徐晶磊 邱海燕 吴军华 俞蓓蓉

先天性心脏病(congenital heart disease，CHD)是指因遗传或环境因素引起心血管发育缺陷，导致心功能出现障碍的出生缺陷，是心血管疾病中的一种重要类型。我国先心病的发生率为0.7‰～7.32‰，呈逐年上升趋势[1]。CHD作为我国最常见的出生缺陷之一，在所有出生缺陷中占40.95%。据2012年卫生部的数据统计，新发先心病造成的总体经济负担超过126亿元。但目前CHD的主要致病因素仍未明确，流行病学调查显示，遗传学异常为其主要的致病因素(图1)。本文将对CHD遗传相关病因的研究进展进行综述，供基础研究及临床工作参考。

图1 CHD病因分布[2]

一、染色体异常

1.染色体非整倍体变异:染色体非整倍体变异是先天性心脏病中最早被发现的病因，占CHD细胞遗传学病因的9%～18%。最常见的非整倍体变异为21-三体，其次为18-三体、13-三体、单X染色体的Turner综合征等。CHD在21-三体患者中的并发率为35%～50%，在13-三体及18-三体中为60%～80%，在Turner综合征中约为33%。非整倍体变异导致大量基因的表达及调控异常，常引起多样、严重的发育异常。研究显示，在21-三体患者中发现DSCAM和COL6A基因可造成CHD并发，小鼠实验提示，单基因的过表达并不会影响心脏发育，只有当两个基因同时过表达时才引发CHD[3]。另一项研究发现CRELD1基因的新突变c.973G>A在21-三体患者合并的房室间隔缺损表型中起主要作用[4]。CRELD1是钙调神经磷酸酶/NFATc1信号通路的调控因子，通过调节转录因子NFAT(活化T细胞核因子)的去磷酸化，在心脏发育中起至关重要的作用。一旦基因突变，可导致细胞质中CRELD1蛋白的类表皮生长因子样钙结合域(cb-EGF-like calcium binding domain)发生突变，从而引起心脏发育异常。

2.染色体拷贝数变异:随着全外显子测序技术(whole-exome sequencing，WES)及全基因组测序技术(whole-genome sequencing，WGS)的普及，越来越多的拷贝数变异(copy number variation，CNV)被发现。CNV是指长度1kb以上的基因片段的缺失、重复、插入及复杂多位点的变异，可由新突变所致或遗传而来。CNV可分为3类：明确致病CNV(微小缺失或微复制综合征)、潜在致病CNV和无意义CNV(良性)。

在明确致病CNV中，22q11是人类最常见的染色体微缺失，系由22号染色体的侧翼低拷贝导致一段约3Mb的片段缺失所致，可造成DiGeorge综合征及颚面心综合征(velo-cardio-facial syndrome)，主要表现包括CHD、低钙血症、免疫缺陷、颚咽发育不良、特殊面容和神经发育异常。目前研究证明，22q11微缺失造成了T-BOX基因家族中的TBX1转录因子缺失，由于其在心脏特异性表达，一旦单倍体表达不足，可引起心脏发育异常。一项小鼠实验发现，TBX1表达不足可引发组蛋白H3K4me1富集，因此还提示TBX1与导致心脏发育异常的染色质重塑有关[5]。

其他明确与CHD相关的CNV包括8p23缺失，该段缺失染色质上存在心血管发育相关的转录因子GATA4，其缺失可导致一系列CHD及发育迟缓；7q11缺失是William综合征的发病原因，该综合征系由片段缺失导致弹性蛋白(ELN)的表达不足，造成以主动脉瓣上狭窄和肺动脉瓣狭窄为主要表现的先天性心血管异常。11q24～25的缺失可造成Jacobsen综合征，研究提示11q上存在的ETS-1基因缺失是造成包括左心发育不良综合征(HLHS)等多种心脏发育缺陷的原因。

除上述与特定综合征相关的CNV外，还发现了许多CHD相关的新生CNV。如近期研究资料发现，5q33缺失引起的HAND1和SAP30L基因的缺失，与瓣膜缺陷及流出道异常相关[6]。18q2上的NFATC1基因的缺失可能导致心脏瓣膜、房室间隔以及心脏大血管的发育异常[7]。此外，通过对大样本CHD患者的研究，还发现了常出现的拷贝数变异，包括1q21.1、3p25.1、16p13.11、15q11.2等[8]。

二、基因突变

1.单基因与综合征型CHD：先心病中约有8%为单基因遗传病，包括较为常见的Alagille综合征、Noonan综合征、Marfan综合征、CHARGE综合征、Holt-Oram综合征等。约94%的Alagille综合征由JAG1基因突变所致，周围肺动脉狭窄、肺动脉闭锁、房间隔缺损等为其主要心脏异常[9]。Noonan综合征与PTPN11基因突变有关，80%以上的患者合并心脏病变，其中以肺动脉瓣狭窄最常见。Marfan综合征为原纤维蛋白基因(FBN1)缺陷造成，以主动脉关闭不全为主要的心脏表现。CHARGE综合征是DNA结合蛋白解螺旋酶家族中的CHD7突变所致，主要的CHD表现为圆锥动脉干和主动脉弓异常。Holt-Oram综合征与TBX5突变相关，常见间隔缺损和传导缺陷。

2.遗传点突变

(1)特异性转录因子与CHD：心脏特异性转录因子在胚胎心脏发育中起着关键作用，许多首次发现与CHD相关的基因均为心脏转录因子，如GATA4、NKX2.5、TBX5及HAND等。在胚胎发育的第13天,心脏原始细胞形成条索状细胞带,第16天时形成原肠胚。转录因子GATA家族参与原始细胞形成条索状细胞带的过程，并调控原肠胚发育；Nkx2家族的正确调控和表达是心脏在第23～28天得以环化成功的基础；TBX5等转录因子与第7周的室间隔发育相关。

锌指蛋白GATA家族存在多个亚型，其中GATA4、GATA5、GATA6与心脏发育密切相关。GATA4是目前研究较多的转录因子，其与NKX2.5转录因子关系密切，荧光素酶报告基因检测结果显示，脑钠肽启动子荧光表达质粒与两者共转染比单独转染GATA4或NKX2.5对脑钠肽启动子的激活作用更强，提示两者的协同作用与两者的结构及BNP启动子的序列具有相关性[10]。GATA4蛋白质由442个氨基酸组成，包括转录激活域(TAD)、锌指结构域(NZF与CZF)和核定位信号结构域(NLS)[11]。在过去的几十年中，已经报道了100多个GATA4突变位点，GATA4的功能性突变主要导致心脏间隔缺损。最近发现，GATA4 G296S的错义突变可引起心房和室间隔缺损以及肺动脉瓣狭窄，且在小鼠实验中得到相似的结论。另一项研究发现，GATA4 M310V功能性突变与人类家族性ASD相关[12]。

NK2.5基因作为主要的上游基因，调控许多下游基因的正常表达，其下游基因包括BMP、ANF、Nmyc、MLC2V、Msx2、MEF2C及dHAND[13]。多个研究证实，NKX2.5基因突变所致的CHD包括间隔缺损和异常传导系统[14]。其中房间隔缺损与NK2.5突变的关系最为紧密。一项研究在NKX2.5编码区中发现了两个新突变，在法洛四联症患者发现了Arg25Cys突变，三尖瓣下移畸形患者中发现了Ala42Pro突变[15]。

T-box基因家族中的TBX1、TBX5及TBX20与CHD相关。TBX1基因突变在前文已述，与Holt-Oram综合征发生相关，除心脏表现外，还可引起上肢发育畸形。现发现的TBX5基因的突变已达60余种，包括等位基因的错义突变、缺失、插入等。在汉族人群中的研究发现，TBX5 3′端非翻译区(UTR)的突变rs6489956与CHD易感性增加有关，机制为该突变影响了两种可特异性介导TBX5表达的靶miRNA的结合亲和力[16]。TBX20是先心病的候选基因,其在心脏发育过程中起转录激活或抑制的双重作用[13]。Liu等[17]在TBX20中鉴定了一个新的突变D176N，推测其与家族性房间隔缺损相关。

HAND家族中的HAND1基因编码了一个螺旋-环-螺旋结构的转录因子，该结构是蛋白质与靶DNA结合，及蛋白质间相互作用的必需结构。小鼠实验证明，心脏HAND1特异性消融会导致房室壁、瓣膜和流出道缺损；在人类研究中被证实与左心室发育不全综合征(hypoplastic left heart syndrome，HLHS)相关[18]。最近一项研究新发现HAND1的杂合突变p.R118C，可导致人类对法洛四联症易感性增强[19]。此外，HAND2转录因子也证实与胚胎心脏生长有关。

(2)其他单基因与非综合征型CHD：目前已确定的CHD候选基因有455个，包括上述的特异性心脏转录因子，这一数据还在不断更新[20]。目前较热门的研究集中在基因的单核苷酸多态性位点(single nucleotide polymorphisms，SNP)及基因点突变与CHD的关系。例如，Yang等[21]发现TCF21rs12190287的多态性与中国人群室间隔缺损(VSD)的易感性增加相关;姜钰超等[22]首次在人群中发现SHMT1与CHD的关联性，其研究结果显示基因上的rs638416位点与CHD有关，且确定该位点的G等位基因能够显著降低启动子的转录效率，为“dTMP合成受阻是CHD病因之一”的观点提供了有力证据。就基因点突变而言，Huang等[23]在VSD患者中发现了一个新的杂合子CASZ1突变p.L38P。这些研究均证实CHD致病基因的复杂性，其确切的致病机制值得进一步研究。

三、表观遗传变异

除基因变异，CHD另一重要的致病因素是表观遗传变异。表观遗传是指非DNA序列变异引起的表型改变，而这种表型改变可遗传。表观遗传可分为两类，一类为基因选择性转录表达的调控，如DNA甲基化、组蛋白甲基化、染色质重塑等；另一类为基因转录后的调控，包括基因组中非编码RNA、微小RNA(miRNA)、反义RNA、内含子等。

相关研究显示，约3%的CHD患者是由染色质重塑因子发生的新突变造成。一项针对1213例的研究中发现，25/1213的病例出现了染色质重塑因子的功能丧失性突变，而对照组仅为3/900(P=5.7×10-11)[20]。另有研究证实，组蛋白甲基化异常与孤立性CHD有关，如组蛋白甲基转移酶PRDM6可致非综合征型的动脉导管未闭。Grunert等在SCO2基因的启动子中发现了一个高甲基化的新生CpG岛，并证实在启动子CpG岛上的不同CpGs的差异甲基化显著降低了SCO2的表达；此前已有研究证明SCO2与法洛四联症及室间隔缺损相关，由此提示DNA甲基化与CHD的关联。

miRNA具有组织特异性，在特定的发育阶段表达，在心脏发育中发挥作用。早有研究表明，miRNA-1靶向调控心脏转录因子HAND2以及其他心脏生长发育调控因子，HAND2转录因子与胚胎心脏的生长有关。最近Wang等证实miRNA145可调控FXN的差异性表达，而差异性表达的FXN可造成CHD。以上研究提示表观遗传与CHD相关，但具体机制未完全明确，尚待深入研究。

四、其 他

随着辅助生殖技术的普及，其潜在问题逐渐显露。流行病学研究表明，通过辅助生殖技术孕育的先天性畸形发生率较高。

一项纳入6个病例对照和35个队列研究的Meta分析显示，与自然受孕比较，通过辅助生殖技术[主要是体外受精(IVF)/卵胞质内单精子注射(ICSI)技术]受孕的胎儿，其CHD的发生风险增加约50%，活产婴儿发生CHD的绝对风险为1.1%～3.3%，其中较常见的是室间隔缺损。因此，美国心脏协会(American Heart Association)实践指南建议在IVF/ICSI的所有妊娠中进行胎儿超声心动图检查(Ⅱa推荐等级/A级证据水平)。同时研究发现，通过IVF/ICSI技术受孕者，妊娠早期常出现妊娠相关血浆蛋白A降低(PAPP-A)及游离β人绒毛膜促性腺激素水平升高。无胎盘灌注受损和先兆子痫而娩出了孤立性CHD患者的孕妇，其PAPP-A和胎盘生长因子降低明显。因此该研究提出，通过辅助生殖技术受孕的胎儿可因早期胎盘功能障碍而引发CHD。

尽管CHD在经应用辅助生殖技术受孕的婴儿中更常出现，但有资料显示相反结果。此外，辅助生殖技术中，双胎妊娠较常见，而双胎本身增加了CHD的风险。因此，辅助生殖技术与CHD是否存在明确关联尚未达成一致共识，需要多中心、大样本的研究来反映试管婴儿先天心脏缺陷的发病情况。

综上所述，目前CHD病因尚不明确，通过孕早期的宣教、超声心动图检查和及时干预，可避免严重CHD患儿出生而给家庭及社会带来负担。手术技术的不断成熟为改善CHD患儿预后，提升其生活质量带来光明前景。随着经典连锁分析、定位克隆技术及候选基因靶向测序技术的应用，对先天性心脏病的遗传相关病因的理解正逐步加深。