Natriumkanalspleising i hjertesviktforsøk (SOCS-HEFT)

Vitenskapelig bakgrunn og betydning

Introduksjon:

Kongestiv hjertesvikt (CHF) representerer et stort helseproblem i USA. Det har blitt anslått at omtrent 5 millioner pasienter i USA har CHF, og nesten 550 000 mennesker blir diagnostisert med denne sykdommen årlig.1 Det er kjent at plutselig hjertedød forekommer hyppigere ved strukturell hjertesykdom. Dessuten er risikoen for plutselig hjertedød 6 til 9 ganger større i hjertesviktpopulasjonen, og hjertearytmier er kanskje den viktigste dødsårsaken hos CHF-pasienter. 2,3 For tiden støtter både American College of Cardiology og American Heart Association plassering av interne kardioverter-defibrillatorer (ICD) hos pasienter med iskemisk kardiomyopati, rimelig forventet levealder og redusert ejeksjonsfraksjon under 40 % (klasse I, nivå av bevis A).4 I tillegg anbefales plassering av ICDer hos pasienter med ikke-iskemisk kardiomyopati som oppfyller tilsvarende krav med en ejeksjonsfraksjon på mindre enn 35 % (klasse I, bevisnivå B).4 Til tross for disse anbefalingene for primær forebygging av plutselig død ved ICD-implantasjon, vil mer enn halvparten av pasientene som mottar en enhet sannsynligvis ikke oppleve en arytmisk hendelse som nødvendiggjør ICD-sjokklevering.3 ICD-enheter koster i gjennomsnitt $20-50 000 eksklusive drifts- og oppfølgingskostnader. For tiden er risikostratifisering av plutselig hjertedød og behovet for ICD-plassering i hovedsak avhengig av vurdering av venstre ventrikkels ejeksjonsfraksjon. Andre metoder som brukes for risikostratifisering er signalgjennomsnittlig elektrokardiogram (EKG) og en annen elektrokardiografisk teknikk kjent som T-bølge alternaner. Selv om disse metodene er FDA-godkjent fra risikoprediksjon av hjertedød, er slike teknikker ikke mye brukt i USA gitt utstyr og personalkostnader for å implementere dem. Derfor er alternativ testing for risikovurdering for utvikling av plutselig hjertedød i hjertesviktpopulasjonen ønskelig.

Rollen til natriumkanaler og SCN5A-genet:

Den hjertespenningsstyrte natriumkanalen (Na+), SCN5A, er hovedkanalen som genererer strømmen for elektrisk forplantning i hjertemuskelen og er målet for mange antiarytmiske legemidler. Defekt ekspresjon av hjerte-Na+-kanalen resulterer i økt arytmisk risiko, noe som fremgår av plutselig død i Brugada-syndromet.5 SCN5A-mutasjoner har også vært implisert i det arvelige lang-QT-syndromet, noe som kan resultere i utvikling av dødelige dysrytmier som ventrikkelflimmer og torsades de pointes.6 I tillegg har mutasjoner i SCN5A-genet også blitt foreslått å eksistere og øke risikoen for legemiddelinduserte dysrytmier.7 Mange studier har blitt gjort for å belyse rollen til denne tetrodotoksin-ufølsomme natriumkanalen i sykdomstilstander. Det har blitt demonstrert at muterte natriumkanaler i utvidet kardiomyopati kan fungere forskjellig avhengig av den spesifikke mutasjonstypen til den viktigste Na+-kanalens alfa-underenhet.8 Nærmere bestemt har Nguyen et al vist at disse mutasjonene kan føre til endringer i fysiologisk funksjon, slik som langsommere aksjonspotensiale stigetid, økt sen natriumstrøm under steady state eller svekket inaktivering.8 Ytterligere mutasjoner i SCN5A-genet har vært knyttet til endringer i spenningsavhengighet av Na+-kanalinaktivering hos pasienter med idiopatisk ventrikkelflimmer.9 Ytterligere forskning har konkludert med at redusert inaktivering av sene natriumstrømmer kan bidra til forlengelse av aksjonspotensialet.10 En annen SCN5A-genabnormitet, E161K-mutasjonen, har vist seg å føre til redusert natriumstrømtetthet og et positivt skift på 11,9 mV i cellemembranens halvmaksimale aktiveringspotensial.11 Derfor kan mutasjoner av Na+-kanalen forårsake endret kanaladferd og arytmier.

Valdivia et al. demonstrerte at maksimal natriumstrømtetthet er redusert med 39 % i hundemodellen og omtrent 57 % i eksplanterte sviktende menneskehjerter, selv om mekanismen er uklar.10 Selv om vår forståelse av elektrofysiologiske endringer i hjertesvikt og deres forhold til arytmogenese fortsatt er uklar, kan det utledes at forstyrrelser i natriumhåndtering - og kanskje økt intracellulært natrium - også kan resultere i endring i kalsiumhomeostase via virkning av Na+/Ca2+-veksleren. 12,13 Samlet sett er det sannsynlig at slike endringer i INa i betydelig grad vil bidra til arytmi ved sviktende myokard.

På genomnivå har forskningen fokusert på rollen til SCN5A-genmutasjoner i arytmogenese.8,9,14-16 Likevel har vi nylig beskrevet ervervede defekter i Na+ kanal messenger RNA (mRNA) som resulterer i redusert Na+ strøm og bare forekommer i sviktende hjerter. Tre 3'-terminale SCN5A mRNA-spleisingsvarianter ble identifisert og karakterisert i sviktende menneskelige hjerteventrikler. Disse spleisevariantene ble spådd å resultere i translasjon av ikke-funksjonelle natriumionekanaler som mangler en passende domene IV-poreregion. Disse tre spleisevariantene for det ikke-funksjonelle natriumkanalgenproduktet ble betegnet E28B, E28C og E28D. Relative nivåer av mRNA-isoformen i full lengde, E28A, ble redusert med 24,7 % hos pasienter med CHF sammenlignet med kontroll. I tillegg ble to avkortede versjoner av genproduktet økt hos hjertesviktpasienter, noe som gjenspeiler en ervervet genetisk abnormitet i produksjonen av SCN5A-genet ved hjertesvikt. Samtidig ble E28C- og E28D-mRNA-mengdene økt henholdsvis 14,2 ganger og 3,8 ganger hos CHF-pasienter sammenlignet med kontroller. For å bekrefte at trunkeringsvarianter kunne bidra til arytmisk risiko, ble det opprettet en genmål-musemodell med en nonsens-mutasjon ved ekson 28. Den elektrofysiologiske effekten av tilstedeværelsen av denne genavkortningen ble også undersøkt. Det ble funnet at aksjonspotensialets stigningshastighet ble redusert (p=0,02, n=11), og aksjonspotensialamplituden ble redusert fra 76 ± 1,4 mV til 52 ± 0,6 mV (p≤0,01, n=11). Integrert effekt av denne trunkeringen ble studert ved å undersøke bipolare feltpotensialer (FP) til kardiomyocytter på mikroelektrodematriser.17 En 70,5 % reduksjon (p<0,05) fra -1126 ± 314 μV (n=6) i WT til 332 ± 174 mikroV (n=7) i FP-amplitude ble observert. Ytterligere målinger utført med denne metoden avslørte en forsinkelse i FP-stigning og redusert ledningshastighet i mutantcellene kontra normale kontroller, noe som tyder på at trunkeringsmutantene kan forårsake elektriske abnormiteter som er alvorlige nok til å bidra til arytmisk risiko. Vi viste også at lymfocytter behandler natriumkanaler på samme måte som kardiomyocytter. Således kan lymfocytt SCN5A mRNA-behandling tjene som en surrogatmarkør for å vurdere SCN5A på hjertenivå og kan korrelere med arytmisk risiko i høyrisikopopulasjoner. Denne studien vil vurdere denne påstanden.

Spesifikke mål/mål:

Forskningsmål 1:

For å bestemme forekomsten av SCN5A mRNA-spleisevarianter hos pasienter med CHF og baseline ejeksjonsfraksjoner mindre enn 35 % sammenlignet med normale kontroller i lignende aldersgrupper.

Forskningsmål 2:

For å sammenligne mengden av SCN5A mRNA-spleisevarianter hos pasienter med ICD-enheter som har og ikke har opplevd ICD-sjokkterapi.

Forskningsresultater:

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

Sentrale forskningspersonell:

Hovedetterforsker for denne studien vil være Dr. Samuel Dudley, MD, PhD. Dr. Dudley er sjef for seksjonen for kardiologi ved University of Illinois i Chicago. Han er professor i medisin og publisert forfatter innen kardiovaskulær medisin og fysiologi.

Forskningsmetoder:

Studere design:

Forskningsmål 1: Vi vil korrelere mengden av hvite celle Na+ kanal spleisevarianter med ejeksjonsfraksjon hos pasienter med en uten hjertesvikt.

Forskningsmål 2: Vi vil korrelere mengden av hvite celle Na+ kanalskjøtevarianter med antall passende ICD-sjokk hos pasienter med ICD-er på plass.

Studieintervensjoner:

Denne studien krever ingen endring i omsorgsstandarden. Alle studiedeltakere vil bli utsatt for flebotomi på tidspunktet for påmelding.

Prøveinnsamling og behandling:

Omtrent 15 ML blod vil bli tatt fra studiedeltakere fra University of Illinois i Chicago (UIC) eller Jesse Brown Veterans Affairs Medical Center (JBVAMC) som har gitt informert samtykke for flebotomi og studiedeltakelse. Prøver vil bli levert umiddelbart av studiepersonell (koordinator, CO-PI, osv.) til Dr. Dudleys (PI) laboratorium i rom 1133 i Clinical Sciences Building (CSB) for behandling innen 2 timer etter innsamling. Nivåer av mRNA vil bli målt og noe av den behandlede prøven kan lagres i en fryser på -80°F i samme laboratorie i opptil 7 år. Prøver vil IKKE bli lagret eller behandlet på JBVAMC eller noe annet anlegg.

Statistiske betraktninger:

Forholdet mellom Na+-kanal mRNA-varianter vil bli sammenlignet hos personer med og uten hjertesvikt og hos personer med og uten ICD-hendelser. Det primære endepunktet vil være en sammenligning av mRNA-varianter. Avhengige variabler vil inkludere hjertesvikt for mål 1 og antall sjokk i mål 2. Antall pasienter som trenger for hvert mål bestemmes av testens varians, forventet gjennomsnittlig forskjell og en viss vurdering av antall kovariater som vil trenge. å analysere i regresjonsanalysen. Tidligere har vi vist at det minst følsomme tiltaket var en reduksjon i E28A-mengde med 24 %. Hvis vi antar at den samme prosentvise reduksjonen vil skje i mål 1 og 2, vil vi trenge omtrent 45 pasienter i hver gruppe for å ha 90 % kraft til å oppdage denne forskjellen, forutsatt en 10 % tapsrate på grunn av tekniske feil i analysene . Derfor ville vi trenge totalt 180 pasienter for den totale studien, 45 med hjertesvikt, 45 kontroller, 45 ICD-pasienter med hendelser og 45 pasienter uten hendelser.

Baseline data vil bli uttrykt som gjennomsnitt ± standardavvik (SD) for kontinuerlige variabler, og frekvenser for kategoriske variabler. Forskjeller i grunnlinjekarakteristikker mellom gruppene vil bli undersøkt ved bruk av Fisher exact og Mann-Whitney tester for henholdsvis kategoriske og kontinuerlige variabler. Fordi antall registrerte ICD-hendelser er en funksjon av observasjonstiden, vil Poisson-regresjon bli brukt til å modellere ethvert forhold. I denne modellen antas antallet observerte ICD-hendelser å være fordelt etter en Poisson-fordeling. Det vil si at for en gitt tidsperiode er sannsynligheten for at et visst antall hendelser har skjedd en funksjon av hendelsesraten multiplisert med observasjonens varighet. For å estimere effektene av mRNA-varianter på frekvensen av hendelsesforekomst, antas det at hendelsesraten er log-lineær med hensyn til prediktorene av interesse. Å løse denne ligningen gir rateforhold som sammenligner frekvensen av hendelsesforekomst hos personer med og uten ICD-hendelser. Flere uttrykk for mRNA-variantens overflod vil bli vurdert, slik som den relative forekomsten av hver variant individuelt, forekomsten av den individuelle varianten som en funksjon av total Na+-kanal-mRNA, og forholdet mellom trunkeringene og Na+-kanalen i full lengde mRNA. Regresjonskoeffisienten vil bli estimert for forholdet mellom den avhengige variabelen, ICD-hendelser og de uavhengige variablene som loggen av rateratio-estimatene. Statistisk signifikans vil bli bestemt ved å bruke likelihood ratio-testen. En p-verdi på 0,05 eller mindre vil bli ansett for å være statistisk signifikant. Resultatene vil bli rapportert som risikoforholdet og det tilhørende 95 % konfidensintervall. For å velge variabler som skal inkluderes i modellen, vil vi vurdere, konservativt, de variablene med ulik fordeling mellom de to gruppene ved en p<0,20. Muligheten for multikolinearitet vil bli evaluert. Lineære og ikke-lineære termer vil bli vurdert. Normaliteten til variabelfordelingene vil bli testet med et normal sannsynlighetsplott og ved en Shapiro-Wilk-test. Mens regresjon er ganske tolerant for brudd i denne forbindelse, vil transformasjoner bli undersøkt etter behov. Homoskedastisitet vil bli evaluert ved plott av residualer versus predikerte verdier. Diskriminering av modellen vil bli evaluert av en samlet C-indeks og validert med bootstrap-metoder.

Forventede resultater og fallgruver:

Vi forventer ingen komplikasjoner med å ta blodprøver, analysere mRNA-varianter eller utføre statistikken. Ikke desto mindre er den største begrensningen for denne rettssaken dens retrospektive natur. Likevel vil disse dataene være nyttige i utformingen av fremtidige prospektive forsøk.