Natriumkanalsplejsning i forsøg med hjertesvigt (SOCS-HEFT)

Videnskabelig baggrund og betydning

Introduktion:

Kongestiv hjertesvigt (CHF) repræsenterer et stort sundhedsproblem i USA. Det er blevet anslået, at cirka 5 millioner patienter i USA har CHF, og næsten 550.000 mennesker diagnosticeres med denne sygdom årligt.1 Det er kendt, at pludselig hjertedød forekommer hyppigere i forbindelse med strukturel hjertesygdom. Desuden er risikoen for pludselig hjertedød 6 til 9 gange større i hjertesvigtpopulationen, og hjertearytmier er måske den førende dødsårsag hos CHF-patienter. 2,3 I øjeblikket godkender både American College of Cardiology og American Heart Association placeringen af ​​interne cardioverter-defibrillatorer (ICD'er) hos patienter med iskæmisk kardiomyopati, rimelig forventet levetid og reduceret ejektionsfraktion under 40 % (klasse I, niveau af evidens A).4 Derudover anbefales placering af ICD'er til ikke-iskæmiske kardiomyopatipatienter, som opfylder tilsvarende krav med en ejektionsfraktion på mindre end 35 % (klasse I, evidensniveau B).4 På trods af disse anbefalinger til primær forebyggelse af pludselige død som følge af ICD-implantation, vil mere end halvdelen af ​​de patienter, der modtager en enhed, sandsynligvis ikke opleve en arytmisk hændelse, der nødvendiggør ICD-choklevering.3 ICD-enheder koster i gennemsnit $20-50.000 eksklusive drifts- og opfølgningsomkostninger. I øjeblikket er risikostratificering af pludselig hjertedød og behovet for ICD-placering i det væsentlige afhængig af vurdering af venstre ventrikulær ejektionsfraktion. Andre metoder, der anvendes til risikostratificering, er signalgennemsnitlig elektrokardiogram (EKG) og en anden elektrokardiografisk teknik kendt som T-bølge alternaner. Selvom disse metoder er godkendt af FDA ud fra risikoforudsigelse af hjertedød, er sådanne teknikker ikke almindeligt anvendt i USA givet udstyr og personaleomkostninger til at implementere dem. Alternativ test til risikovurdering for udvikling af pludselig hjertedød i hjertesvigtpopulationen er således ønskelig.

Rolle af natriumkanaler og SCN5A-genet:

Den hjertespændingsstyrede natriumkanal (Na+), SCN5A, er hovedkanalen, der genererer strøm til elektrisk udbredelse i hjertemusklen og er målet for mange antiarytmiske lægemidler. Defekt ekspression af den kardiale Na+-kanal resulterer i øget arytmisk risiko, hvilket fremgår af pludselig død i Brugada-syndromet.5 SCN5A-mutationer er også blevet impliceret i det nedarvede lang-QT-syndrom, hvilket kan resultere i udviklingen af ​​fatale dysrytmier som ventrikulær fibrillering og torsades de pointes.6 Derudover er mutationer i SCN5A-genet også blevet foreslået at eksistere og øge risikoen for lægemiddel-inducerede dysrytmier.7 Mange undersøgelser er blevet udført for at kaste lys over denne tetrodotoksin-ufølsomme natriumkanals rolle i sygdomstilstande. Det er blevet påvist, at muterede natriumkanaler i dilateret kardiomyopati kan fungere forskelligt afhængigt af den specifikke mutationstype af den vigtigste Na+-kanal alfa-underenhed.8 Specifikt har Nguyen et al påvist, at disse mutationer kan føre til ændringer i fysiologisk funktion såsom langsommere aktionspotentiale stigetid, øget sen natriumstrøm under steady state eller svækket inaktivering.8 Yderligere mutationer i SCN5A-genet er blevet forbundet med skift i spændingsafhængighed af Na+-kanalinaktivering hos patienter med idiopatisk ventrikulær fibrillation.9 Yderligere forskning har konkluderet, at nedsat inaktivering af sene natriumstrømme kan bidrage til forlængelse af aktionspotentialet.10 En anden SCN5A-genabnormitet, E161K-mutationen, har vist sig at føre til nedsat natriumstrømtæthed og et 11,9 mV positivt skift i cellemembranens halvmaksimale aktiveringspotentiale.11 Derfor kan mutationer af Na+-kanalen forårsage ændret kanaladfærd og arytmier.

Valdivia et al. påvist, at den maksimale natriumstrømtæthed er reduceret med 39 % i hundemodellen og ca. 57 % i eksplanterede svigtende menneskehjerter, selvom mekanismen er uklar.10 Selvom vores forståelse af elektrofysiologiske ændringer i hjertesvigt og deres forhold til arytmogenese forbliver uklar, kan det udledes, at forstyrrelser i natriumhåndtering - og måske øget intracellulært natrium - også kan resultere i ændring i calciumhomeostase via virkning af Na+/Ca2+-veksleren. 12,13 Samlet set vil sådanne ændringer i INa sandsynligvis bidrage væsentligt til arytmi i tilfælde af svigtende myokardium.

På genomniveau har forskningen fokuseret på SCN5A-genmutationers rolle i arytmogenese.8,9,14-16 Ikke desto mindre har vi for nylig beskrevet erhvervede defekter i Na+ kanal messenger RNA (mRNA), der resulterer i reduceret Na+ strøm og kun forekommer i hjertesvigt. Tre 3'-terminale SCN5A mRNA-splejsningsvarianter blev identificeret og karakteriseret i svigtende humane hjerteventrikler. Disse splejsningsvarianter blev forudsagt at resultere i translationen af ​​ikke-funktionelle natriumionkanaler, der mangler en passende domæne IV-poreregion. Disse tre splejsningsvarianter for det ikke-funktionelle natriumkanalgenprodukt blev betegnet E28B, E28C og E28D. Relative niveauer af fuldlængde-mRNA-isoformen, E28A, blev reduceret med 24,7 % hos patienter med CHF sammenlignet med kontrol. Derudover blev to trunkerede versioner af genproduktet øget hos patienter med hjertesvigt, hvilket afspejler en erhvervet genetisk abnormitet i produktionen af ​​SCN5A-genet ved hjertesvigt. På samme tid blev E28C- og E28D-mRNA-overflod øget henholdsvis 14,2 og 3,8 gange hos CHF-patienter sammenlignet med kontroller. For at bekræfte, at trunkeringsvarianter kunne bidrage til arytmisk risiko, blev en genmål-musemodel skabt med en nonsens-mutation ved exon 28. Den elektrofysiologiske virkning af tilstedeværelsen af ​​denne gentrunkering blev også undersøgt. Det viste sig, at aktionspotentialets stigningshastighed blev reduceret (p=0,02, n=11), og aktionspotentiale-amplituden blev reduceret fra 76 ± 1,4 mV til 52 ± 0,6 mV (p≤0,01, n=11). Integreret effekt af denne trunkering blev undersøgt ved at undersøge bipolære feltpotentialer (FP) af kardiomyocytter på mikroelektrode-arrays.17 En 70,5 % reduktion (p<0,05) fra -1126 ± 314 μV (n=6) i WT til 332 ± 174 mikroV (n=7) i FP-amplitude blev observeret. Yderligere målinger udført ved denne metode afslørede en forsinkelse i FP-stigning og langsommere ledningshastighed i mutantcellerne i forhold til normale kontroller, hvilket tyder på, at trunkeringsmutanterne kunne forårsage elektriske abnormiteter, der er alvorlige nok til at bidrage til arytmisk risiko. Vi viste også, at lymfocytter behandler natriumkanaler på samme måde som kardiomyocytter. Lymfocyt SCN5A mRNA-behandling kan således tjene som en surrogatmarkør til at vurdere SCN5A på hjerteniveau og kan korrelere med arytmisk risiko i højrisikopopulationer. Denne undersøgelse vil vurdere denne påstand.

Specifikke mål/mål:

Forskningsmål 1:

For at bestemme mængden af ​​SCN5A mRNA-splejsningsvarianter hos patienter med CHF og baseline ejektionsfraktioner på mindre end 35 % i forhold til normale kontroller i lignende aldersgrupper.

Forskningsmål 2:

At sammenligne mængden af ​​SCN5A mRNA-splejsningsvarianter hos patienter med ICD-enheder, som har og ikke har oplevet ICD-chokterapi.

Forskningsresultater:

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

Nøgleforskningspersonale:

Principal investigator for denne undersøgelse vil være Dr. Samuel Dudley, MD, PhD. Dr. Dudley er chef for sektionen for kardiologi ved University of Illinois i Chicago. Han er professor i medicin og publiceret forfatter inden for kardiovaskulær medicin og fysiologi.

Forskningsmetoder:

Studere design:

Forskningsmål 1: Vi vil korrelere mængden af ​​hvide celle Na+ kanal splejsningsvarianter med ejektionsfraktion hos patienter med en uden hjertesvigt.

Forskningsmål 2: Vi vil korrelere mængden af ​​hvide celle Na+-kanalsplejsningsvarianter med antallet af passende ICD-chok hos patienter med ICD'er på plads.

Undersøgelsesinterventioner:

Denne undersøgelse kræver ingen ændring i plejestandarden. Alle undersøgelsesdeltagere vil blive udsat for flebotomi på tidspunktet for tilmeldingen.

Prøveindsamling og -behandling:

Omkring 15 ML blod vil blive udtaget fra undersøgelsesdeltagere fra University of Illinois i Chicago (UIC) eller Jesse Brown Veterans Affairs Medical Center (JBVAMC), som har givet informeret samtykke til flebotomi og undersøgelsesdeltagelse. Prøver vil blive leveret øjeblikkeligt af undersøgelsespersonale (koordinator, CO-PI osv.) til Dr. Dudleys (PI) laboratorium i værelse 1133 i Clinical Sciences Building (CSB) til behandling inden for 2 timer efter indsamling. Niveauer af mRNA vil blive målt, og noget af den behandlede prøve kan opbevares i en -80°F fryser i det samme laboratorium i op til 7 år. Prøver vil IKKE blive opbevaret eller behandlet på JBVAMC eller nogen anden facilitet.

Statistiske overvejelser:

Forholdet mellem Na+-kanal mRNA-varianter vil blive sammenlignet i forsøgspersoner med og uden hjertesvigt og i forsøgspersoner med og uden ICD-hændelser. Det primære endepunkt vil være en sammenligning af mRNA-variantoverflod. Afhængige variabler vil omfatte hjertesvigt for mål 1 og antallet af stød i mål 2. Antallet af patienters behov for hvert mål bestemmes af testens varians, den forventede gennemsnitlige forskel og en vis overvejelse af antallet af kovariater, der skal bruge. at analysere i regressionsanalysen. Tidligere viste vi, at den mindst følsomme foranstaltning var en reduktion i E28A-mængden med 24 %. Hvis vi antager, at den samme procentvise reduktion vil ske i mål 1 og 2, så ville vi have brug for omkring 45 patienter i hver gruppe for at have en 90 % kraft til at opdage denne forskel, idet vi antager en tabsrate på 10 % på grund af tekniske fejl i analyserne . Derfor ville vi have brug for i alt 180 patienter til det samlede forsøg, 45 med hjertesvigt, 45 kontroller, 45 ICD-patienter med hændelser og 45 patienter uden hændelser.

Baseline data vil blive udtrykt som middel ± standardafvigelse (SD) for kontinuerte variable og frekvenser for kategoriske variable. Forskelle i baseline karakteristika mellem grupperne vil blive undersøgt ved brug af Fisher exact og Mann-Whitney test for henholdsvis kategoriske og kontinuerte variable. Fordi antallet af registrerede ICD-hændelser er en funktion af observationstiden, vil Poisson-regression blive brugt til at modellere ethvert forhold. I denne model antages antallet af observerede ICD-hændelser at være fordelt efter en Poisson-fordeling. Det vil sige, at for en given tidsperiode er sandsynligheden for, at et vist antal hændelser har fundet sted, en funktion af hændelseshastigheden ganget med observationens varighed. For at estimere virkningerne af mRNA-varianter på hastigheden af ​​hændelsesforekomst, antages det, at hændelseshastigheden er log-lineær i forhold til forudsigelserne af interesse. Løsning af denne ligning giver rateforhold, der sammenligner hastigheden af ​​hændelsesforekomst hos forsøgspersoner med og uden ICD-hændelser. Flere udtryk for mRNA-variantoverflod vil blive overvejet, såsom den relative overflod af hver variant individuelt, overflod af den individuelle variant som funktion af det totale Na+-kanal-mRNA og forholdet mellem trunkeringerne og Na+-kanalen i fuld længde. mRNA. Regressionskoefficienten vil blive estimeret for forholdet mellem den afhængige variabel, ICD-hændelser og de uafhængige variabler som loggen for rateratio-estimaterne. Statistisk signifikans vil blive bestemt ved brug af likelihood ratio-testen. En p-værdi på 0,05 eller mindre vil blive anset for at være statistisk signifikant. Resultater vil blive rapporteret som risikoforholdet og dets tilhørende 95 % konfidensinterval. For at udvælge variabler, der skal inkluderes i modellen, vil vi overveje konservativt de variable med en forskellig fordeling mellem de to grupper ved en p<0,20. Muligheden for multikolinearitet vil blive vurderet. Lineære og ikke-lineære udtryk vil blive overvejet. Normaliteten af ​​de variable fordelinger vil blive testet ved et normalt sandsynlighedsplot og ved en Shapiro-Wilk test. Mens regression er ret tolerant over for krænkelser i denne henseende, vil transformationer blive undersøgt efter behov. Homoscedasticitet vil blive evalueret ved plot af residualer versus forudsagte værdier. Diskrimination af modellen vil blive evalueret af et samlet C-indeks og valideret ved bootstrap-metoder.

Forventede resultater og faldgruber:

Vi forventer ingen komplikationer i forbindelse med indsamling af blodprøver, analyse af mRNA-varianter eller udførelse af statistik. Ikke desto mindre er den største begrænsning for dette forsøg dens retrospektive karakter. Ikke desto mindre vil disse data være nyttige i udformningen af ​​fremtidige prospektive forsøg.