PKP2特定位点突变与双心室受累的致心律失常性右室心肌病关联及发病机制研究

Arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy （ARVC）, characterized with right ventricular abnormalities and ventricular tachyarrhythmias, is the primary cause of sudden cardiac death in young adults. Our previous study indicated that of the most common ARVC gene mutation plakophilin-2 (PKP2) gene mutations, there were two previously unreported novel mutations (PKP2 801delT and 1597delA) potentially associated with biventricular involved ARVC phenotype and patients carrying these two PKP2 mutations all suffered from malignant ventricular tachycardia with left ventricular origin. This study aims at clarifying whether PKP2 801delT and 1597delA mutations are arrhythmogenic mutations associated with the biventricular involved clinical phenotype. The PKP2801delT and PKP21597delA knock-in mice will be developed using embryonic stem cell homologous recombination technique. Echocardiography, cardiac magnetic resonance, histological and molecular biological examinations will be performed to investigate the cardiac structural and functional changes. The influence of PKP2 801delT and 1597delA gene mutations on the expression and localization of plakophilin-2 and plakoglobin, Wnt/β-catenin signaling pathway, transmembrane ion flows and adipogenesis phenomenon will also be studied by respectively transfecting these two PKP2 mutations into mice cardiac cells. The PKP2 genetic mutations, clinical manifestations, electrophysiological characteristics and prognosis will be analyzed in biventricular-involved ARVC patients as compared with those with typical ARVC for further understanding of early diagnosis, classification and risk stratification in ARVC. This will provide novel and valuable evidence for whether different mutations in PKP2 gene may contribute to different clinical phenotypes of ARVC and the pathogenesis.

致心律失常性右室心肌病（ARVC）是青壮年猝死的首要原因。申请人前期研究发现ARVC最常见斑菲素蛋白-2（PKP2）基因突变中两个既往未见报告的新突变801delT和1597delA与双心室病变相关且可导致恶性左室室速。本研究旨在验证PKP2这两个新突变对ARVC双心室受累的作用及发病机制。本项目拟通过建立PKP2 801delT和1597delA突变基因敲入小鼠，采用影像、病理组织学和分子生物学技术验证PKP2新突变对小鼠心脏结构及功能的影响，并在细胞水平分别过表达新突变PKP2基因，分析其对心肌细胞闰盘结构蛋白、PKP2基因下游Wnt/β-catenin信号通路、跨膜离子流和胞内脂肪沉积的影响，探讨PKP2基因突变和临床表型的分子机制，最后对比分析双室受累和单纯右室受累ARVC患者的PKP2基因突变分布、心内电生理特征及预后，以期指导对ARVC的早期诊断、准确分型及风险评价。

致心律失常性右室心肌病（ARVC）是导致青壮年猝死的头号器质性心脏病。前期发现，PKP2特定突变存在双心室受累及恶性心律失常的临床表现，但两者的关联及机制不明。为阐明上述关系，本项目从临床、动物、细胞三个层面展开研究：①建立了国内最大系列ARVC遗传学资料库，系统鉴定了国人ARVC的致病基因和特异性遗传标记，累积完成世界最大的ARVC室速消融队列。总结发现PKP2突变和多基因突变可促进ARVC室速发作，其心律失常基质主要位于右室基底部游离壁，导管消融可有效改善室速发作。PKP2复杂突变和TMEM43、DSP、DSC2的突变可导致ARVC双心室受累，并增加远期不良结局风险。在ARVC群体中，缓慢性心律失常较为多见，以室内传导组织最常见，其中女性，左房扩大，高NYHA分级可增加死亡和心脏移植风险。证实心房病变在ARVC患者中广泛存在，基因型与心房受累无关。ARVC有血栓形成风险，女性和左心功能不全是ARVC合并血栓的独立危险因素，抗凝治疗能改善预后。ARVC患者妊娠相对安全，对生存无负面影响。②构建了稳定的ARVC大鼠模型，为基础研究提供了可靠的模型保障。证实PKP2特定突变可导致ARVC双室受累，并发现ARVC存在有炎症反应及线粒体自噬缺陷的客观证据。PKP2突变可导致大鼠自发性室性心律失常的心电表型，雄性、高龄、运动干预和药物刺激等可诱导ARVC表型。证实雄性对运动干预的效果明显，且强迫跑步较强迫游泳更为有效诱导表型，为ARVC模型的有效构建提供了技术支持。③成功构建ARVC研究的精准细胞模型，证实PKP2复杂突变对心肌细胞功能的影响。筛选出具有PKP2突变的典型家系，利用发明专利，提取体细胞后重编程为携带有患者整套遗传信息的多能诱导干细胞（iPS）,并诱导分化为心肌细胞，完成了细胞特征鉴定，证实PKP2复杂突变对心肌细胞收缩功能及自主心律的影响。该项目的完成，揭示了以PKP2突变为代表的基因突变对ARVC发生发展的影响及潜在机制，为ARVC的早期诊断、精准分型、风险评价及后续深入的基础研究提供了科学依据。