Natriumkanavan silmukointi sydämen vajaatoimintatutkimuksessa (SOCS-HEFT)

Tieteellinen tausta ja merkitys

Esittely:

Congestive sydämen vajaatoiminta (CHF) on suuri terveydenhuollon huolenaihe Yhdysvalloissa. On arvioitu, että noin 5 miljoonalla potilaalla Yhdysvalloissa on CHF, ja lähes 550 000 ihmisellä diagnosoidaan tämä sairaus vuosittain.1 Tiedetään, että äkillistä sydänkuolemaa esiintyy useammin rakenteellisen sydänsairauden taustalla. Lisäksi äkillisen sydänkuoleman riski on 6–9 kertaa suurempi sydämen vajaatoimintapopulaatiossa, ja sydämen rytmihäiriöt ovat ehkä yleisin kuolinsyy CHF-potilailla. 2,3 Tällä hetkellä sekä American College of Cardiology että American Heart Association tukevat sisäisten kardioverteri-defibrillaattorien (ICD) sijoittamista potilaille, joilla on iskeeminen kardiomyopatia, kohtuullinen elinajanodote ja alentunut ejektiofraktio alle 40 % (luokka I, taso todiste A).4 Lisäksi ICD:n asettamista suositellaan ei-iskeemisestä kardiomyopatiasta kärsiville potilaille, jotka täyttävät samanlaiset vaatimukset ja ejektiofraktio on alle 35 % (luokka I, todisteiden taso B).4 Näistä äkillisten sairauksien primaarisen ehkäisyn suosituksista huolimatta ICD-istutuksen aiheuttama kuolema, yli puolet laitetta saavista potilaista ei todennäköisesti koe rytmihäiriöitä, jotka edellyttävät ICD-shokin antamista.3 ICD-laitteet maksavat keskimäärin 20–50 000 dollaria ilman käyttö- ja seurantakuluja. Tällä hetkellä äkillisen sydänkuoleman riskikerrostuminen ja ICD-sijoituksen tarve riippuu olennaisesti vasemman kammion ejektiofraktion arvioinnista. Muita riskin kerrostamiseen käytettyjä menetelmiä ovat signaalin keskiarvoinen elektrokardiogrammi (EKG) ja toinen elektrokardiografinen tekniikka, joka tunnetaan nimellä T-aallon alternans. Vaikka nämä menetelmät ovat FDA:n hyväksymiä sydänkuoleman riskien ennustamisessa, tällaisia ​​tekniikoita ei käytetä laajalti Yhdysvalloissa, koska niiden toteuttamiseen liittyvät laitteet ja henkilöstökustannukset. Siten vaihtoehtoinen testaus sydämen äkillisen kuoleman kehittymisen riskin arvioimiseksi sydämen vajaatoimintapopulaatiossa on toivottavaa.

Natriumkanavien ja SCN5A-geenin rooli:

Sydämen jänniteohjattu natrium (Na+) -kanava, SCN5A, on tärkein sähkövirtaa tuottava kanava sydänlihaksessa ja se on monien rytmihäiriölääkkeiden kohteena. Sydämen Na+-kanavan puutteellinen ilmentyminen johtaa lisääntyneeseen rytmihäiriöriskiin, mikä on osoituksena äkillisestä kuolemasta Brugadan oireyhtymässä. SCN5A-mutaatiot on myös liitetty perinnölliseen pitkän QT-oireyhtymään, joka voi johtaa kuolemaan johtavien rytmihäiriöiden, kuten kammiovärinän ja torsades de pointesin, kehittymiseen. Lisäksi SCN5A-geenin mutaatioiden on myös ehdotettu olevan olemassa ja ne lisäävät lääkkeiden aiheuttamien rytmihäiriöiden riskiä. Tämän tetrodotoksiinille epäherkän natriumkanavan roolia sairaustiloissa on tehty monia tutkimuksia. On osoitettu, että mutatoidut natriumkanavat laajentuneessa kardiomyopatiassa voivat toimia eri tavalla riippuen pääasiallisen Na+-kanavan alfa-alayksikön spesifisestä mutaatiotyypistä. Erityisesti Nguyen ym. ovat osoittaneet, että nämä mutaatiot voivat johtaa muutoksiin fysiologisessa toiminnassa, kuten hitaampiin toimintapotentiaaliin nousuaikaan, lisääntyneeseen myöhäiseen natriumvirtaan vakaan tilan aikana tai heikentyneeseen inaktivaatioon. Muita mutaatioita SCN5A-geenissä on yhdistetty Na+-kanavan inaktivaation jänniteriippuvuuden muutoksiin potilailla, joilla on idiopaattinen kammiovärinä. Lisätutkimukset ovat tulleet siihen tulokseen, että myöhäisten natriumvirtojen vähentynyt inaktivoituminen voi edistää toimintapotentiaalin pidentymistä.10 Erilaisen SCN5A-geenin poikkeavuuden, E161K-mutaation, on osoitettu johtavan natriumvirran tiheyden vähenemiseen ja 11,9 mV:n positiiviseen siirtymään solukalvon puoleen maksimiaktivaatiopotentiaaliin. Siksi Na+-kanavan mutaatiot voivat aiheuttaa muuttunutta kanavan käyttäytymistä ja rytmihäiriöitä.

Valdivia et ai. osoitti, että natriumin huippuvirrantiheys pienenee 39 % koiramallissa ja noin 57 % eksplantoiduissa vaurioituneissa ihmissydämissä, vaikka mekanismi on epäselvä. Vaikka ymmärryksemme sydämen vajaatoiminnan sähköfysiologisista muutoksista ja niiden suhteesta rytmihäiriöiden muodostukseen on edelleen epäselvä, voidaan päätellä, että natriumin käsittelyhäiriöt - ja ehkä lisääntynyt solunsisäinen natrium - voivat myös johtaa kalsiumin homeostaasin muutoksiin Na+/Ca2+-vaihtimen vaikutuksesta. 12,13 Kaiken kaikkiaan tällaiset muutokset INa:ssa edistävät todennäköisesti merkittävästi rytmihäiriöitä sydänlihaksen vajaatoiminnan yhteydessä.

Genomitasolla tutkimus on keskittynyt SCN5A-geenimutaatioiden rooliin rytmihäiriöiden muodostuksessa.8,9,14-16 Siitä huolimatta olemme äskettäin kuvanneet Na+-kanavan lähetti-RNA:ssa (mRNA) hankittuja vikoja, jotka johtavat vähentyneeseen Na+-virtaan ja joita esiintyy vain vajaatoiminnassa. Kolme 3'-terminaalista SCN5A-mRNA:n silmukointivarianttia tunnistettiin ja karakterisoitiin ihmisen sydämen kammioiden vajaatoiminnassa. Näiden silmukointivarianttien ennustettiin johtavan ei-funktionaalisten natriumionikanavien translaatioon, joista puuttuu sopiva domeeni IV -huokosalue. Nämä kolme ei-funktionaalisen natriumkanavageenituotteen silmukointivarianttia nimettiin E28B:ksi, E28C:ksi ja E28D:ksi. Täyspitkän mRNA-isoformin E28A suhteelliset tasot laskivat 24,7 % CHF-potilailla verrattuna kontrolliin. Lisäksi geenituotteen kaksi typistettyä versiota lisääntyivät sydämen vajaatoimintapotilailla, mikä heijastaa hankittua geneettistä poikkeavuutta SCN5A-geenin tuotannossa sydämen vajaatoiminnassa. Samanaikaisesti E28C- ja E28D-mRNA-määrät lisääntyivät 14,2-kertaisesti ja E28D-mRNA-määrät 3,8-kertaisiksi CHF-potilailla verrokkeihin verrattuna. Sen varmistamiseksi, että katkaisumuunnokset voisivat myötävaikuttaa rytmihäiriöriskiin, luotiin geenikohdehiirimalli, jossa oli nonsense-mutaatio eksonissa 28. Tämän geenin katkaisun läsnäolon elektrofysiologinen vaikutus tutkittiin myös. Todettiin, että toimintapotentiaalin nousunopeus pieneni (p=0,02, n=11), ja toimintapotentiaalin amplitudi pieneni 76 ± 1,4 mV:sta 52 ± 0,6 mV:iin (p≤0,01, n = 11). Tämän katkaisun integroitua vaikutusta tutkittiin tutkimalla kardiomyosyyttien bipolaarisia kenttäpotentiaalia (FP) mikroelektrodiryhmissä.17 Havaittiin 70,5 %:n lasku (p<0,05) -1126 ± 314 μV:sta (n=6) WT:ssä arvoon 332 ± 174 mikrovoltiin (n=7) FP-amplitudissa. Tällä menetelmällä tehdyt lisämittaukset paljastivat viiveen FP:n nousussa ja hidastetun johtamisnopeuden mutanttisoluissa verrattuna normaaleihin kontrolleihin, mikä viittaa siihen, että katkaisumutantit saattoivat aiheuttaa tarpeeksi vakavia sähköisiä poikkeavuuksia edistääkseen rytmihäiriöriskiä. Lisäksi osoitimme, että lymfosyytit prosessoivat natriumkanavia samalla tavalla kuin kardiomyosyytit. Siten lymfosyyttien SCN5A-mRNA:n prosessointi voi toimia korvikemarkkerina arvioitaessa SCN5A:ta sydämen tasolla ja voi korreloida rytmihäiriöriskin kanssa korkean riskin populaatioissa. Tämä tutkimus arvioi tätä väitettä.

Erityiset tavoitteet/tavoitteet:

Tutkimustavoite 1:

SCN5A:n mRNA:n silmukointivarianttien runsauden määrittämiseksi potilailla, joilla on CHF ja lähtötilanteen ejektiofraktiot ovat alle 35 % verrattuna saman ikäisten ryhmien normaaleihin kontrolleihin.

Tutkimustavoite 2:

SCN5A mRNA:n silmukointivarianttien runsauden vertaaminen potilailla, joilla on ICD-laitteita ja jotka ovat saaneet ICD-sokkihoitoa tai eivät ole saaneet sitä.

Suorituskykytutkimuksen sivustot:

Illinoisin yliopiston lääketieteellinen keskus ja Jesse Brown VA Medical Center.

Avainhenkilöt:

Tämän tutkimuksen päätutkija on Dr. Samuel Dudley, MD, PhD. Dr. Dudley on kardiologian osaston päällikkö Illinoisin yliopistossa Chicagossa. Hän on lääketieteen professori ja julkaistu kirjailija kardiovaskulaarisen lääketieteen ja fysiologian alalla.

Tutkimusmenetelmät:

Opintojen suunnittelu:

Tutkimustavoite 1: Korreloimme valkosolujen Na+-kanavan silmukointivarianttien määrää ejektiofraktion kanssa potilailla, joilla ei ole sydämen vajaatoimintaa.

Tutkimustavoite 2: Korreloimme valkosolujen Na+-kanavan silmukointivarianttien määrää sopivien ICD-sokkien määrään potilailla, joilla on ICD:t paikallaan.

Tutkimusinterventiot:

Tämä tutkimus ei vaadi muutosta hoidon tasoon. Kaikille tutkimukseen osallistuneille tehdään flebotomia ilmoittautumisen yhteydessä.

Näytteiden kerääminen ja käsittely:

Noin 15 ml verta otetaan tutkimukseen osallistuneilta Illinoisin yliopistosta Chicagosta (UIC) tai Jesse Brown Veterans Affairs Medical Centeristä (JBVAMC), jotka ovat antaneet tietoisen suostumuksen flebotomiaan ja tutkimukseen osallistumiseen. Tutkimushenkilöstö (koordinaattori, CO-PI jne.) toimittaa näytteet välittömästi tohtori Dudleyn (PI) laboratorioon Clinical Sciences Buildingin (CSB) huoneessa 1133 käsiteltäväksi 2 tunnin kuluessa keräämisestä. mRNA:n tasot mitataan ja osa käsitellystä näytteestä voidaan säilyttää -80 °F:n pakastimessa samassa laboratoriossa jopa 7 vuotta. Näytteitä EI säilytetä tai käsitellä JBVAMC:ssä tai missään muussa laitoksessa.

Tilastollisia huomioita:

Na+-kanavan mRNA-varianttien runsauden suhdetta verrataan koehenkilöillä, joilla on sydämen vajaatoiminta ja joilla ei ole sydämen vajaatoimintaa, sekä henkilöillä, joilla on ICD-tapahtumia ja ilman niitä. Ensisijainen päätepiste on mRNA-varianttien runsauden vertailu. Riippuvaisia ​​muuttujia ovat sydämen vajaatoiminta tavoitteessa 1 ja sokkien määrä tavoitteessa 2. Potilaiden lukumäärä kuhunkin tarkoitukseen määräytyy testin varianssin, odotetun keskimääräisen eron ja tarvittavien yhteismuuttujien lukumäärän perusteella. analysoidaan regressioanalyysissä. Aiemmin osoitimme, että vähiten herkkä toimenpide oli E28A:n määrän väheneminen 24 %. Jos oletetaan, että sama prosentuaalinen vähennys tapahtuu tavoitteissa 1 ja 2, tarvitsisimme noin 45 potilasta kussakin ryhmässä, jotta heillä olisi 90 %:n kyky havaita tämä ero, olettaen 10 %:n häviöprosentin, joka johtuu määritysten teknisistä virheistä. . Siksi tarvitsisimme yhteensä 180 potilasta koko tutkimukseen, 45 sydämen vajaatoimintaa sairastavaa, 45 kontrollia, 45 ICD-potilasta, joilla on tapahtumia, ja 45 potilasta ilman tapahtumia.

Perustiedot ilmaistaan ​​jatkuvien muuttujien keskiarvona ± keskihajonta (SD) ja kategoristen muuttujien taajuudet. Erot lähtötilanteen ominaisuuksissa ryhmien välillä tutkitaan käyttämällä Fisherin tarkkaa ja Mann-Whitneyn testejä kategorisille ja jatkuville muuttujille, vastaavasti. Koska tallennettujen ICD-tapahtumien määrä on havaintoajan funktio, Poisson-regressiota käytetään minkä tahansa suhteen mallintamiseen. Tässä mallissa havaittujen ICD-tapahtumien lukumäärän oletetaan jakautuvan Poisson-jakauman mukaisesti. Toisin sanoen tietyn ajanjakson aikana todennäköisyys, että tietty määrä tapahtumia on tapahtunut, on tapahtumanopeuden funktio kerrottuna havainnoinnin kestolla. Jotta voitaisiin arvioida mRNA-varianttien vaikutukset tapahtuman esiintymisnopeuteen, oletetaan, että tapahtumanopeus on logaritmiltaan lineaarinen suhteessa kiinnostaviin ennustajiin. Tämän yhtälön ratkaiseminen antaa nopeussuhteita, jotka vertaavat tapahtumien esiintymistiheyttä koehenkilöillä, joilla on ICD-tapahtumia ja ilman niitä. Useita mRNA-varianttien runsauden ilmentymiä otetaan huomioon, kuten kunkin variantin suhteellinen runsaus erikseen, yksittäisen variantin runsaus Na+-kanavan kokonaismRNA:n funktiona ja typistysten suhde täyspitkään Na+-kanavaan. mRNA. Regressiokerroin arvioidaan riippuvan muuttujan, ICD-tapahtumien ja riippumattomien muuttujien väliselle suhteelle nopeussuhdeestimaattien logaritmina. Tilastollinen merkitsevyys määritetään käyttämällä todennäköisyyssuhdetestiä. P-arvoa 0,05 tai vähemmän pidetään tilastollisesti merkitsevänä. Tulokset raportoidaan riskisuhteena ja siihen liittyvänä 95 %:n luottamusvälinä. Malliin sisällytettävien muuttujien valitsemiseksi otetaan konservatiivisesti huomioon ne muuttujat, joilla on erilainen jakautuminen kahden ryhmän välillä arvolla p < 0,20. Multikolineaarisuuden mahdollisuus arvioidaan. Lineaariset ja epälineaariset termit otetaan huomioon. Muuttujien jakaumien normaalius testataan normaalilla todennäköisyyskäyrällä ja Shapiro-Wilk-testillä. Vaikka regressio on melko suvaitsevainen rikkomuksia kohtaan tässä suhteessa, muutoksia tutkitaan tarvittaessa. Homosedastisuus arvioidaan jäännösarvojen ja ennustettujen arvojen kuvaajalla. Mallin erottelu arvioidaan yleisellä C-indeksillä ja validoidaan bootstrap-menetelmillä.

Odotetut tulokset ja sudenkuopat:

Emme odota komplikaatioita verinäytteiden hankinnassa, mRNA-varianttien analysoinnissa tai tilastojen suorittamisessa. Tästä huolimatta tämän tutkimuksen suurin rajoitus on sen retrospektiivinen luonne. Siitä huolimatta nämä tiedot ovat hyödyllisiä tulevien mahdollisten kokeiden suunnittelussa.