引用本文: 劉鼎乾, 過常發, 王春生. 改良 Mini-Maze 手術患者左心耳組織 PITX2 及 KCNQ1 蛋白表達特點分析及其臨床相關性分析. 中國胸心血管外科臨床雜志, 2021, 28(2): 158-163. doi: 10.7507/1007-4848.202011049 復制
心房顫動(房顫)是臨床是較為常見的一種心律失常,在世界范圍內具有較高患病率和死亡率[1-2]。目前對于房顫的外科治療,從最初的左心房隔離術、心房切斷術到后續發展的迷宮手術(COX Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ及Ⅳ型手術),已經取得了極大發展[3]。隨著對房顫發生機制的逐步深入認識以及微創化手術技術的發展,自 2003 年世界首例 Wolf Mini-Maze 手術開展以來,微創化房顫外科技術已得到了長足的進步[3-5]。有效的手術對于房顫治療具有重要意義,目前改良 Mini-Maze 手術,即雙側微創切口下行雙極射頻消融術、雙側肺靜脈隔離、Marshall 韌帶的離斷及左心耳結扎,可以取得較好的療效,并且術中由于切除了左心耳,極大地降低了心房血栓的發生率[6]。
對于房顫發生的機制當前仍有許多需要深入解析之處。通過全基因組關聯分析PITX2 基因和 KCNQ1 基因是兩個目前被發現與房顫密切相關的基因[7-9]。PITX2 基因位于染色體 4q25 區域,其位于易感性位點上游的連鎖不平衡區[10]。PITX2 參與胚胎發生和心臟的左右分化。PITX2 通過選擇性剪接編碼 3 種不同的蛋白質亞型,其中,PITX2c 亞型主要存在于左心房和肺靜脈,因此該蛋白被認為是調控肺靜脈形成的重要蛋白[7, 11]。KCNQ1 基因則位于染色體 11p15.5~p15.4,是鉀離子通道重要蛋白,2003 年通過連鎖遺傳分析在一個常染色體顯性遺傳房顫的四代家系中被發現[12-13]。進一步動物實驗發現,PITX2c 敲除的小鼠會影響其肺靜脈肌袖的發育并進一步影響左心房竇房結功能,KCNQ1 表達水平也會上升[14]。
因此,本研究以臨床上因房顫行改良 Mini-Maze 手術的患者左心耳組織標本為基礎,通過檢測其 PITX2 及 KCNQ1 蛋白表達水平,初步分析其臨床應用價值,并通過結合臨床隨訪資料,對這兩種組織蛋白表達水平與臨床相關性展開研究。
1 資料與方法
1.1 臨床資料
本研究收集了 2017 年 2 月至 2018 年 8 月因房顫于本中心行手術共 59 例患者的左心耳組織,其中 58 例行改良 Mini-Maze 手術,即雙側微創切口下行雙極射頻消融術、雙側肺靜脈隔離、Marshall 韌帶的離斷及左心耳結扎,1 例因術前合并左房血栓行正中開胸改良 Mini-Maze 手術附加左心房取栓術。根據患者術前房顫類型分為兩組,即陣發性房顫組(持續時間短于 7 d 的房顫)及持續性房顫組,包括持續性房顫(持續時間長于 7 d 的房顫,一般不能自行復律)及長程持續性房顫(持續時間長于 1 年但藥物或電復律仍可轉復)。
比較兩組患者術前性別、年齡以及術前情況包括高血壓、糖尿病、冠心病、腦梗死病史等一般資料。
1.2 試劑
主要試劑包括 PITX2 單克隆抗體(Abcam,Ab98297)、KCNQ1 單克隆抗體(Absin,Abs136417)、Actin 單克隆抗體(Immunoway,YM3028),辣根過氧化物酶標記山羊抗兔二抗(Abkkine,A23920),全蛋白抽提試劑盒(南京凱基生物,KGP2100),Western 及 IP 細胞裂解液(南京凱基生物,KGP701),Invent 總蛋白提取試劑盒(美國 Invent,SD001/SN002),SDS-PAGE 凝膠電泳試劑盒(南京凱基生物,KGP113),BCA 蛋白含量檢測試劑盒(南京凱基生物,KGP903);ECL 檢測試劑盒(德國 Millopore,WBKLS0100)。
1.3 心耳組織處理
心耳組織離體后即刻剪成小塊組織,放入凍存管后液氮中凍存,24 h 后轉移至–80℃ 保存。心耳組織蛋白提取采用 Invent 試劑盒法提取。在每 1 mL 冷裂解液 Buffer 中加入 10 μL 磷酸酶抑制劑、1 μL 蛋白酶抑制劑和 5 μL 100 mM PMSF,混勻。冰上保存數分鐘待用。20 mg 心耳組織收集后,放置于離心管柱上,用塑料棒研磨,加入 200 μL 裂解液,繼續研磨 30 次,蓋上蓋子室溫孵育 3~5 min。細胞洗滌后,轉至新的預冷離心管中,加入相應的裂解液,旋渦震蕩 15 s,將裂解的細胞轉移到預冷的離心管柱中,放置于冰上 3~5 min。16 000 rpm 離心 1 min 后立刻將收集管置于冰上,棄去離心管柱,收集管蛋白即為全蛋白提取物,蛋白定量。分裝保存于–80℃,避免反復凍融。
1.4 Western-blotting 檢測心肌組織 PITX2 及 KCNQ1 表達水平
蛋白上樣 40 μg,12% SDS-PAGE電泳,將蛋白條帶轉移至 PVDF 膜上,5% 的脫脂奶粉室溫封閉 2 h。加入一抗(PITX2 1∶1000 稀釋;KCNQ1 1∶5 000 稀釋;Actin 1∶1 000 稀釋),4℃ 孵育過夜。加入二抗(辣根過氧化物酶標記山羊抗兔二抗,1∶8 000 稀釋)常溫孵育 2 h。ECL 化學發光試劑盒顯色,直接使用美國 Li-COR Odyssey 雙色紅外激光成像系統進行顯色成像,用 TBST 洗膜后,將膜放入雙色紅外激光成像系統拍照,使用 Gel-Pro Analyzer 4 軟件對結果進行灰度分析。
1.5 統計學分析
本次采用 SPSS22.0 統計軟件分析。所有的臨床數據進行 Kolmogorov-Smirnov 檢驗,符合正態分布的計量數據以均數±標準差(±s)表示,采用獨立樣本 t 檢驗兩組間均值差異。不符合正態分布的計量數據以中位數(median)表示,兩組間均數比較采用 Mann Whitney U 非參數檢驗,計數資料以百分數表示,采用卡方檢驗和 Fisher 確切概率法。采用 Binary-logistic 回歸分析兩種類型房顫的影響因素。應用受試者工作特征(ROC)曲線篩選陣發性房顫進展至持續性房顫的最佳截斷點,P<0.05 為差異有統計學意義。
1.6 倫理審查
本研究經復旦大學附屬中山醫院倫理委員會批準(倫理批件審查號:B2017-037R),所有患者簽署知情同意書。
2 結果
2.1 兩組患者一般臨床資料的比較
兩組患者性別、年齡的構成差異無統計學意義(P>0.05)。兩組患者的高血壓、糖尿病、冠心病、吸煙史、腦出血史、腦梗史以及術后心電圖竇性心律與否方面的差異均無統計學意義(P>0.05)。在超聲心動圖檢查上,持續性房顫組的術前左心房直徑顯著短于陣發性房顫組,差異有統計學意義(P=0.016),術前主動脈竇部直徑在持續性房顫組顯著短于陣發性房顫組(P=0.018);見表 1。


2.2 左心耳組織 PITX2 及 KCNQ1 蛋白表達分析
所有患者左心耳組織 PITX2 及 KCNQ1 表達的 Western-blotting 結果圖;見圖 1。進一步通過分析發現,左心耳組織的 KCNQ1 蛋白表達水平在持續性房顫組高于陣發性房顫組,差異有統計學意義(P=0.004),而 PITX2 表達水平在兩組間差異無統計學意義(P>0.05)。

2.3 兩組患者的影響因素分析
將兩組患者作為因變量,KCNQ1、術前左心房大小、術前主動脈竇部直徑作為自變量引入 Binary-logistic 回歸模型。經逐步回歸分析發現,KCNQ1(回歸系數:–8.773,標準誤:4.010,P=0.029)和術前左心房直徑(回歸系數:0.754,標準誤:0.360,P=0.036)是陣發性房顫進展為持續性房顫的獨立危險因素(P<0.05);見表 2。

2.4 ROC 曲線分析
KCNQ1 表達水平(分析中取 KCNQ1 和 Actin 的比值)為 0.60 時,是陣發性房顫進展為持續性房顫的最佳截斷點,敏感性 0.519,特異性 0.875,ROC 曲線下面積為 0.683(95%CI 0.539~0.828,P=0.016)。而左心房大小在 ROC 曲線下面積 0.314<0.5,作為診斷價值不高;見圖 2,表 3。


3 討論
本研究以臨床上不同類型房顫行改良 Mini-Maze 手術患者的左心耳組織標本為基礎,通過檢測其 PITX2 及 KCNQ1 蛋白表達水平,并結合臨床數據分析。采用 Binary-logistic 回歸分析研究發現 KCNQ1(回歸系數:–8.773,標準誤:4.010,P=0.029)和術前左心房直徑(回歸系數:0.754,標準誤:0.360,P=0.036)是陣發性房顫進展為持續性房顫的獨立危險因素(P<0.05)。并通過 ROC 曲線進一步證實 KCNQ1 表達水平(分析中取 KCNQ1 和 Actin 的比值)為 0.60 時,是陣發性房顫進展為持續性房顫的最佳截斷點,敏感性 0.519、特異性 0.875。
房顫的臨床治療技術雖然有了長足進步,但是不同房顫類型的預后及治療難度仍有所不同。目前普遍認為電重構、心房結構及功能重構是陣發性房顫轉為持續性房顫的原因,也使得兩種房顫在病理生理、臨床表現及臨床治療方式和預后上有截然不同的表現[15]。本研究結果也部分反映了其中的分子生物學機制。
首先,本文發現左心耳 KCNQ1 高表達是陣發性房顫進展為持續性房顫的獨立危險因素。KCNQ1 是在 2003 年被首次發現于家族性房顫之中,其編碼的 α 亞基與由 KCNE1 基因編碼的 β 亞基共同構成了調控延遲整流鉀電流(IKs)調控蛋白[13, 16]。功能上目前研究發現其可使得心肌細胞復極時間和不應期縮短,可引發房顫及長 Q-T 綜合征[17-18]。IKs 能在心率加快時產生一個“復極儲備”,當通道打開,心跳之間的電流總和便產生一個大的復極電流,從而縮短動作電位,促進心室舒張充盈。當 KCNQ1 表達發生改變便可破壞這一功能,使得心房發生電重構,從而使得房顫由陣發型漸漸轉變為持續型[19]。
其次,PITX2 是房顫發生發展的重要基因,在胚胎發育中其調控心臟左右的不對稱發育,使得右心房保留起搏細胞并進一步形成竇房結,而左心房則缺失[14, 20-21]。除了上述功能,該基因還與肺靜脈的發育有密切關聯,肺靜脈肌袖在房顫治療中有特殊解剖價值,由于左心房肌細胞可深入肺靜脈,因此為切斷折返及觸發活動而進行的肺靜脈隔離是房顫外科治療中重要的一個環節[6, 14]。從本研究結果看,陣發性房顫組及持續性房顫組左心耳組織 PITX2 的表達水平上并無明顯差異,說明兩者左心耳組織中可能引起觸發活動的心肌細胞相當,并無差異。
不同類型的房顫通過外科手段治療會有不同的臨床預后,其背后的分子機制錯綜復雜,值得深究。本研究從左心耳組織房顫相關蛋白的表達水平展現了不同房顫類型的分子生物學特點,為進一步研究房顫發生發展的機制提供了依據。但是由于缺乏正常人左心耳組織作為實驗材料,現有研究還尚不能解析房顫患者左心耳組織與正常左心耳組織在相關蛋白上的表達差異。未來研究應在現有基礎上進一步通過更大規模的分子生物學研究建立房顫相關的左心耳分子生物學解析,從而可以為臨床治療方式提供指導并優化治療策略。
利益沖突:無。
作者貢獻:劉鼎乾完成論文試驗部分、分析臨床數據統計并撰寫了論文;過常發提供了相關樣本;王春生設計了本研究并給予指導。
心房顫動(房顫)是臨床是較為常見的一種心律失常,在世界范圍內具有較高患病率和死亡率[1-2]。目前對于房顫的外科治療,從最初的左心房隔離術、心房切斷術到后續發展的迷宮手術(COX Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ及Ⅳ型手術),已經取得了極大發展[3]。隨著對房顫發生機制的逐步深入認識以及微創化手術技術的發展,自 2003 年世界首例 Wolf Mini-Maze 手術開展以來,微創化房顫外科技術已得到了長足的進步[3-5]。有效的手術對于房顫治療具有重要意義,目前改良 Mini-Maze 手術,即雙側微創切口下行雙極射頻消融術、雙側肺靜脈隔離、Marshall 韌帶的離斷及左心耳結扎,可以取得較好的療效,并且術中由于切除了左心耳,極大地降低了心房血栓的發生率[6]。
對于房顫發生的機制當前仍有許多需要深入解析之處。通過全基因組關聯分析PITX2 基因和 KCNQ1 基因是兩個目前被發現與房顫密切相關的基因[7-9]。PITX2 基因位于染色體 4q25 區域,其位于易感性位點上游的連鎖不平衡區[10]。PITX2 參與胚胎發生和心臟的左右分化。PITX2 通過選擇性剪接編碼 3 種不同的蛋白質亞型,其中,PITX2c 亞型主要存在于左心房和肺靜脈,因此該蛋白被認為是調控肺靜脈形成的重要蛋白[7, 11]。KCNQ1 基因則位于染色體 11p15.5~p15.4,是鉀離子通道重要蛋白,2003 年通過連鎖遺傳分析在一個常染色體顯性遺傳房顫的四代家系中被發現[12-13]。進一步動物實驗發現,PITX2c 敲除的小鼠會影響其肺靜脈肌袖的發育并進一步影響左心房竇房結功能,KCNQ1 表達水平也會上升[14]。
因此,本研究以臨床上因房顫行改良 Mini-Maze 手術的患者左心耳組織標本為基礎,通過檢測其 PITX2 及 KCNQ1 蛋白表達水平,初步分析其臨床應用價值,并通過結合臨床隨訪資料,對這兩種組織蛋白表達水平與臨床相關性展開研究。
1 資料與方法
1.1 臨床資料
本研究收集了 2017 年 2 月至 2018 年 8 月因房顫于本中心行手術共 59 例患者的左心耳組織,其中 58 例行改良 Mini-Maze 手術,即雙側微創切口下行雙極射頻消融術、雙側肺靜脈隔離、Marshall 韌帶的離斷及左心耳結扎,1 例因術前合并左房血栓行正中開胸改良 Mini-Maze 手術附加左心房取栓術。根據患者術前房顫類型分為兩組,即陣發性房顫組(持續時間短于 7 d 的房顫)及持續性房顫組,包括持續性房顫(持續時間長于 7 d 的房顫,一般不能自行復律)及長程持續性房顫(持續時間長于 1 年但藥物或電復律仍可轉復)。
比較兩組患者術前性別、年齡以及術前情況包括高血壓、糖尿病、冠心病、腦梗死病史等一般資料。
1.2 試劑
主要試劑包括 PITX2 單克隆抗體(Abcam,Ab98297)、KCNQ1 單克隆抗體(Absin,Abs136417)、Actin 單克隆抗體(Immunoway,YM3028),辣根過氧化物酶標記山羊抗兔二抗(Abkkine,A23920),全蛋白抽提試劑盒(南京凱基生物,KGP2100),Western 及 IP 細胞裂解液(南京凱基生物,KGP701),Invent 總蛋白提取試劑盒(美國 Invent,SD001/SN002),SDS-PAGE 凝膠電泳試劑盒(南京凱基生物,KGP113),BCA 蛋白含量檢測試劑盒(南京凱基生物,KGP903);ECL 檢測試劑盒(德國 Millopore,WBKLS0100)。
1.3 心耳組織處理
心耳組織離體后即刻剪成小塊組織,放入凍存管后液氮中凍存,24 h 后轉移至–80℃ 保存。心耳組織蛋白提取采用 Invent 試劑盒法提取。在每 1 mL 冷裂解液 Buffer 中加入 10 μL 磷酸酶抑制劑、1 μL 蛋白酶抑制劑和 5 μL 100 mM PMSF,混勻。冰上保存數分鐘待用。20 mg 心耳組織收集后,放置于離心管柱上,用塑料棒研磨,加入 200 μL 裂解液,繼續研磨 30 次,蓋上蓋子室溫孵育 3~5 min。細胞洗滌后,轉至新的預冷離心管中,加入相應的裂解液,旋渦震蕩 15 s,將裂解的細胞轉移到預冷的離心管柱中,放置于冰上 3~5 min。16 000 rpm 離心 1 min 后立刻將收集管置于冰上,棄去離心管柱,收集管蛋白即為全蛋白提取物,蛋白定量。分裝保存于–80℃,避免反復凍融。
1.4 Western-blotting 檢測心肌組織 PITX2 及 KCNQ1 表達水平
蛋白上樣 40 μg,12% SDS-PAGE電泳,將蛋白條帶轉移至 PVDF 膜上,5% 的脫脂奶粉室溫封閉 2 h。加入一抗(PITX2 1∶1000 稀釋;KCNQ1 1∶5 000 稀釋;Actin 1∶1 000 稀釋),4℃ 孵育過夜。加入二抗(辣根過氧化物酶標記山羊抗兔二抗,1∶8 000 稀釋)常溫孵育 2 h。ECL 化學發光試劑盒顯色,直接使用美國 Li-COR Odyssey 雙色紅外激光成像系統進行顯色成像,用 TBST 洗膜后,將膜放入雙色紅外激光成像系統拍照,使用 Gel-Pro Analyzer 4 軟件對結果進行灰度分析。
1.5 統計學分析
本次采用 SPSS22.0 統計軟件分析。所有的臨床數據進行 Kolmogorov-Smirnov 檢驗,符合正態分布的計量數據以均數±標準差(±s)表示,采用獨立樣本 t 檢驗兩組間均值差異。不符合正態分布的計量數據以中位數(median)表示,兩組間均數比較采用 Mann Whitney U 非參數檢驗,計數資料以百分數表示,采用卡方檢驗和 Fisher 確切概率法。采用 Binary-logistic 回歸分析兩種類型房顫的影響因素。應用受試者工作特征(ROC)曲線篩選陣發性房顫進展至持續性房顫的最佳截斷點,P<0.05 為差異有統計學意義。
1.6 倫理審查
本研究經復旦大學附屬中山醫院倫理委員會批準(倫理批件審查號:B2017-037R),所有患者簽署知情同意書。
2 結果
2.1 兩組患者一般臨床資料的比較
兩組患者性別、年齡的構成差異無統計學意義(P>0.05)。兩組患者的高血壓、糖尿病、冠心病、吸煙史、腦出血史、腦梗史以及術后心電圖竇性心律與否方面的差異均無統計學意義(P>0.05)。在超聲心動圖檢查上,持續性房顫組的術前左心房直徑顯著短于陣發性房顫組,差異有統計學意義(P=0.016),術前主動脈竇部直徑在持續性房顫組顯著短于陣發性房顫組(P=0.018);見表 1。


2.2 左心耳組織 PITX2 及 KCNQ1 蛋白表達分析
所有患者左心耳組織 PITX2 及 KCNQ1 表達的 Western-blotting 結果圖;見圖 1。進一步通過分析發現,左心耳組織的 KCNQ1 蛋白表達水平在持續性房顫組高于陣發性房顫組,差異有統計學意義(P=0.004),而 PITX2 表達水平在兩組間差異無統計學意義(P>0.05)。

2.3 兩組患者的影響因素分析
將兩組患者作為因變量,KCNQ1、術前左心房大小、術前主動脈竇部直徑作為自變量引入 Binary-logistic 回歸模型。經逐步回歸分析發現,KCNQ1(回歸系數:–8.773,標準誤:4.010,P=0.029)和術前左心房直徑(回歸系數:0.754,標準誤:0.360,P=0.036)是陣發性房顫進展為持續性房顫的獨立危險因素(P<0.05);見表 2。

2.4 ROC 曲線分析
KCNQ1 表達水平(分析中取 KCNQ1 和 Actin 的比值)為 0.60 時,是陣發性房顫進展為持續性房顫的最佳截斷點,敏感性 0.519,特異性 0.875,ROC 曲線下面積為 0.683(95%CI 0.539~0.828,P=0.016)。而左心房大小在 ROC 曲線下面積 0.314<0.5,作為診斷價值不高;見圖 2,表 3。


3 討論
本研究以臨床上不同類型房顫行改良 Mini-Maze 手術患者的左心耳組織標本為基礎,通過檢測其 PITX2 及 KCNQ1 蛋白表達水平,并結合臨床數據分析。采用 Binary-logistic 回歸分析研究發現 KCNQ1(回歸系數:–8.773,標準誤:4.010,P=0.029)和術前左心房直徑(回歸系數:0.754,標準誤:0.360,P=0.036)是陣發性房顫進展為持續性房顫的獨立危險因素(P<0.05)。并通過 ROC 曲線進一步證實 KCNQ1 表達水平(分析中取 KCNQ1 和 Actin 的比值)為 0.60 時,是陣發性房顫進展為持續性房顫的最佳截斷點,敏感性 0.519、特異性 0.875。
房顫的臨床治療技術雖然有了長足進步,但是不同房顫類型的預后及治療難度仍有所不同。目前普遍認為電重構、心房結構及功能重構是陣發性房顫轉為持續性房顫的原因,也使得兩種房顫在病理生理、臨床表現及臨床治療方式和預后上有截然不同的表現[15]。本研究結果也部分反映了其中的分子生物學機制。
首先,本文發現左心耳 KCNQ1 高表達是陣發性房顫進展為持續性房顫的獨立危險因素。KCNQ1 是在 2003 年被首次發現于家族性房顫之中,其編碼的 α 亞基與由 KCNE1 基因編碼的 β 亞基共同構成了調控延遲整流鉀電流(IKs)調控蛋白[13, 16]。功能上目前研究發現其可使得心肌細胞復極時間和不應期縮短,可引發房顫及長 Q-T 綜合征[17-18]。IKs 能在心率加快時產生一個“復極儲備”,當通道打開,心跳之間的電流總和便產生一個大的復極電流,從而縮短動作電位,促進心室舒張充盈。當 KCNQ1 表達發生改變便可破壞這一功能,使得心房發生電重構,從而使得房顫由陣發型漸漸轉變為持續型[19]。
其次,PITX2 是房顫發生發展的重要基因,在胚胎發育中其調控心臟左右的不對稱發育,使得右心房保留起搏細胞并進一步形成竇房結,而左心房則缺失[14, 20-21]。除了上述功能,該基因還與肺靜脈的發育有密切關聯,肺靜脈肌袖在房顫治療中有特殊解剖價值,由于左心房肌細胞可深入肺靜脈,因此為切斷折返及觸發活動而進行的肺靜脈隔離是房顫外科治療中重要的一個環節[6, 14]。從本研究結果看,陣發性房顫組及持續性房顫組左心耳組織 PITX2 的表達水平上并無明顯差異,說明兩者左心耳組織中可能引起觸發活動的心肌細胞相當,并無差異。
不同類型的房顫通過外科手段治療會有不同的臨床預后,其背后的分子機制錯綜復雜,值得深究。本研究從左心耳組織房顫相關蛋白的表達水平展現了不同房顫類型的分子生物學特點,為進一步研究房顫發生發展的機制提供了依據。但是由于缺乏正常人左心耳組織作為實驗材料,現有研究還尚不能解析房顫患者左心耳組織與正常左心耳組織在相關蛋白上的表達差異。未來研究應在現有基礎上進一步通過更大規模的分子生物學研究建立房顫相關的左心耳分子生物學解析,從而可以為臨床治療方式提供指導并優化治療策略。
利益沖突:無。
作者貢獻:劉鼎乾完成論文試驗部分、分析臨床數據統計并撰寫了論文;過常發提供了相關樣本;王春生設計了本研究并給予指導。