Natriumkanaalsplitsing in onderzoek naar hartfalen (SOCS-HEFT)

Wetenschappelijke achtergrond en betekenis

Invoering:

Congestief hartfalen (CHF) is een groot probleem in de gezondheidszorg in de Verenigde Staten. Geschat wordt dat ongeveer 5 miljoen patiënten in de V.S. CHF hebben en dat bij bijna 550.000 mensen jaarlijks de diagnose van deze ziekte wordt gesteld.1 Het is bekend dat plotselinge hartdood vaker voorkomt bij structurele hartaandoeningen. Bovendien is het risico op plotselinge hartdood 6 tot 9 keer groter in de populatie met hartfalen, en hartritmestoornissen zijn misschien wel de belangrijkste doodsoorzaak bij CHF-patiënten. 2,3 Momenteel onderschrijven zowel het American College of Cardiology als de American Heart Association de plaatsing van interne cardioverter-defibrillatoren (ICD's) bij patiënten met ischemische cardiomyopathie, een redelijke levensverwachting en een verminderde ejectiefractie van minder dan 40% (klasse I, niveau van bewijs A).4 Bovendien wordt plaatsing van ICD's aanbevolen bij niet-ischemische cardiomyopathiepatiënten die aan vergelijkbare eisen voldoen met een ejectiefractie van minder dan 35% (klasse I, bewijsniveau B).4 Ondanks deze aanbevelingen voor primaire preventie van plotselinge overlijden door middel van ICD-implantatie, zal meer dan de helft van de patiënten die een apparaat krijgen waarschijnlijk geen aritmische gebeurtenis ervaren die ICD-shocktoediening noodzakelijk maakt.3 ICD-apparaten kosten gemiddeld $ 20-50.000 exclusief operatie- en vervolgkosten. Momenteel is de risicostratificatie van plotselinge hartdood en de noodzaak van plaatsing van een ICD in wezen afhankelijk van de beoordeling van de linkerventrikelejectiefractie. Andere methoden die worden gebruikt voor risicostratificatie zijn signaalgemiddeld elektrocardiogram (ECG) en een andere elektrocardiografische techniek die bekend staat als T-golf alternans. Hoewel deze methoden door de FDA zijn goedgekeurd op basis van risicovoorspelling van hartdood, worden dergelijke technieken niet algemeen gebruikt in de VS gezien de apparatuur en personeelskosten om ze te implementeren. Alternatieve tests voor risicobeoordeling voor de ontwikkeling van plotselinge hartdood in de populatie met hartfalen zijn daarom wenselijk.

Rol van natriumkanalen en het SCN5A-gen:

Het cardiale spanningsafhankelijke natriumkanaal (Na+), SCN5A, is het belangrijkste kanaal dat stroom genereert voor elektrische voortplanting in de hartspier en is het doelwit van veel antiaritmica. Defecte expressie van het cardiale Na+-kanaal resulteert in een verhoogd aritmisch risico, zoals blijkt uit plotseling overlijden bij het Brugada-syndroom.5 SCN5A-mutaties zijn ook betrokken bij het erfelijke lange-QT-syndroom, dat kan leiden tot de ontwikkeling van fatale ritmestoornissen zoals ventrikelfibrillatie en torsades de pointes.6 Bovendien is voorgesteld dat er mutaties in het SCN5A-gen bestaan ​​die het risico op door geneesmiddelen veroorzaakte ritmestoornissen vergroten.7 Er zijn veel onderzoeken gedaan om licht te werpen op de rol van dit tetrodotoxine-ongevoelige natriumkanaal bij ziektetoestanden. Het is aangetoond dat gemuteerde natriumkanalen bij gedilateerde cardiomyopathie anders kunnen functioneren, afhankelijk van het specifieke mutatietype van de belangrijkste alfa-subeenheid van het Na+-kanaal.8 Specifiek hebben Nguyen et al aangetoond dat deze mutaties kunnen leiden tot veranderingen in de fysiologische functie, zoals een langzamere stijging van de actiepotentiaal, een verhoogde late natriumstroom tijdens steady-state of verminderde inactivatie.8 Aanvullende mutaties in het SCN5A-gen zijn in verband gebracht met verschuivingen in spanningsafhankelijkheid van Na+-kanaalinactivatie bij patiënten met idiopathische ventrikelfibrillatie.9 Aanvullend onderzoek heeft geconcludeerd dat verminderde inactivatie van late natriumstromen kan bijdragen aan verlenging van de actiepotentiaal.10 Er is aangetoond dat een andere SCN5A-genafwijking, de E161K-mutatie, leidt tot een verminderde natriumstroomdichtheid en een positieve verschuiving van 11,9 mV in het halfmaximale activeringspotentieel van de celmembraan.11 Daarom kunnen mutaties van het Na+-kanaal een veranderd kanaalgedrag en aritmieën veroorzaken.

Valdivia et al. toonde aan dat de piekstroomdichtheid van natrium met 39% is verminderd in het hondenmodel en ongeveer 57% in geëxplanteerde falende menselijke harten, hoewel het mechanisme onduidelijk is.10 Hoewel ons begrip van elektrofysiologische veranderingen bij hartfalen en hun relatie tot aritmogenese onduidelijk blijft, kan worden geconcludeerd dat verstoringen in de behandeling van natrium - en mogelijk verhoogd intracellulair natrium - ook kunnen resulteren in een verandering in de calciumhomeostase via de werking van de Na+/Ca2+-wisselaar. 12,13 Over het algemeen zullen dergelijke veranderingen in INa waarschijnlijk aanzienlijk bijdragen aan aritmie in de setting van falend myocardium.

Op genoomniveau heeft onderzoek zich gericht op de rol van SCN5A-genmutaties bij aritmogenese.8,9,14-16 Desalniettemin hebben we onlangs verworven defecten in Na+-kanaal messenger RNA (mRNA) beschreven die resulteren in verminderde Na+-stroom en die alleen voorkomen in falende harten. Drie 3'-terminale SCN5A-mRNA-splitsingsvarianten werden geïdentificeerd en gekarakteriseerd in falende menselijke hartventrikels. Er werd voorspeld dat deze splitsingsvarianten zouden resulteren in de translatie van niet-functionele natriumionkanalen die een geschikt domein IV-poriegebied missen. Deze drie splitsingsvarianten voor het niet-functionele natriumkanaalgenproduct werden aangeduid als E28B, E28C en E28D. Relatieve niveaus van de mRNA-isovorm van volledige lengte, E28A, waren verlaagd met 24,7% bij patiënten met CHF in vergelijking met controle. Bovendien waren twee ingekorte versies van het genproduct verhoogd bij patiënten met hartfalen, wat een weerspiegeling is van een verworven genetische afwijking in de productie van het SCN5A-gen bij hartfalen. Tegelijkertijd waren de E28C- en E28D-mRNA-abundanties respectievelijk 14,2-voudig en 3,8-voudig verhoogd bij CHF-patiënten in vergelijking met controles. Om te bevestigen dat afknottingsvarianten zouden kunnen bijdragen aan het risico op aritmie, werd een gen-target-muismodel gemaakt met een onzinnige mutatie op exon 28. Ook werd het elektrofysiologische effect van de aanwezigheid van deze genafknotting onderzocht. Er werd vastgesteld dat de stijgingssnelheid van het actiepotentiaal verlaagd was (p=0,02, n=11), en de actiepotentiaalamplitude werd verminderd van 76 ± 1,4 mV tot 52 ± 0,6 mV (p≤0,01, n=11). Het geïntegreerde effect van deze afknotting werd bestudeerd door bipolaire veldpotentialen (FP) van cardiomyocyten op micro-elektrode-arrays te onderzoeken.17 Een vermindering van 70,5% (p<0,05) van -1126 ± 314 μV (n=6) in WT tot 332 ± 174 micro V (n=7) in FP-amplitude werd waargenomen. Aanvullende metingen uitgevoerd met deze methode onthulden een vertraging in FP-stijging en vertraagde geleidingssnelheid in de gemuteerde cellen versus normale controles, wat suggereert dat de afknottingsmutanten elektrische afwijkingen kunnen veroorzaken die ernstig genoeg zijn om bij te dragen aan het risico op aritmie. We hebben ook aangetoond dat lymfocyten natriumkanalen op dezelfde manier verwerken als cardiomyocyten. De mRNA-verwerking van lymfocyten SCN5A kan dus dienen als een surrogaatmarker om SCN5A op cardiaal niveau te beoordelen en kan gecorreleerd zijn met aritmisch risico in populaties met een hoog risico. Deze studie zal die bewering beoordelen.

Specifieke doelen/doelstellingen:

Onderzoeksdoel 1:

Om de abundanties van SCN5A-mRNA-splitsingsvarianten te bepalen bij patiënten met CHF en baseline-ejectiefracties van minder dan 35% versus normale controles van vergelijkbare leeftijdsgroepen.

Onderzoeksdoel 2:

Om de overvloed aan SCN5A-mRNA-splitsingsvarianten te vergelijken bij patiënten met ICD-apparaten die wel en geen ICD-shocktherapie hebben ondergaan.

Prestatieplaatsen van onderzoek:

Universiteit van Illinois Medical Center en Jesse Brown VA Medical Center.

Sleutelonderzoekspersoneel:

De hoofdonderzoeker van dit onderzoek zal dr. Samuel Dudley, MD, PhD. Dr. Dudley is hoofd van de sectie Cardiologie aan de Universiteit van Illinois in Chicago. Hij is een professor in de geneeskunde en een gepubliceerde auteur op het gebied van cardiovasculaire geneeskunde en fysiologie.

Onderzoeksmethoden:

Studieontwerp:

Onderzoeksdoel 1: We zullen het aantal witte cel Na+-kanaalsplitsingsvarianten correleren met de ejectiefractie bij patiënten zonder hartfalen.

Onderzoeksdoel 2: We zullen het aantal witte-cel Na+-kanaalsplitsingsvarianten correleren met het aantal geschikte ICD-shocks bij patiënten met ICD's.

Studie Interventies:

Deze studie vereist geen verandering in de zorgstandaard. Alle studiedeelnemers zullen worden onderworpen aan aderlaten op het moment van inschrijving.

Monsterverzameling en -verwerking:

Er zal ongeveer 15 ML bloed worden afgenomen van deelnemers aan de studie van de Universiteit van Illinois in Chicago (UIC) of het Jesse Brown Veterans Affairs Medical Center (JBVAMC) die geïnformeerde toestemming hebben gegeven voor aderlaten en deelname aan de studie. Monsters worden onmiddellijk door het onderzoekspersoneel (coördinator, CO-PI, enz.) afgeleverd bij het laboratorium van Dr. Dudley (PI) in kamer 1133 van het Clinical Sciences Building (CSB) voor verwerking binnen 2 uur na verzameling. Niveaus van mRNA zullen worden gemeten en een deel van het verwerkte monster kan tot 7 jaar in een vriezer van -80 ° F in hetzelfde laboratorium worden bewaard. Monsters worden NIET opgeslagen of verwerkt bij JBVAMC of enige andere faciliteit.

Statistische overwegingen:

De relatie tussen Na+-kanaal-mRNA-variantabundanties zal worden vergeleken bij proefpersonen met en zonder hartfalen en bij proefpersonen met en zonder ICD-events. Het primaire eindpunt zal de vergelijking zijn van mRNA-variantabundanties. Afhankelijke variabelen zijn hartfalen voor doel 1 en het aantal schokken voor doel 2. Het aantal patiënten dat nodig is voor elk doel wordt bepaald door de variantie van de test, het verwachte gemiddelde verschil en enige overweging van het aantal covariaten dat nodig zal zijn. te analyseren in de regressieanalyse. Eerder hebben we aangetoond dat de minst gevoelige maatregel een vermindering van de hoeveelheid E28A met 24% was. Als we aannemen dat dezelfde procentuele reductie zal plaatsvinden in doelstelling 1 en 2, dan zouden we ongeveer 45 patiënten in elke groep nodig hebben om een ​​power van 90% te hebben om dit verschil te detecteren, uitgaande van een verliespercentage van 10% als gevolg van technische fouten in de assays . Daarom zouden we in totaal 180 patiënten nodig hebben voor de totale studie, 45 met hartfalen, 45 controles, 45 ICD-patiënten met events en 45 patiënten zonder events.

Basislijngegevens worden uitgedrukt als gemiddelde ± standaarddeviatie (SD) voor continue variabelen en frequenties voor categorische variabelen. Verschillen in basiskarakteristieken tussen de groepen zullen worden onderzocht met behulp van Fisher exact en Mann-Whitney-tests voor respectievelijk categorische en continue variabelen. Omdat het aantal geregistreerde ICD-gebeurtenissen een functie is van de observatietijd, wordt Poisson-regressie gebruikt om elke relatie te modelleren. In dit model wordt aangenomen dat het aantal waargenomen ICD-gebeurtenissen verdeeld is volgens een Poisson-verdeling. Dat wil zeggen, voor een bepaalde tijdsperiode is de waarschijnlijkheid dat een bepaald aantal gebeurtenissen heeft plaatsgevonden een functie van het aantal gebeurtenissen vermenigvuldigd met de duur van de waarneming. Om de effecten van mRNA-varianten op de snelheid van het optreden van gebeurtenissen te schatten, wordt aangenomen dat de gebeurtenissnelheid loglineair is ten opzichte van de van belang zijnde voorspellers. Door deze vergelijking op te lossen, worden frequentieverhoudingen verkregen die de frequentie van het optreden van gebeurtenissen bij proefpersonen met en zonder ICD-gebeurtenissen vergelijken. Meerdere uitdrukkingen voor de mRNA-variantabundanties zullen worden overwogen, zoals de relatieve abundantie van elke variant afzonderlijk, de abundantie van de individuele variant als een functie van het totale mRNA van het Na+-kanaal en de verhouding van de afknottingen tot het Na+-kanaal van volledige lengte mRNA. De regressiecoëfficiënt zal worden geschat voor de relatie tussen de afhankelijke variabele, ICD-gebeurtenissen en de onafhankelijke variabelen als de log van de rate ratio-schattingen. De statistische significantie wordt bepaald met behulp van de likelihood ratio-test. Een p-waarde van 0,05 of minder wordt als statistisch significant beschouwd. De resultaten worden gerapporteerd als de risicoverhouding en het bijbehorende betrouwbaarheidsinterval van 95%. Om variabelen te selecteren die in het model moeten worden opgenomen, zullen we conservatief die variabelen beschouwen met een verschillende verdeling tussen de twee groepen bij een p<0,20. De mogelijkheid van multicolineariteit zal worden geëvalueerd. Lineaire en niet-lineaire termen komen aan bod. Normaliteit van de variabele verdelingen zal worden getest door een normale waarschijnlijkheidsgrafiek en door een Shapiro-Wilk-test. Hoewel regressie redelijk tolerant is ten opzichte van schendingen in dit opzicht, zullen transformaties indien nodig worden onderzocht. Homoscedasticiteit zal worden geëvalueerd door residuen uit te zetten tegen voorspelde waarden. Discriminatie van het model zal worden geëvalueerd door een algemene C-index en gevalideerd door bootstrap-methoden.

Verwachte resultaten en valkuilen:

We verwachten geen complicaties bij het afnemen van bloedmonsters, het analyseren van mRNA-varianten of het uitvoeren van de statistieken. Desalniettemin is de belangrijkste beperking van dit proces het retrospectieve karakter ervan. Desalniettemin zullen deze gegevens nuttig zijn bij het ontwerpen van toekomstige prospectieve onderzoeken.