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病态窦房结综合征（ Sick Sinus Syndrome, SSS），又称窦房结功效障碍，是指心脏的自然起搏器（窦房结）不可够正常爆发有节律的心律，从而导致心律失常的一类朽迈相关的疾病 。SSS 主要临床症状体现为窦性停搏、心动过缓或过速、以及房颤等 。据估算，每 600名 65 岁以上的成年人中就有 1 例患SSS[1]；一连有症状性的SSS 可导致心脏或身体的供血缺乏，严重可引起心衰和心脏骤停，危及生命 。据统计，SSS也是导致患者需要植入人工起搏器的最常见顺应症 [2] 。SSS具有一定的家族遗传性，可由致病基因突变所导致 。有用疏散发明在窦房结组织中高效表达的 SSS致病基因对易感人群的危害分级、疾病诊断并生长药物治疗靶点具有主要的理论指导意义 。可是，基于SSS是一类与朽迈相关、生长缓慢的疾病，加之其外显率通常较低的特点，现在已知的SSS致病基因数目很是有限，其发病的分子机制更有待进一步的剖析 。
2022年10月18日，美国梅奥医院徐晓雷/丁永和等团队相助在eLife杂志在线揭晓了题为“A phenotype-based forward genetic screen identifies Dnajb6 as a sick sinus syndrome gene” 的研究希望 。该研究通过团结斑马鱼遗传筛选和小鼠动物模子发明并起源剖析Dnajb6是一个新的病态窦房结综合症致病基因 。
在前期研究中，美国梅奥医院Stephen Ekker和徐晓雷等团队相助，在斑马鱼模式动物中建设了携带有Cre-loxP重组酶系统的、在转座子插入导致靶基因突变的同时，又可通过荧光卵白标签来实时报告靶基因编码卵白的时空表达模式和细胞器准确定位的、可有条件逆转的新型转座子插入诱变系统[3] 。使用这一系统，该团队网络了约1200个相关的斑马鱼突变体品系，为下一步在全基因组水平上对基因的功效注释，以及研究人类相关疾病的分子基础涤讪了一定的手艺和资源基础 。
本研究则进一步生长该斑马鱼转座子插入诱变系统，将其应用于心脏节律疾病相关的遗传学研究 。研究职员首先从609个斑马鱼转座子插入突变体品系中富集了35个靶基因在心脏高效表达的突变体，然后应专心电图手艺举行正向遗传学筛选，乐成的疏散并确认了3个突变体品系在1.5-2年岁时具有显著增添的窦性停搏的表型，类似人类朽迈相关的SSS 。通过对其中一个同时具有显著心动过缓表型，并在心脏特异性表达荧光报告标签的突变体品系举行详细表达谱剖析发明，编码分子朋侪卵白的Dnajb6突变靶基因在斑马鱼和小鼠模子的起搏器（窦房结）组织中具有很是奇异的表达和定位模式 。在斑马鱼模子中，Dnajb6可定位于窦房结和房室通道（Atrio-ventricular canal）(图1) 。在小鼠模子中，Dnajb6卵白则主要富集于窦房结，并与窦房结组织中心脏起搏细胞特异性表达的HCN4卵白部分共定位（图2） 。这些效果批注，通过斑马鱼正向遗传学筛选可有用疏散发明在窦房结组织中具有奇异表达模式的新型SSS致病基因 。
图1 斑马鱼GBT4AA/dnajb6b突变体显示窦性停搏表型，其突变靶基因编码卵白定位于心脏传导系统
图2 小鼠Dnajb6卵白定位于窦房结组织，并与起搏器细胞特异性表达的HCN4卵白共定位，其基因敲除小鼠显示窦性停搏以及房室传导阻滞表型
为了进一步剖析Dnajb6基因突变导致SSS的病理心理特征，研究职员应用高区分率荧光光学映射（Optical Mapping）行动电位手艺对该Dnajb6基因敲除的小鼠杂合子突变体的窦房结心脏起搏器功效举行了详细的电心理学研究 。效果发明，与野生型比照相比，Dnajb6基因敲除小鼠具有显着心动过缓以及房室传导阻滞的表型；并且，其心率体现为更为显着的高度不规则性 。进一步研究发明，与野生型比照小鼠中其起搏器大多位于剖解学和功效上界说的窦房结组织区域内差别，Dnajb6基因敲除小鼠中的起搏器大大都漫衍于窦房结组织之外的隶属心房和房距离等区域（图3） 。这些电心理学的实验剖析效果提醒Dnajb6基因功效缺失突变可能导致位于窦房结组织中主导起搏器细胞受到一定水平的抑制所导致的 。
图3 Dnajb6基因敲除小鼠的起搏器较为疏散，多漫衍于窦房结组织之外的隶属心房和房距离等区域
研究职员进一步团结应用转录组测序、盘算机模拟以及窦房结组织抗体免疫荧光染色等手艺手段对Dnajb6基因突变导致SSS的分子作用机制举行了起源的研究探索 。首先，通过转录组测序发明107个在Dnajb6基因敲除小鼠右心房组织中差别表达的基因 。其中，钙调卵白、离子通道编码相关基因以及Wnt/β-Catenin信号通路相关卵白编码基因具有显着的富集 。与转录组测序效果一致的是，通过盘算机模拟剖析发明Dnajb6基因敲除小鼠窦房结中最大电导率的L型Ca2+电流（ICa,L）、Na+/Ca2+交流器的最大传输速率以及T型Ca2+电流的电导均发明显著异常 。研究职员继续通过抗体免疫荧光染色实验发明在野生型小鼠的窦房结组织中，Dnajb6 与 Tbx3 卵白的表达水平呈负相关关系（图4） 。对应的是，在Dnajb6基因敲除小鼠中Tbx3卵白的总体表达水平呈显著降低趋势 。这些效果提醒Dnajb6卵白对Tbx3卵白的表达可能具有抑制作用 �Ｋ剂康絋bx3是一个已知的决议起搏器细胞特异性的主要转录调理因子；同时，Tbx3又是Wnt/β-Catenin信号通路的一个主要转录元件；团结通过转录组测序发明Dnajb6基因敲除小鼠中钙调卵白和Wnt/β-Catenin信号通路相关卵白编码基因的差别表达等证据支持，研究职员设想：Dnajb6基因突变可能通过激活转录因子Tbx3的表达，进而滋扰了钙离子的动态平衡，从而导致窦房结自主调理机制异常的SSS致病机理 。
图4 小鼠窦房结组织中Dnajb6与Tbx3卵白的表达水平呈负相关关系
最后，为了追求DANJB6基因突变与人SSS的临床相关性证据，研究职员剖析了一个网络了6，469例SSS病例和1，000，187例比照组的全基因组关联剖析（GWAS）数据库[4] 。效果发明，有4个DNAJB6的变异位点与SSS具有统计学意义上的相关性（P<0.05） 。其中最显著的一个变异位点：rs754941044（P=0.0193）位于潜在的剪切受体区域 。因此，该剪切受体位点变异很可能对DNAJB6基因的正常功效具有显著影响 。这些人类遗传学的剖析效果起源提醒DNAJB6基因突变与人SSS的爆发具有潜在的相关性 。
综上所述，该研究通过团结斑马鱼和小鼠动物模子发明并验证了Dnajb6基因是一个新的病态窦房结综合征的致病基因；该研究起源剖析了Dnajb6基因可能通过调理转录因子Tbx3的表达来调控钙离子的动态平衡，从而抵达自主调理窦房结起搏器正常功效的潜在分子作用机制；本研究为应用斑马鱼正向遗传筛选从全基因组水平上系统性疏散发明更多的心脏节律疾病相关的新基因提供了一个可借鉴的思绪 。
该论文的通讯作者是来自美国梅奥医院的徐晓雷教授；第一作者是美国梅奥医院、青岛大学的丁永和教授 。上海交通大学新华医院的李毅刚教授，University of Wisconsin-Madison的 Alexey Glukhov 教授，和 University of California-Davis 的 Eleonora Grandi教授加入了此项研究 。
参考文献：
1. Dobrzynski H, Boyett MR and Anderson RH. New insights into pacemaker activity: promoting understanding of sick sinus syndrome. Circulation. 2007;115:1921-32.
2. Mond HG and Proclemer A. The 11th world survey of cardiac pacing and implantable cardioverter-defibrillators: calendar year 2009--a World Society of Arrhythmia's project. Pacing Clin Electrophysiol. 2011;34:1013-27.
3. Ichino N, Serres MR, Urban RM, Urban MD, Treichel AJ, Schaefbauer KJ, Greif LE, Varshney GK, Skuster KJ, McNulty MS, Daby CL, Wang Y, Liao HK, El-Rass S, Ding Y, Liu W, Anderson JL, Wishman MD, Sabharwal A, Schimmenti LA, Sivasubbu S, Balciunas D, Hammerschmidt M, Farber SA, Wen XY, Xu X, McGrail M, Essner JJ, Burgess SM, Clark KJ and Ekker SC. Building the vertebrate codex using the gene breaking protein trap library. Elife. 2020;9.
4. Thorolfsdottir RB, Sveinbjornsson G, Aegisdottir HM, Benonisdottir S, Stefansdottir L, Ivarsdottir EV, Halldorsson GH, Sigurdsson JK, Torp-Pedersen C, Weeke PE, Brunak S, Westergaard D, Pedersen OB, Sorensen E, Nielsen KR, Burgdorf KS, Banasik K, Brumpton B, Zhou W, Oddsson A, Tragante V, Hjorleifsson KE, Davidsson OB, Rajamani S, Jonsson S, Torfason B, Valgardsson AS, Thorgeirsson G, Frigge ML, Thorleifsson G, Norddahl GL, Helgadottir A, Gretarsdottir S, Sulem P, Jonsdottir I, Willer CJ, Hveem K, Bundgaard H, Ullum H, Arnar DO, Thorsteinsdottir U, Gudbjartsson DF, Holm H, Stefansson K and Consortium DG. Genetic insight into sick sinus syndrome. Eur Heart J. 2021;42:1959-1971.
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