等心脏疾患，过去认为可能是由于早期心脏畸形引起的血流异常所致，但最近有研究提示，成体继发的心脏疾惠也可能是这些基因异常的结果【2Il。所以综合、全面、动态、深入的研究与心脏发生过程密切相关的基因为疾病的防治奠定基础．为今后的遗传咨询筛查及后期基因治疗提供可靠的依据。5参考文献[1]ZhangW，LiX，ShenA，eta1．ScreeningNKX2．5mutationinasampleof230HartChinesechildrenwithcongenitalheartdiseases[J】．GenetTestMolBiomarkem，2009，13(2)：159-162．[2]SrivastavaD，OlsonEN．Ageneticblueprintforcardiacdevelopment[J]．Nature，2000，407(6801)：221-226．[3]JoziaaseIC，vandeSmagtJJ，SmithK．eta1．Genesincongenitalheartdisease：atrioventricularvalveformation[J]．BasicResCardiol，2008，103(3)：216-227．[4]ZhangWM，LiXF，MazY，eta1．GATA4andNKX2．5geneanalysisinChineseUygurpatientswithcongenitalheartdisease[J]．ChinMedj．2009。122(4)：416-419．[5]ZhangWM，LiXF，ShenAD，eta1．GATA4mutationsin486[6][7][8][9][10】[12][13][14][15][16][17][18][19][20][21]塞旦医堂苤壶!Q!Q堡箜堑鲞笙璺塑Chinesepatientswithcongenitalheartdisease[J]．EurJMedGenet。2008，51(6)：527-535．AkazawaH．KomuroI．CardiactranseriptionfactorNkx2．5：Itsroleincardiacdevelopmentanddiseases[J]．PhannacolTher，2005，107(2)：252—268．MustafaM，BalciRamazanAkdemir．NKX2．5mutationsandcongenitalheartdisease：Isitamarkerofcardiacanomalies[J]?IntJCardiol，2009“Epubaheadofprint]BensonDW，SilberbachGM，Kavanaush-McHughA，eta1．MutationsinthecardiactranscriptionfactorNKx2．5affectdiversecardiacdevelopmentalPathway[J]．JClinInvest，1999，104(11)：1567一1573．MolkentinJD．Thezincfinger-containingtranscriptionfactorsGATA一4，一5and-6：Ubiquitouslyexpressedregulatorsoftissue·specificgeneexpression[J]．JBiolChem，2000，275(50)：38949-38952．PuWT．IshiwataT。JuraszekAL，eta1．GATA4isadosage-sensitiveregulatorofcardiacmorphogenesis[J]．DevBiol，2004，275(1)：235—244．GargV．GATA一4mutationscausehumancongenitalheartdefectsandrevealaninteractionwithTBX5[J]．Nature，2003，424(6947)：443—447．SmallEM，KriegPA．Transgenicanalysisoftheatrialnatriureticfactor(ANF)Promoter：NKX2．5andGATA4bindingsitesalerequiredforatrialspecificexpressionofANF[J]．DevBiol，2003，261(1)：116一131．DaiYS。CserjesiP．MarkhamBE。eta1．netranscriptionfactorsGATA4anddHANDphysicallyinteracttosynergisticallyactivatecardiacgeneexpressionthroughap300一dependentmechanism【j]．jBiolChem，2002，277(27)：24390—24398．HorbME，ThomsenGH．TBX5isessentialforheartdevelopment[J]．Development，1999，126(8)：1739—1751．AgarwalP。WylieJN，GalceranJ，eta1．Thx5isessentialforforelimbbudinitiationfollowingPatterningofthelimb[J]．Development，2003，130(3)：623-633．UuCX，ShenAD．LiXF。eta1．Associationofnx5genepelymorphismwithventricularseptaldefectintheChineseHartpopulation[J]．ChinMedJ(En91)，2009，122(1)：30—34．KellerBB．Developmentalstructure-functioninsishtsfromTb，【5del／一mousemodelofHolt—OramSyndrome[J]．AmJPhysiolHeartCircPhysiol，2005，289(10)：H975一H976．FanC．GATA4FunctionalanalysisofTBX5missensemutationsassociatedwithHolt．Oramsyndrome[J]．JBiolChem，2003，278(10)：8780—8785．HiroiY，KudohS，MoIizenK，eta1．Tbx5associateswithNkx2．5andSynergisticallypromotescardiomyocytedifferentiation[J]．NatGenet，200l，28(3)：276-280．ZhuY．GramotiniAO。WalshMA。eta1．rrbx5一dependentpathwayregulatingdiastolicfunctionincongenitalheartdisease[J]．ProcNatlAcadSciUSA，2008，105(14)：5519-5524．SrivastavaD．Heartdisease：Anongoinggeneticbatde[J]．Nature，2004，429(6994)：819-822．(收稿：2009—10—12编辑：李强)