6　ARVC的基因病理病因

1978年Fontaine首先对致心律失常性右室心肌病（arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy，ARVC）疾病进行了描述，18年后才被认识到是一种特殊的心肌病。ARVC是一种遗传性疾病，典型特点是右室正常心肌组织被纤维脂肪组织浸润替代，导致心室肌电生理紊乱，早期可发生室性心律失常，继而收缩功能降低，引起心力衰竭。主要累及右室和左室；双心室受累也越来越受到关注。

ARVC在人群中的患病率为1/5000～1/2000，男性多于女性，男女比约为3∶1。ARVC是年轻人或运动员发生猝死（sudden death，SD）的一种重要病因，占65岁以下未诊断心脏病患者不明原因猝死的10%以上，特别是在年轻人和运动员中，ARVC是导致心脏性猝死（sudden cardiac death，SCD）的第二大病因。该病表现多样，其外显率与年龄相关，平均发病年龄为29岁，<12岁或>60岁很少表现症状。最常见的临床表现是心悸（27% ARVC患者）和晕厥（26%ARVC患者），但也有首次即表现为致命性心律失常和SCD。

ARVC常常持续性进展，在早期，心脏结构无改变或轻微改变或局限于右室部分区域。ARVC常累及右室的3个部位：前漏斗部、右室心尖部、右室下壁，所以也被称为“右室发育不良三角区”，是ARVC的特征性表现。ARVC也可导致右室扩张或右室壁瘤，随疾病进展，可累及右室游离壁和左室。根据ARVC疾病进展可被分为4个不同阶段：①隐匿期：无临床症状期，伴无或轻度右室结构异常，SCD在此阶段偶可发生；②电生理紊乱期：表现为心悸、晕厥、右室起源的室性心律失常［包括：室性早搏、非持续性室速呈左束支传导阻滞（left bundle branch block，LBBB）图形、室颤致心搏骤停］；③右心衰竭期：右室心肌细胞渐进性被纤维脂肪组织替代，致右室功能受损，发生右心衰竭；④全心衰竭期：疾病进展累及室间隔和左室游离壁，引起充血性心力衰竭，当伴右室壁瘤或房颤时易形成腔内血栓，此期表现与扩张型心肌病临床表现类似，因此难以鉴别。

ARVC患者由于其临床表现的异质性和不完全的外显率而难以诊断，其基因-表型也尚未阐明。ARVC是一种复杂的异质性疾病，可表现为3种类型：右室受累占39%，左室受累占5%，双心室受累占56%。因此，一些学者认为此类疾病称为“致心律失常型心肌病”比“致心律失常型右室心肌病”更为适合。

一、病理学改变

ARVC患者猝死后尸检可见右室扩张并被脂肪组织覆盖，大量纤维脂肪组织从心外膜浸润到心内膜，散布于正常和萎缩的心肌细胞之间或浸润到细胞内（图1-6-1）。心肌活检见心肌细胞退行性变、间质纤维增生、脂肪浸润是ARVC的确诊标准。ARVC可致右室游离壁变薄，但室间隔一般不受累及，为了避免心肌活检取材造成游离壁穿孔，心肌活检常从室间隔部取材，所以往往会导致假阴性的结果，尽管在MRI检查中已发现典型的ARVC病变。另一方面，通过心脏影像很难识别纤维脂肪的浸润。病理上，正常心肌组织发生纤维脂肪组织替代可能有3种病理机制：

1.凋亡

DNA断裂和CPP-32蛋白是两种主要促细胞凋亡因子。75%的ARVC患者心肌活检可发现这两种凋亡因子增加。电镜下观察可发现细胞闰盘结构异常导致心肌细胞黏附破坏，可能诱导心肌细胞凋亡的发生。

2.炎症

2/3以上的ARVC患者可伴有炎细胞的浸润，而在其他心脏病中，很少有炎细胞的浸润。炎症发生可能是由于心肌损伤诱导，也可能与慢性病毒引起心肌炎相关。典型表现为右室和左室均受累。

3.异型分化

免疫组化染色可见空泡化心肌细胞不仅表达肌间线蛋白，而且表达一种成纤维细胞生成的波形蛋白。提示异常心肌细胞可转变为纤维细胞或脂肪细胞。

组织学的改变构成电折返的基质，从而可触发ARVC恶性室性心律失常的发生。

二、ARVC相关致病基因

ARVC多为常染色体显性遗传，30%～50%患者具有家族遗传史，有不同的外显率和遗传表观性，但也有隐性遗传报道。1982年，Marcus等发现在24名ARVC成年患者中有2名患者是来自同一个家系，此后ARVC家族遗传性特点被大家认知。1988年对8个意大利家系研究，第一次发现ARVC呈常染色显性遗传，并伴不完全外显率和变异性表现。

1994年，对一个威尼斯大家系进行分析，发现了ARVC第一个常染色体显性突变基因位点（14q23-q24）。后续研究逐渐发现了其他常染色突变基因位点（常染色体1、2、3、6、10、12、14、18），也有隐性遗传性报道［Naxos疾病和Carvajal综合征（图1-6-2A）］，Naxos疾病表现为心肌细胞分离，皮肤（手掌、脚底皮肤角质化）、头发（羊毛样头发）异常（图1-6-2B）。

McKoy等发现了第一个ARVC致病基因——JUP基因，患者表现为Naxos综合征。JUP基因主要编码桥粒斑珠蛋白，后者是细胞粘连蛋白的主要组成部分之一，在细胞粘连中发挥作用。另一种常染色隐性遗传是Carvajal疾病，DSP突变所致，也表现为皮肤和毛发改变，主要表现以双心室受累为特点。随着分子遗传学研究进展，发现桥粒蛋白基因突变引起ARVC一般呈常染色体显性遗传。Rampazzo等报道了第一个ARVC常染色体显性遗传型DSP突变。继而又发现了PKP-2基因、DSG-2基因、DSC-2等基因相关位点突变。这些突变蛋白都与细胞间黏附有关，属于桥粒蛋白组分，桥粒蛋白（desmosoal protein）具有复杂的结构，包括3个超基因家族成员：钙粘素蛋白家族（desmoglein-DSG和desmocollin-DSC）、血小板溶素家族（desmoplakin-DSP）、连环蛋白家族（plakophillin-PKP和plakoglobin-JUP）。其共同作用是将细胞内骨架中间丝与细胞间桥粒钙粘素蛋白相连。ARVC机制可能是由于遗传性心肌细胞间黏附基因异常导致细胞间黏附异常：包括细胞间黏附连接异常、桥粒连接异常、缝隙连接异常。所以也称ARVC为“桥粒蛋白疾病”。

其他与细胞黏附无关的基因突变也可导致ARVC发生。如调节肌质网钙离子释放的RyR2基因突变，呈常染色体显性遗传，运动诱发多形性室速伴右室局部心肌结构改变。在一个具有临床表型的ARVC大家系中发现TGFβ-3基因突变，导致TGFβ-3蛋白缺陷，刺激间充质细胞增生、细胞外基质增生诱导心肌纤维化。有研究表明TGFβ-3调节不同类型细胞中桥粒蛋白基因编码，TGFβ-3缺陷影响细胞间连接的稳定性。最近发现TMEM43基因突变可导致ARVC患者高致死性，而对于TMEM43基因的功能了解甚少，可能与脂肪形成通路中调节PPARg有关，其突变导致脂肪生成失调，造成ARVC患者进行性心肌细胞被纤维脂肪组织替代。Taylor等在家族遗传性ARVC家系中发现了肌联蛋白（titin protein-TTN）基因突变，突变携带者临床表型特点为：SCD病史、心功能障碍引起死亡或心脏移植、传导障碍、不完全外显率。携带TTN基因突变的ARVC患者TTN蛋白结构损伤导致心肌细胞的蛋白水解和凋亡，也许是未来研究ARVC心肌重塑和猝死机制一个新点。此外，体内、外实验研究表明Desmin基因、LaminA/C基因、Striatin基因突变也可能与ARVC发病相关。

截至目前为止，已发现12个基因中800多个基因位点突变，但仅有300个基因突变证实与ARVC致病相关。基因突变在ARVC患者中仅占39.2%，而其中占最多的是PKP2基因突变，约占全部基因突变的10%～45%，也许还有未知致病基因突变未被发现。已发现的ARVC相关致病基因见表1-6-1。

三、ARVC的发病机制

在过去30多年，人们对ARVC病因有了一定的深入了解。心肌细胞之间正常交流沟通对维持正常心脏功能是必需的，只有当心肌细胞之间机械活动和电活动同步进行才能维持心脏正常泵血功能。细胞之间机械活动通过桥粒蛋白和黏附连接实现，缝隙连接为细胞间电传递和小分子物质交流提供可能。这些复合物在细胞-细胞连接末端形成闰盘（intercalated disc，ID）结构，实现细胞之间的协同电-机械活动。

研究发现基因突变造成桥粒蛋白结构异常，导致桥粒蛋白介导的心肌细胞间黏附障碍、信号转导缺陷，即“最后共同通路”学说，可能是ARVC的发病机制。有研究表明plakophillin 2（PKP2）突变是ARVC最常见病因，约占所有病例的20%。

桥粒蛋白基因突变不仅导致皮肤、毛发改变，同时也可导致ARVC发生，表现为恶性心律失常和心肌结构损伤。心肌结构的改变—纤维脂肪浸润为恶性心律失常的发生提供了基质。其发生机制可能是桥粒蛋白与离子通道复合物之间发生直接或间接相互作用，下面将介绍细胞桥粒与缝隙连接、电压门控性钠通道（voltage-gated sodium channels，VGSC）之间的相互作用机制。

1.细胞桥粒-缝隙连接相互作用

Saffitz等首先发现ARVC不仅累及细胞桥粒，而且累及其他细胞间连接结构。他们发现ARVC患者心脏闰盘区Cx43蛋白表达显著减低。Oxford等证实细胞桥粒与缝隙连接蛋白之间具有相互作用，一种桥粒蛋白组成分子plakophillin 2（PKP2）对缝隙连接蛋白Cx43的正常功能和分布具有影响作用。通过siRNA技术下调大鼠心肌PKP2的表达，Cx43表达也显著降低，Cx43重分布，细胞之间偶联降低。说明PKP2与Cx43在同一大分子复合物中共存并发挥交互作用，即细胞桥粒与缝隙连接直接具有交互作用，后续一些相关研究也证实了这一观点。定量分析表明PKP2完全沉默导致缝隙连接介导的细胞-细胞之间偶联降低50%，但是有研究表明电偶联降低50%不会引起显著的电传导改变。因此，推测细胞桥粒除了与缝隙连接具有交互作用外，可能还与离子通道复合物发生交互作用。

2.细胞桥粒完整性与钠通道功能

有研究者曾质疑Cx43蛋白是否是唯一与细胞桥粒PKP2蛋白发生相互作用的非桥粒分子。从定义上讲，细胞间闰盘由3种结构组成：细胞桥粒和黏附连接保证细胞间机械耦联，缝隙连接保证电传导和代谢同步偶联。然而大量证据表明有其他分子也在细胞黏附之间存在，其中就有Nav1.5，但是主要是α亚基。因此猜想Nav1.5是否与桥粒蛋白PKP2共存，PKP2表达降低是否对钠电流幅度和钠通道动力学及动作电位传导有影响。应用膜片钳技术，敲除PKP2影响了其共定位和降低了钠电流及减慢动作电位传导，表明PKP2与VGSC具有交互作用，影响细胞兴奋性的传导。因此推测ARVC患者发生心律失常不仅仅是由于心肌组织微观结构改变和细胞间偶联缺失，可能还因为心肌细胞间电传导性质发生改变。这也可以解释为什么在ARVC早期，心脏结构未发生明显结构异常，但仍可能发生恶性心律失常或SCD。

3.细胞桥粒-缝隙连接-钠通道大分子复合体

有研究表明细胞桥粒、缝隙连接、Na+通道之间也具有相互作用，可能形成一种3重复合体。细胞骨架调节蛋白Ankyrin-G（AnkG）可能在其中发挥重要作用（图1-6-3）。应用CoIP技术分析表明三者之间具有相互作用。AnkG表达沉默，可导致PKP2蛋白和Cx43蛋白表达降低、分布改变、细胞间粘连长度缩短、电偶联降低。改变PKP2蛋白，AnkG蛋白、Nav1.5也发生相应调节。而且沉默AnkG可导致节律依赖性激活发生频率改变。因此细胞桥粒、缝隙连接、Na+通道三者之间通过AnkG蛋白发挥交互作用。Na+通道功能障碍可能是ARVC患者发生心律失常的基质之一。

4.Nav1.5通道定位

SCN5A基因编码的Nav1.5结构异常可导致相关心脏疾病临床表型，包括LQT3、Brugada综合征等，但与ARVC相关研究报道较少。近年来有学者提出应用宏膜片钳技术对不同部位Na+通道性质研究可提供新思路。心室肌细胞VGSC可分为两种类型：一种分布在心肌细胞末端侧（即闰盘处），另一种分布在心肌细胞侧膜处。Mario等应用宏膜片钳技术对心肌细胞3个部位（侧膜处、单个心肌细胞末端、两个心肌细胞末端连接处）INa进行记录，发现末端处平均峰电流>侧膜处，两个心肌细胞末端连接处最大。侧膜处Na+通道在静息状况下呈失活状态，对细胞动作电位去极化作用较小，而末端侧Na+通道在细胞动作电位去极化兴奋过程起主要作用，细胞-细胞之间的黏附增加了闰盘处Na+通道的功能。Cerrone等在PKP2基因突变小鼠中发现闰盘处INa幅度降低，其降低原因不是Na+单通道电导降低的结果，可能是PKP2表达降低，导致微管末端追踪蛋白EB1与N-cadherin之间距离增大，Nav1.5向细胞末端的转运障碍。因此推测Nav1.5的定位分布异常，特别是在闰盘处，可能是ARVC发生恶性心律失常的机制之一，当然有关Nav1.5通道定位异常还需要进一步深入研究。

过去30年中，对ARVC的致病机制、临床进程和治疗研究已经取得了一定进步，国际之间的合作交流也为ARVC的诊断和治疗提供了统一标准。虽然全世界许多国家和机构对ARVC的研究做出了一定贡献，但对ARVC患者有效的基因筛查、发病机制和降低发生猝死危险性还需进一步的努力。

（李泱 朱超）

参考文献

［1］Pinamonti B，Brun F，Mestroni L，et al.Arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy：From genetics to diagnostic and therapeutic challenges.World J Cardiol，2014，6（12）：1234-1244.

［2］Marcus FI，Edson S，Towbin JA.Genetics of arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy：a practical guide for physicians.J Am Coll Cardiol，2013，61（19）：1945-1948.

［3］Al-Jassar C，Bikker H，Overduin M，et al.Mechanistic basis of desmosome-targeted diseases.J Mol Biol，2013，425（21）：4006-4022.

［4］Iyer VR，Chin AJ.Arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy/dysplasia（ARVC/D）.Am J Med Genet C Semin Med Genet，2013，163C（3）：185-197.

［5］Elmaghawry M，Alhashemi M，Zorzi A，et al.A global perspective of arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy.Glob Cardiol Sci Pract，2012，2012（2）：81-92.

［6］Paul M，Wichter T，Fabritz L，et al.Arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy：an update on pathophysiology，genetics，diagnosis，and risk stratification.Herzschrittmacherther Elektrophysiol，2012，23（3）：186-195.

［7］Delmar M.Desmosome-ion channel interactions and their possible role in arrhythmogenic cardiomyopathy.Pediatr Cardiol，2012，33（6）：975-979.

［8］Herren T，Gerber PA，Duru F.Arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy/dysplasia：a not so rare“disease of the desmosome” with multiple clinical presentations.Clin Res Cardiol，2009，98（3）：141-158.

［9］Corrado D，Basso C，Pilichou K，et al.Molecular biology and clinical management of arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy/dysplasia.Heart，2011，97（7）：530-539.

［10］Taylor M，Graw S，Sinagra G，et al.Genetic variation in titin in arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy-overlap syndromes.Circulation，2011，124（8）：876-885.

［11］Cerrone M，Delmar M.Desmosomes and the sodium channel complex：implications for arrhythmogenic cardiomyopathy and Brugada syndrome.Trends Cardiovasc Med，2014，24（5）：184-190.