Spojení sodíkových kanálů ve zkoušce srdečního selhání (SOCS-HEFT)

Vědecké pozadí a význam

Úvod:

Městnavé srdeční selhání (CHF) představuje hlavní problém zdravotní péče ve Spojených státech. Odhaduje se, že přibližně 5 milionů pacientů v USA má CHF a téměř 550 000 lidem je ročně diagnostikováno toto onemocnění.1 Je známo, že náhlá srdeční smrt nastává častěji při strukturálním onemocnění srdce. Kromě toho je riziko náhlé srdeční smrti 6 až 9krát vyšší u populace se srdečním selháním a srdeční arytmie jsou možná hlavní příčinou úmrtí u pacientů s CHF. 2,3 V současné době American College of Cardiology i American Heart Association schvalují umístění interních kardioverter-defibrilátorů (ICD) u pacientů s ischemickou kardiomyopatií, přiměřenou délkou života a sníženou ejekční frakcí pod 40 % (třída I, úroveň důkaz A).4 Navíc se umístění ICD doporučuje u pacientů s neischemickou kardiomyopatií, kteří splňují podobné požadavky s ejekční frakcí nižší než 35 % (třída I, úroveň důkazu B).4 Navzdory těmto doporučením pro primární prevenci náhlých úmrtí v důsledku implantace ICD, více než polovina pacientů, kteří dostávají zařízení, pravděpodobně nezaznamená arytmickou událost, která by vyžadovala aplikaci výboje ICD.3 Zařízení ICD v průměru stojí 20–50 000 USD bez provozních a následných nákladů. V současné době je stratifikace rizika náhlé srdeční smrti a potřeba umístění ICD v podstatě závislá na hodnocení ejekční frakce levé komory. Dalšími metodami používanými pro stratifikaci rizika jsou signálový průměrný elektrokardiogram (EKG) a další elektrokardiografická technika známá jako alternace T-vlny. Ačkoli jsou tyto metody schváleny FDA na základě predikce rizika srdeční smrti, nejsou takové techniky v USA široce používány vzhledem k vybavení a personálním nákladům na jejich implementaci. Je tedy žádoucí alternativní testování pro hodnocení rizika rozvoje náhlé srdeční smrti u populace se srdečním selháním.

Role sodíkových kanálů a genu SCN5A:

Srdeční napěťově řízený sodný (Na+) kanál, SCN5A, je hlavním kanálem generujícím proud pro elektrické šíření v srdečním svalu a je cílem mnoha antiarytmických léků. Defektní exprese srdečního Na+ kanálu vede ke zvýšenému arytmickému riziku, o čemž svědčí náhlá smrt u Brugadova syndromu.5 Mutace SCN5A se také účastní dědičného syndromu dlouhého QT intervalu, který může vést k rozvoji fatálních dysrytmií, jako je ventrikulární fibrilace a torsades de pointes.6 Kromě toho se také předpokládá, že existují mutace v genu SCN5A a zvyšují riziko dysrytmií vyvolaných léky.7 Bylo provedeno mnoho studií s cílem objasnit roli tohoto sodíkového kanálu necitlivého na tetrodotoxin v chorobných stavech. Bylo prokázáno, že mutované sodíkové kanály u dilatační kardiomyopatie mohou fungovat odlišně v závislosti na specifickém typu mutace hlavní alfa-podjednotky Na+ kanálu.8 Konkrétně Nguyen et al prokázali, že tyto mutace mohou vést ke změnám fyziologické funkce, jako je pomalejší čas nárůstu akčního potenciálu, zvýšený pozdní sodíkový proud během ustáleného stavu nebo zhoršená inaktivace.8 Další mutace v genu SCN5A byly spojeny s posuny v napěťové závislosti inaktivace Na+ kanálu u pacientů s idiopatickou fibrilací komor.9 Další výzkum dospěl k závěru, že snížená inaktivace pozdních sodíkových proudů může přispět k prodloužení akčního potenciálu.10 Ukázalo se, že odlišná abnormalita genu SCN5A, mutace E161K, vede ke snížení hustoty sodíkového proudu a 11,9 mV pozitivnímu posunu v polovičním maximálním aktivačním potenciálu buněčné membrány.11 Mutace kanálu Na+ proto mohou způsobit změněné chování kanálu a arytmie.

Valdivia a kol. prokázali, že maximální hustota sodíkového proudu je snížena o 39 % u psího modelu a přibližně o 57 % u explantovaných selhávajících lidských srdcí, ačkoli mechanismus není jasný.10 I když naše chápání elektrofyziologických změn při srdečním selhání a jejich vztahu k arytmogenezi zůstává nejasné, lze odvodit, že narušení manipulace se sodíkem – a možná zvýšení intracelulárního sodíku – může také vést ke změně homeostázy vápníku působením výměníku Na+/Ca2+. 12,13 Celkově takové změny INa pravděpodobně významně přispějí k arytmii při selhávání myokardu.

Na úrovni genomu se výzkum zaměřil na roli mutací genu SCN5A v arytmogenezi.8,9,14-16 Nicméně nedávno jsme popsali získané defekty v Na+ channel messenger RNA (mRNA), které vedou ke snížení proudu Na+ a vyskytují se pouze u selhávajících srdcí. Byly identifikovány a charakterizovány tři 3'-koncové varianty sestřihu mRNA SCN5A v selhávajících lidských srdečních komorách. Bylo předpovězeno, že tyto sestřihové varianty povedou k translaci nefunkčních sodíkových iontových kanálů, které postrádají vhodnou oblast pórů domény IV. Tyto tři sestřihové varianty pro produkt genu nefunkčního sodíkového kanálu byly označeny E28B, E28C a E28D. Relativní hladiny úplné izoformy mRNA, E28A, byly sníženy o 24,7 % u pacientů s CHF ve srovnání s kontrolou. Kromě toho byly u pacientů se srdečním selháním zvýšeny dvě zkrácené verze genového produktu, což odráží získanou genetickou abnormalitu v produkci genu SCN5A při srdečním selhání. Ve stejnou dobu se abundance mRNA E28C a E28D zvýšily 14,2krát a 3,8krát u pacientů s CHF ve srovnání s kontrolami. Aby se potvrdilo, že varianty zkrácení by mohly přispívat k arytmickému riziku, byl vytvořen myší model genového cíle s nesmyslnou mutací na exonu 28. Byl také zkoumán elektrofyziologický efekt přítomnosti tohoto zkrácení genu. Bylo zjištěno, že míra nárůstu akčního potenciálu byla snížena (p=0,02, n=11) a amplituda akčního potenciálu byla snížena ze 76 ± 1,4 mV na 52 ± 0,6 mV (p≤0,01, n=11). Integrovaný účinek tohoto zkrácení byl studován zkoumáním potenciálů bipolárního pole (FP) kardiomyocytů na mikroelektrodových polích.17 Bylo pozorováno 70,5% snížení (p<0,05) z -1126 ± 314 μV (n=6) ve WT na 332 ± 174 mikroV (n=7) v amplitudě FP. Další měření provedená touto metodou odhalila zpoždění ve vzestupu FP a zpomalenou rychlost vedení v mutantních buňkách oproti normálním kontrolám, což naznačuje, že zkrácené mutanty by mohly způsobit elektrické abnormality natolik závažné, že přispívají k arytmickému riziku. Také jsme ukázali, že lymfocyty zpracovávají sodíkové kanály podobně jako kardiomyocyty. Zpracování mRNA lymfocytů SCN5A tedy může sloužit jako náhradní marker pro hodnocení SCN5A na srdeční úrovni a může korelovat s arytmickým rizikem u vysoce rizikových populací. Tato studie toto tvrzení posoudí.

Konkrétní cíle/cíle:

Cíl výzkumu 1:

Stanovit množství variant sestřihu mRNA SCN5A u pacientů s CHF a výchozí ejekční frakcí nižší než 35 % oproti normálním kontrolám podobných věkových skupin.

Cíl výzkumu 2:

Porovnat množství variant sestřihu mRNA SCN5A u pacientů s ICD zařízeními, kteří mají a nezažili šokovou terapii ICD.

Výkonnostní stránky výzkumu:

University of Illinois Medical Center a Jesse Brown VA Medical Center.

Klíčový výzkumný personál:

Hlavním řešitelem této studie bude Dr. Samuel Dudley, MD, PhD. Dr. Dudley je vedoucím sekce kardiologie na University of Illinois v Chicagu. Je profesorem medicíny a publikovaným autorem v oboru kardiovaskulární medicíny a fyziologie.

Metody výzkumu:

Studovat design:

Cíl výzkumu 1: Budeme korelovat množství variant sestřihu bílých krvinek Na+ kanál s ejekční frakcí u pacientů bez srdečního selhání.

Výzkumný cíl 2: Budeme korelovat množství variant sestřihu bílých krvinek Na+ kanálu s počtem vhodných ICD šoků u pacientů se zavedenými ICD.

Studijní intervence:

Tato studie nevyžaduje žádnou změnu ve standardu péče. Všichni účastníci studie budou v době zápisu podrobeni flebotomii.

Sběr a zpracování vzorků:

Asi 15 ml krve bude odebráno účastníkům studie z University of Illinois v Chicagu (UIC) nebo Jesse Brown Veterans Affairs Medical Center (JBVAMC), kteří dali informovaný souhlas s flebotomií a účastí ve studii. Vzorky budou okamžitě doručeny studijním personálem (koordinátor, CO-PI atd.) do laboratoře Dr. Dudleyho (PI) v místnosti 1133 v budově klinických věd (CSB) ke zpracování do 2 hodin od odběru. Hladiny mRNA budou měřeny a některé ze zpracovaných vzorků mohou být skladovány v -80° F mrazáku ve stejné laboratoři po dobu až 7 let. Vzorky NEBUDOU skladovány ani zpracovávány v JBVAMC ani v žádném jiném zařízení.

Statistická hlediska:

Vztah abundance variant mRNA Na+ kanálu bude porovnán u subjektů se srdečním selháním a bez něj au subjektů s příhodami ICD a bez nich. Primárním koncovým bodem bude srovnání množství variant mRNA. Závislé proměnné budou zahrnovat srdeční selhání pro cíl 1 a počet výbojů v cíli 2. Počet pacientů potřebných pro každý cíl je určen rozptylem testu, průměrným očekávaným rozdílem a určitým zvážením počtu kovariát, které budou potřebovat analyzovat v regresní analýze. Dříve jsme ukázali, že nejméně citlivým opatřením bylo snížení četnosti E28A o 24 %. Pokud předpokládáme, že ke stejnému procentuálnímu snížení dojde v cílech 1 a 2, pak bychom potřebovali asi 45 pacientů v každé skupině, abychom měli 90% sílu k detekci tohoto rozdílu, za předpokladu 10% ztráty způsobené technickými chybami v testech. . Proto bychom pro celkovou studii potřebovali celkem 180 pacientů, 45 se srdečním selháním, 45 kontrol, 45 pacientů s ICD s příhodami a 45 pacientů bez příhod.

Výchozí data budou vyjádřena jako průměr ± standardní odchylka (SD) pro spojité proměnné a frekvence pro kategorické proměnné. Rozdíly ve výchozích charakteristikách mezi skupinami budou zkoumány pomocí Fisherova exaktního a Mann-Whitneyho testu pro kategorické a spojité proměnné. Protože počet zaznamenaných událostí ICD je funkcí doby pozorování, bude k modelování jakéhokoli vztahu použita Poissonova regrese. V tomto modelu se předpokládá, že počet pozorovaných událostí ICD je distribuován podle Poissonova rozdělení. To znamená, že pro dané časové období je pravděpodobnost, že došlo k určitému počtu událostí, funkcí četnosti událostí vynásobené délkou pozorování. Aby bylo možné odhadnout účinky variant mRNA na rychlost výskytu události, předpokládá se, že četnost události je logaritmicky lineární s ohledem na sledované prediktory. Řešení této rovnice poskytuje poměry četnosti srovnávající četnost výskytu událostí u subjektů s událostmi ICD a bez nich. Bude uvažováno více expresí pro množství variant mRNA, jako je relativní množství každé varianty jednotlivě, množství jednotlivé varianty jako funkce celkové mRNA Na+ kanálu a poměr zkrácení k úplnému Na+ kanálu mRNA. Regresní koeficient bude odhadnut pro vztah mezi závislou proměnnou, událostmi ICD a nezávislými proměnnými jako logaritmus odhadů poměru rychlosti. Statistická významnost bude stanovena pomocí testu poměru pravděpodobnosti. P-hodnota 0,05 nebo méně bude považována za statisticky významnou. Výsledky budou uvedeny jako poměr rizika a související 95% interval spolehlivosti. Abychom vybrali proměnné, které budou zahrnuty do modelu, budeme konzervativně uvažovat ty proměnné s odlišnou distribucí mezi dvěma skupinami při p<0,20. Bude hodnocena možnost multikolinearity. Budou uvažovány lineární a nelineární členy. Normálnost rozdělení proměnných bude testována normálním pravděpodobnostním grafem a Shapiro-Wilkovým testem. Zatímco regrese je v tomto ohledu poměrně tolerantní k porušením, transformace budou v případě potřeby zkoumány. Homoscedasticita bude hodnocena grafem reziduí versus predikované hodnoty. Diskriminace modelu bude hodnocena celkovým C indexem a validována bootstrapovými metodami.

Očekávané výsledky a úskalí:

Nepředpokládáme žádné komplikace se získáváním vzorků krve, analýzou variant mRNA nebo prováděním statistik. Nicméně hlavním omezením této studie je její retrospektivní povaha. Nicméně tato data budou užitečná při navrhování budoucích prospektivních studií.