Łączenie kanałów sodowych w próbie niewydolności serca (SOCS-HEFT)

Tło naukowe i znaczenie

Wstęp:

Zastoinowa niewydolność serca (CHF) stanowi poważny problem opieki zdrowotnej w Stanach Zjednoczonych. Szacuje się, że w Stanach Zjednoczonych na CHF choruje około 5 milionów pacjentów, a co roku diagnozuje się tę chorobę u prawie 550 000 osób.1 Wiadomo, że nagła śmierć sercowa występuje częściej w przebiegu strukturalnej choroby serca. Ponadto ryzyko nagłej śmierci sercowej jest 6 do 9 razy większe w populacji z niewydolnością serca, a zaburzenia rytmu serca są prawdopodobnie główną przyczyną śmierci pacjentów z CHF. 2,3 Obecnie zarówno American College of Cardiology, jak i American Heart Association zalecają umieszczanie wewnętrznych kardiowerterów-defibrylatorów (ICD) u pacjentów z kardiomiopatią niedokrwienną, rozsądną długością życia i zmniejszoną frakcją wyrzutową poniżej 40% (klasa I, poziom dowód A).4 Ponadto zaleca się wszczepianie ICD u pacjentów z kardiomiopatią inną niż niedokrwienna, którzy spełniają podobne wymagania i mają frakcję wyrzutową poniżej 35% (klasa I, poziom wiarygodności B).4 Pomimo tych zaleceń dotyczących pierwotnej prewencji nagłych śmierci w wyniku wszczepienia ICD, ponad połowa pacjentów otrzymujących urządzenie prawdopodobnie nie doświadczy zdarzenia arytmicznego, które wymagałoby wyładowania ICD.3 Urządzenia ICD kosztują średnio 20-50 000 USD bez kosztów operacyjnych i następczych. Obecnie stratyfikacja ryzyka nagłego zgonu sercowego i konieczność wszczepienia ICD jest zasadniczo uzależniona od oceny frakcji wyrzutowej lewej komory. Inne metody stosowane do stratyfikacji ryzyka to elektrokardiogram z uśrednionym sygnałem (EKG) i inna technika elektrokardiograficzna znana jako naprzemienne załamki T. Chociaż metody te są zatwierdzone przez FDA do przewidywania ryzyka śmierci sercowej, techniki te nie są powszechnie stosowane w Stanach Zjednoczonych, biorąc pod uwagę koszty sprzętu i personelu potrzebne do ich wdrożenia. Dlatego pożądane są alternatywne testy do oceny ryzyka rozwoju nagłej śmierci sercowej w populacji z niewydolnością serca.

Rola kanałów sodowych i genu SCN5A:

Bramkowany napięciem sercowy kanał sodowy (Na+), SCN5A, jest głównym kanałem generującym prąd do propagacji elektrycznej w mięśniu sercowym i jest celem wielu leków antyarytmicznych. Wadliwa ekspresja sercowego kanału Na+ skutkuje zwiększonym ryzykiem arytmii, o czym świadczy nagła śmierć w zespole Brugadów.5 Mutacje SCN5A są również zaangażowane w dziedziczny zespół wydłużonego odstępu QT, który może prowadzić do rozwoju śmiertelnych zaburzeń rytmu, takich jak migotanie komór i torsades de pointes.6 Ponadto zaproponowano istnienie mutacji w genie SCN5A, które zwiększają ryzyko zaburzeń rytmu wywołanych lekami.7 Przeprowadzono wiele badań, aby rzucić światło na rolę tego niewrażliwego na tetrodotoksynę kanału sodowego w stanach chorobowych. Wykazano, że zmutowane kanały sodowe w kardiomiopatii rozstrzeniowej mogą funkcjonować odmiennie w zależności od konkretnego typu mutacji głównej podjednostki alfa kanału Na+.8 W szczególności Nguyen i wsp. wykazali, że mutacje te mogą prowadzić do zmian funkcji fizjologicznych, takich jak wolniejszy czas narastania potencjału czynnościowego, wzmocniony późny prąd sodowy w stanie stacjonarnym lub upośledzona inaktywacja.8 Dodatkowe mutacje w genie SCN5A zostały powiązane z przesunięciami w zależności napięcia inaktywacji kanału Na+ u pacjentów z idiopatycznym migotaniem komór.9 Dodatkowe badania wykazały, że zmniejszona inaktywacja późnych prądów sodowych może przyczynić się do wydłużenia potencjału czynnościowego.10 Wykazano, że inna nieprawidłowość genu SCN5A, mutacja E161K, prowadzi do zmniejszenia gęstości prądu sodowego i dodatniego przesunięcia o 11,9 mV w połowie maksymalnego potencjału aktywacji błony komórkowej.11 Dlatego mutacje kanału Na+ mogą powodować zmienione zachowanie kanału i arytmie.

Valdivia i in. wykazali, że szczytowa gęstość prądu sodowego jest zmniejszona o 39% w modelu psa i około 57% w eksplantowanym niewydolnym ludzkim sercu, chociaż mechanizm jest niejasny.10 Chociaż nasze rozumienie zmian elektrofizjologicznych w niewydolności serca i ich związku z arytmogenezą pozostaje niejasne, można wywnioskować, że zakłócenia w gospodarowaniu sodem – i być może zwiększone stężenie sodu wewnątrzkomórkowego – mogą również powodować zmianę homeostazy wapnia poprzez działanie wymiennika Na+/Ca2+. 12,13 Ogólnie rzecz biorąc, takie zmiany w INa mogą znacząco przyczynić się do arytmii w przypadku niewydolności mięśnia sercowego.

Na poziomie genomu badania koncentrowały się na roli mutacji genu SCN5A w arytmogenezie.8,9,14-16 Niemniej jednak niedawno opisaliśmy nabyte defekty informacyjnego RNA kanału Na+ (mRNA), które skutkują zmniejszonym prądem Na+ i występują tylko w niewydolnych sercach. Zidentyfikowano i scharakteryzowano trzy 3'-końcowe warianty splicingu mRNA SCN5A w niewydolnych komorach ludzkiego serca. Przewidywano, że te warianty splicingu spowodują translację niefunkcjonalnych kanałów jonowych sodu, które nie mają odpowiedniego regionu porów domeny IV. Te trzy warianty splicingu dla produktu genu niefunkcjonalnego kanału sodowego oznaczono jako E28B, E28C i E28D. Względne poziomy izoformy mRNA pełnej długości, E28A, zmniejszyły się o 24,7% u pacjentów z CHF w porównaniu z grupą kontrolną. Dodatkowo, dwie skrócone wersje produktu genu były zwiększone u pacjentów z niewydolnością serca, co odzwierciedla nabytą nieprawidłowość genetyczną w produkcji genu SCN5A w niewydolności serca. W tym samym czasie liczebność mRNA E28C i E28D wzrosła odpowiednio 14,2-krotnie i 3,8-krotnie u pacjentów z CHF w porównaniu z grupą kontrolną. Aby potwierdzić, że warianty skrócenia mogą przyczyniać się do ryzyka arytmii, stworzono mysi model docelowy genu z nonsensowną mutacją w eksonie 28. Zbadano również efekt elektrofizjologiczny obecności tego skrócenia genu. Stwierdzono, że tempo wzrostu potencjału czynnościowego było zmniejszone (p=0,02, n=11), a amplituda potencjału czynnościowego została obniżona z 76 ± 1,4 mV do 52 ± 0,6 mV (p≤0,01, n=11). Zintegrowany efekt tego skrócenia badano, badając dwubiegunowe potencjały pola (FP) kardiomiocytów na macierzach mikroelektrodowych.17 Zaobserwowano 70,5% redukcję (p<0,05) od -1126 ± 314 μV (n=6) w WT do 332 ± 174 mikroV (n=7) w amplitudzie FP. Dodatkowe pomiary wykonane tą metodą ujawniły opóźnienie wzrostu FP i spowolnienie prędkości przewodzenia w zmutowanych komórkach w porównaniu z normalnymi kontrolami, co sugeruje, że skrócone mutanty mogą powodować nieprawidłowości elektryczne na tyle poważne, że przyczyniają się do ryzyka arytmii. Wykazaliśmy również, że limfocyty przetwarzają kanały sodowe podobnie jak kardiomiocyty. Zatem przetwarzanie mRNA limfocytów SCN5A może służyć jako zastępczy marker do oceny SCN5A na poziomie serca i może korelować z ryzykiem arytmii w populacjach wysokiego ryzyka. To badanie oceni to twierdzenie.

Konkretne cele/zadania:

Cel badawczy 1:

Aby określić obfitość wariantów składania mRNA SCN5A u pacjentów z CHF i wyjściowymi frakcjami wyrzutowymi poniżej 35% w porównaniu z normalnymi kontrolami w podobnych grupach wiekowych.

Cel badawczy 2:

Porównanie liczebności wariantów składania mRNA SCN5A u pacjentów z urządzeniami ICD, którzy przeszli i nie doświadczyli terapii wstrząsowej ICD.

Miejsca badań wydajności:

Centrum Medyczne Uniwersytetu Illinois i Centrum Medyczne Jesse Brown VA.

Kluczowy personel badawczy:

Głównym badaczem tego badania będzie dr hab. Samuel Dudley, doktor nauk medycznych. Dr Dudley jest szefem Sekcji Kardiologii na Uniwersytecie Illinois w Chicago. Jest profesorem medycyny i autorem publikacji w dziedzinie medycyny sercowo-naczyniowej i fizjologii.

Metody badawcze:

Projekt badania:

Cel badawczy 1: Skorelujemy ilość wariantów składania kanałów Na+ w krwinkach białych z frakcją wyrzutową u pacjentów bez niewydolności serca.

Cel badawczy 2: Skorelujemy ilość wariantów składania kanałów Na+ w krwinkach białych z liczbą odpowiednich wyładowań ICD u pacjentów z założonym ICD.

Interwencje w badaniu:

Niniejsze badanie nie wymaga zmiany standardu opieki. Wszyscy uczestnicy badania zostaną poddani flebotomii w momencie rejestracji.

Pobieranie i przetwarzanie próbek:

Około 15 ml krwi zostanie pobrane od uczestników badania z University of Illinois at Chicago (UIC) lub Jesse Brown Veterans Affairs Medical Center (JBVAMC), którzy wyrazili świadomą zgodę na upuszczenie krwi i udział w badaniu. Próbki zostaną niezwłocznie dostarczone przez personel badawczy (koordynatora, CO-PI itp.) do laboratorium dr Dudleya (PI) w pokoju 1133 budynku nauk klinicznych (CSB) w celu przetworzenia w ciągu 2 godzin od pobrania. Zostaną zmierzone poziomy mRNA, a część przetworzonej próbki może być przechowywana w zamrażarce w temperaturze -80° F w tym samym laboratorium przez okres do 7 lat. Próbki NIE będą przechowywane ani przetwarzane w JBVAMC ani w żadnym innym obiekcie.

Względy statystyczne:

Zależność liczebności wariantów mRNA kanału Na+ zostanie porównana u osób z niewydolnością serca i bez niej oraz u osób z i bez zdarzeń ICD. Pierwszorzędowym punktem końcowym będzie porównanie liczebności wariantów mRNA. Zmienne zależne obejmują niewydolność serca w celu 1 i liczbę wyładowań w celu 2. Liczba pacjentów potrzebnych do każdego celu jest określona przez wariancję testu, oczekiwaną średnią różnicę i pewną liczbę zmiennych towarzyszących, które będą potrzebne do analizy w analizie regresji. Wcześniej wykazaliśmy, że najmniej czułą miarą było zmniejszenie obfitości E28A o 24%. Jeśli założymy, że taka sama procentowa redukcja nastąpi w celach 1 i 2, to potrzebowalibyśmy około 45 pacjentów w każdej grupie, aby mieć 90% moc wykrycia tej różnicy, zakładając 10% wskaźnik utraty z powodu błędów technicznych w testach . Dlatego potrzebowalibyśmy łącznie 180 pacjentów do całego badania, 45 z niewydolnością serca, 45 kontroli, 45 pacjentów z ICD ze zdarzeniami i 45 pacjentów bez zdarzeń.

Dane wyjściowe zostaną wyrażone jako średnia ± odchylenie standardowe (SD) dla zmiennych ciągłych i częstości dla zmiennych kategorycznych. Różnice w charakterystyce wyjściowej między grupami zostaną zbadane przy użyciu testów dokładnych Fishera i testów Manna-Whitneya odpowiednio dla zmiennych jakościowych i ciągłych. Ponieważ liczba zarejestrowanych zdarzeń ICD jest funkcją czasu obserwacji, do modelowania dowolnej zależności wykorzystana zostanie regresja Poissona. W tym modelu zakłada się, że liczba zaobserwowanych zdarzeń ICD ma rozkład zgodny z rozkładem Poissona. Oznacza to, że w danym okresie prawdopodobieństwo wystąpienia określonej liczby zdarzeń jest funkcją częstości zdarzeń pomnożonej przez czas trwania obserwacji. W celu oszacowania wpływu wariantów mRNA na częstość występowania zdarzeń zakłada się, że częstość zdarzeń jest logarytmicznie liniowa w odniesieniu do predyktorów będących przedmiotem zainteresowania. Rozwiązanie tego równania daje współczynniki częstości porównujące częstość występowania zdarzeń u osób ze zdarzeniami ICD i bez nich. Rozważonych zostanie wiele wyrażeń dla obfitości wariantów mRNA, takich jak względna obfitość każdego wariantu z osobna, obfitość indywidualnego wariantu jako funkcja całkowitego mRNA kanału Na+ oraz stosunek skróceń do pełnej długości kanału Na+ mRNA. Współczynnik regresji zostanie oszacowany dla związku między zmienną zależną, zdarzeniami ICD i zmiennymi niezależnymi jako log oszacowań współczynnika częstości. Istotność statystyczna zostanie określona przy użyciu testu ilorazu wiarygodności. Wartość p wynosząca 0,05 lub mniej zostanie uznana za istotną statystycznie. Wyniki zostaną przedstawione jako współczynnik ryzyka i związany z nim 95% przedział ufności. Aby wybrać zmienne do uwzględnienia w modelu, rozważymy zachowawczo te zmienne, które mają różny rozkład między dwiema grupami przy p<0,20. Oceniona zostanie możliwość współliniowości. Rozważone zostaną terminy liniowe i nieliniowe. Normalność rozkładów zmiennych zostanie sprawdzona za pomocą wykresu prawdopodobieństwa normalnego i testu Shapiro-Wilka. Podczas gdy regresja jest dość tolerancyjna dla naruszeń w tym zakresie, transformacje będą badane w razie potrzeby. Homoskedastyczność zostanie oceniona przez wykres reszt względem przewidywanych wartości. Dyskryminacja modelu zostanie oceniona za pomocą ogólnego indeksu C i zweryfikowana metodami ładowania początkowego.

Przewidywane wyniki i pułapki:

Nie przewidujemy żadnych komplikacji związanych z pobieraniem próbek krwi, analizą wariantów mRNA czy wykonywaniem statystyk. Niemniej jednak głównym ograniczeniem tego badania jest jego retrospektywny charakter. Niemniej jednak dane te będą przydatne w projektowaniu przyszłych badań prospektywnych.