房颤（AF）是最常见的持续性心律失常，具有较高的发病率和死亡率。已知房颤风险具有很大的遗传成分，来自常见变异的遗传率超过23%，先前的全基因组关联研究（GWAS）已经确定了140多个与AF相关的基因组位点，但仅限于已知的基因变异，且这些变异存在的频率相对较高，通常只产生较小的效应。迄今为止，只有有限数量的研究能够利用测序数据来确定AF有意义的罕见变异关联。2018年，使用家族和早发性AF病例的研究发现基因TTN中罕见的功能缺失型突变与AF之间存在关联，随后在UK Biobank的一项独立分析中得到证实。尽管如此，这些变异仅解释了房颤易感性变异的0.2%。

近日，杂志Nature genetics上发表了一篇题为“Sequencing in over 50,000 cases identifies coding and structural variation underlying atrial fibrillation risk”的文章。该研究利用了迄今为止最大规模的这种复杂疾病的测序数据，并评估罕见编码遗传变异对AF风险的作用。结果发现AF与MYBPC3、LMNA、PKP2、FAM189A2和KDM5B基因之间存在关联。AF与罕见结构变异研究中，发现CTNNA3缺失和GATA4重复与AF存在关联。干细胞源性心房心肌细胞中KDM5B的敲除可导致动作电位持续时间缩短和广泛的转录组失调。此研究结果强调了罕见的编码和结构变异对房颤的贡献，包括房颤和心肌病之间的遗传联系，并加深了对这种常见心律失常的罕见变异结构的理解。

图片来源：Nature genetics

主要内容

研究揭示新的罕见变异与房颤相关

作者首先进行了基于外显子组的基因分析，测试了AF与功能丧失（LOF）和有害错义（pDM）突变之间的关系。正如预期的那样，TTN的相关性最强，证实了该基因在房颤发病中的重要作用。此外还发现了四个与房颤相关的新基因（下图a），包括MYBPC3（编码肌球蛋白结合蛋白c3），LMNA（编码层粘连蛋白A/C），PKP2（一种罕见变异强烈促进心律失常的基因），KDM5B（赖氨酸去甲基酶5B）。

测序识别了与房颤相关的新型罕见编码变异。

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识别与房颤相关的错义突变

作者对AF的低频和罕见编码变异进行了单变关联测试，发现了5个与AF显著相关的低频或罕见编码变异（下图b）。这些关联包括3个先前报道的错义变异(MYZAP、RPL3L和SH3PXD2A)和两个新的罕见的错义突变关联，FAM189A2（p.Leu105Arg）和ZFC3H1（ p.Asp280Tyr），与AF风险增加相关。其中，FAM189A2（p.Leu105Arg）在重复数据集的中得到了验证。

测序识别了与房颤相关的新型罕见编码变异。

图片来源：Nature genetics

罕见的结构变异与房颤有关

作者分析了对照和AF病例预测高影响结构变异。结果显示，CTNNA3的罕见缺失与AF风险增加相关（图a），且在重复数据集的中得到了验证。罕见变异CTNNA3曾被报道在有限病例中致心律失常性右室心肌病,，CTNNA3基因敲除小鼠发生扩张性心肌病。

8号染色体基因组区域内基因的罕见重复与对AF的保护有关。该区域包括编码一个重要心脏转录因子的GATA4，以及其他几个基因（FAM167A，BLK，NEIL2，FDFTI，CTSB）。增加GATA4剂量可能通过改变心房中调节基因网络的转录因子平衡来预防房颤，但这种保护的潜在机制还需要进一步研究。

CTNNA3和GATA4的大结构变异与AF有关。

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KDM5B缺失导致心房细胞的转录组改变

作者敲除KDM5B进行RNA测序，并进行差异表达分析，以表征心肌细胞中KDM5B调控的基因和分子途径（下图d）。结果确定了619个基因在KDM5B基因编辑后下调，530个基因上调。在显著下调的分子途径中，包括核小体组装、染色质修饰酶、心脏发育和缺氧（图e）。上调的信号通路包括p53信号、离子通道活性、突触信号、心脏传导和心房心肌细胞动作电位（图f）。p53信号的上调过程与心肌细胞死亡和心力衰竭水平升高有关。几个先前与心律失常相关的离子通道和钙结合蛋白上调，包括SCN5A、SCNN1D、SLC12A4和PIEZO1。这些结果表明，KDM5B表达的降低会导致心肌细胞发生深刻的转录和生理变化，这不仅可能影响动作电位，还可能影响细胞存活和代谢。

KDM5B缺失导致心房细胞的转录组改变。

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KDM5B缺失导致心房细胞动作电位缩短

作者使用KDM5B敲除方法，评估KDM5B在心房心肌细胞中的电生理作用。结果显示，敲除KDM5B，可显著缩短心房心肌细胞动作电位持续时间（如下图），与RNA-seq数据的发现一致，即钾通道的转录水平增加，包括KCNJ3和KCNIP2，引起心房复极化驱动增强。综上所述，此功能研究强调了KDM5B在心房心肌细胞转录编程和电生理中的重要作用。

KDM5B缺失导致心房细胞动作电位缩短。

图片来源：Nature genetics

总结与讨论

该研究利用了迄今为止最大规模的这种复杂疾病的测序数据，并评估罕见编码遗传变异对AF风险的作用。结果发现AF与MYBPC3、LMNA、PKP2、FAM189A2和KDM5B基因之间存在关联。AF与罕见结构变异研究中，发现CTNNA3缺失和GATA4重复与AF存在关联。干细胞源性心房心肌细胞中KDM5B的敲除可导致动作电位持续时间缩短和广泛的转录组失调。此研究结果强调了罕见的编码和结构变异对房颤的贡献，包括房颤和心肌病之间的遗传联系，并扩大了对这种常见心律失常的罕见变异结构的理解。

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