Natriumkanalskarvning i hjärtsviktförsök (SOCS-HEFT)

Vetenskaplig bakgrund och betydelse

Introduktion:

Kongestiv hjärtsvikt (CHF) representerar ett stort hälsoproblem i USA. Det har uppskattats att cirka 5 miljoner patienter i USA har CHF, och nästan 550 000 personer diagnostiseras med denna sjukdom årligen.1 Det är känt att plötslig hjärtdöd inträffar oftare i samband med strukturell hjärtsjukdom. Dessutom är risken för plötslig hjärtdöd 6 till 9 gånger större i hjärtsviktspopulationen, och hjärtarytmier är kanske den vanligaste dödsorsaken hos CHF-patienter. 2,3 För närvarande stöder både American College of Cardiology och American Heart Association placeringen av interna cardioverter-defibrillatorer (ICD) hos patienter med ischemisk kardiomyopati, rimlig livslängd och reducerad ejektionsfraktion under 40 % (klass I, nivå av bevis A).4 Dessutom rekommenderas placering av ICD hos icke-ischemiska kardiomyopatipatienter som uppfyller liknande krav med en ejektionsfraktion på mindre än 35 % (klass I, evidensnivå B).4 Trots dessa rekommendationer för primär prevention av plötslig död på grund av ICD-implantation, kommer mer än hälften av patienterna som får en enhet sannolikt inte att uppleva en arytmisk händelse som kräver ICD-chocktillförsel.3 ICD-enheter kostar i genomsnitt 20-50 000 USD exklusive drifts- och uppföljningskostnader. För närvarande är riskstratifiering av plötslig hjärtdöd och behovet av ICD-placering i huvudsak beroende av bedömning av vänsterkammars ejektionsfraktion. Andra metoder som används för riskstratifiering är signalmedelvärde elektrokardiogram (EKG) och en annan elektrokardiografisk teknik som kallas T-vågsalternaner. Även om dessa metoder är FDA-godkända från riskförutsägelse av hjärtdöd, används sådana tekniker inte i stor utsträckning i USA med tanke på utrustning och personalkostnader för att implementera dem. Därför är alternativa tester för riskbedömning för utveckling av plötslig hjärtdöd i hjärtsviktspopulationen önskvärd.

Natriumkanalers och SCN5A-genens roll:

Den hjärtspänningsstyrda natriumkanalen (Na+), SCN5A, är huvudkanalen som genererar ström för elektrisk utbredning i hjärtmuskeln och är målet för många antiarytmika. Defekt uttryck av hjärt-Na+-kanalen resulterar i ökad arytmisk risk, vilket framgår av plötslig död i Brugada-syndromet.5 SCN5A-mutationer har också varit inblandade i det ärftliga långa QT-syndromet, vilket kan resultera i utvecklingen av dödliga rytmrubbningar som ventrikelflimmer och torsades de pointes.6 Dessutom har mutationer i SCN5A-genen också föreslagits existera och öka risken för läkemedelsinducerade dysrytmier.7 Många studier har gjorts för att belysa rollen av denna tetrodotoxin-okänsliga natriumkanal i sjukdomstillstånd. Det har visats att muterade natriumkanaler i dilaterad kardiomyopati kan fungera olika beroende på den specifika mutationstypen för den huvudsakliga Na+-kanalens alfa-subenhet.8 Specifikt har Nguyen et al visat att dessa mutationer kan leda till förändringar i fysiologisk funktion såsom långsammare aktionspotentials stigtid, ökad sen natriumström under steady state eller försämrad inaktivering.8 Ytterligare mutationer i SCN5A-genen har kopplats till förändringar i spänningsberoende av Na+-kanalinaktivering hos patienter med idiopatisk ventrikelflimmer.9 Ytterligare forskning har kommit fram till att minskad inaktivering av sena natriumströmmar kan bidra till en förlängning av aktionspotentialen.10 En annan avvikelse i SCN5A-genen, E161K-mutationen, har visat sig leda till minskad natriumströmtäthet och en positiv förändring på 11,9 mV i cellmembranets halvmaximala aktiveringspotential.11 Därför kan mutationer av Na+-kanalen orsaka förändrat kanalbeteende och arytmier.

Valdivia et al. visade att den maximala natriumströmtätheten minskar med 39 % i hundmodellen och cirka 57 % i explanterade sviktande människohjärtan, även om mekanismen är oklar.10 Även om vår förståelse av elektrofysiologiska förändringar i hjärtsvikt och deras samband med arytmogenes fortfarande är oklar, kan man dra slutsatsen att störningar i natriumhantering - och kanske ökat intracellulärt natrium - också kan resultera i förändring i kalciumhomeostas via verkan av Na+/Ca2+-växlaren. 12,13 Sammantaget kommer sådana förändringar i INa sannolikt att signifikant bidra till arytmi vid sviktande myokard.

På genomnivå har forskningen fokuserat på vilken roll SCN5A-genmutationer spelar i arytmogenes.8,9,14-16 Ändå har vi nyligen beskrivit förvärvade defekter i Na+-kanalbudbärar-RNA (mRNA) som resulterar i minskad Na+-ström och endast förekommer i sviktande hjärtan. Tre 3'-terminala SCN5A-mRNA-splitsningsvarianter identifierades och karakteriserades i sviktande humana hjärtkamrar. Dessa splitsningsvarianter förutspåddes resultera i translation av icke-funktionella natriumjonkanaler som saknar en lämplig domän IV-porregion. Dessa tre splitsningsvarianter för den icke-funktionella natriumkanalgenprodukten betecknades E28B, E28C och E28D. Relativa nivåer av fullängds-mRNA-isoformen, E28A, minskade med 24,7 % hos patienter med CHF jämfört med kontroll. Dessutom ökade två trunkerade versioner av genprodukten hos hjärtsviktspatienter, vilket återspeglar en förvärvad genetisk abnormitet i produktionen av SCN5A-genen vid hjärtsvikt. Samtidigt ökade E28C- och E28D-mRNA-förekomsterna 14,2-faldigt respektive 3,8-faldigt hos CHF-patienter jämfört med kontroller. För att bekräfta att trunkeringsvarianter kunde bidra till arytmisk risk skapades en genmålsmusmodell med en nonsensmutation vid exon 28. Den elektrofysiologiska effekten av närvaron av denna gentrunkering undersöktes också. Det visade sig att aktionspotentialens ökningshastighet minskade (p=0,02, n=11), och aktionspotentialamplituden reducerades från 76 ± 1,4 mV till 52 ± 0,6 mV (p≤0,01, n=11). Den integrerade effekten av denna trunkering studerades genom att undersöka bipolära fältpotentialer (FP) för kardiomyocyter på mikroelektroduppsättningar.17 En 70,5 % minskning (p<0,05) från -1126 ± 314 μV (n=6) i WT till 332 ± 174 mikroV (n=7) i FP-amplitud observerades. Ytterligare mätningar gjorda med denna metod avslöjade en fördröjning i FP-ökning och långsammare ledningshastighet i mutantcellerna jämfört med normala kontroller, vilket tyder på att trunkeringsmutanterna kan orsaka elektriska avvikelser som är tillräckligt allvarliga för att bidra till arytmisk risk. Vi visade också att lymfocyter bearbetar natriumkanaler på samma sätt som kardiomyocyter. Således kan lymfocyt SCN5A-mRNA-bearbetning fungera som en surrogatmarkör för att bedöma SCN5A på hjärtnivå och kan korrelera med arytmisk risk i högriskpopulationer. Denna studie kommer att bedöma det påståendet.

Specifika mål/mål:

Forskningsmål 1:

För att bestämma överflöden av SCN5A mRNA-splitsvarianter hos patienter med CHF och baslinjeejektionsfraktioner mindre än 35% jämfört med normala kontroller i liknande åldersgrupper.

Forskningsmål 2:

Att jämföra mängden av SCN5A mRNA-splitsvarianter hos patienter med ICD-enheter som har och inte har upplevt ICD-chockbehandling.

Forskningsplatser för prestanda:

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

Nyckelforskare:

Huvudutredare för denna studie kommer att vara Dr. Samuel Dudley, MD, PhD. Dr. Dudley är chef för sektionen för kardiologi vid University of Illinois i Chicago. Han är professor i medicin och publicerad författare inom området kardiovaskulär medicin och fysiologi.

Forskningsmetoder:

Studera design:

Forskningsmål 1: Vi kommer att korrelera mängden vita blodkroppar Na+ kanal skarvvarianter med ejektionsfraktion hos patienter med en utan hjärtsvikt.

Forskningsmål 2: Vi kommer att korrelera mängden Na+-kanalssplitsvarianter för vita blodkroppar med antalet lämpliga ICD-chock hos patienter med ICD på plats.

Studieinterventioner:

Denna studie kräver ingen förändring av vårdstandarden. Alla studiedeltagare kommer att utsättas för flebotomi vid tidpunkten för registreringen.

Provinsamling och bearbetning:

Cirka 15 ML blod kommer att tas från studiedeltagare från University of Illinois i Chicago (UIC) eller Jesse Brown Veterans Affairs Medical Center (JBVAMC) som har gett informerat samtycke för flebotomi och studiedeltagande. Prover kommer att levereras omedelbart av studiepersonal (koordinator, CO-PI, etc) till Dr. Dudleys (PI) labb i rum 1133 i Clinical Sciences Building (CSB) för bearbetning inom 2 timmar efter insamling. Nivåer av mRNA kommer att mätas och en del av det bearbetade provet kan förvaras i en -80° F frys i samma laboratorium i upp till 7 år. Prover kommer INTE att lagras eller behandlas på JBVAMC eller någon annan anläggning.

Statistiska överväganden:

Förhållandet mellan Na+-kanals mRNA-varianter kommer att jämföras hos patienter med och utan hjärtsvikt och hos patienter med och utan ICD-händelser. Den primära endpointen kommer att vara en jämförelse av mRNA-variantöverflöd. Beroende variabler kommer att inkludera hjärtsvikt för mål 1 och antalet stötar i mål 2. Antalet patienters behov för varje mål bestäms av testets varians, den förväntade medelskillnaden och viss hänsyn till antalet kovariater som kommer att behövas. att analyseras i regressionsanalysen. Tidigare visade vi att den minst känsliga åtgärden var en minskning av förekomsten av E28A med 24 %. Om vi ​​antar att samma procentuella minskning kommer att ske i mål 1 och 2, skulle vi behöva cirka 45 patienter i varje grupp för att ha 90 % kraft för att upptäcka denna skillnad, med antagande om 10 % förlust på grund av tekniska fel i analyserna . Därför skulle vi behöva totalt 180 patienter för den totala studien, 45 med hjärtsvikt, 45 kontroller, 45 ICD-patienter med händelser och 45 patienter utan händelser.

Baslinjedata kommer att uttryckas som medelvärde ± standardavvikelse (SD) för kontinuerliga variabler och frekvenser för kategoriska variabler. Skillnader i baslinjekarakteristika mellan grupperna kommer att undersökas med Fisher exact och Mann-Whitney tester för kategoriska respektive kontinuerliga variabler. Eftersom antalet registrerade ICD-händelser är en funktion av observationstiden, kommer Poisson-regression att användas för att modellera alla samband. I denna modell antas antalet observerade ICD-händelser fördelas efter en Poisson-fördelning. Det vill säga, för en given tidsperiod är sannolikheten att ett visst antal händelser har inträffat en funktion av händelsehastigheten multiplicerad med observationens varaktighet. För att uppskatta effekterna av mRNA-varianter på frekvensen av händelseförekomst, antas det att händelsehastigheten är loglinjär med avseende på prediktorerna av intresse. Att lösa denna ekvation ger frekvensförhållanden som jämför frekvensen av händelseförekomster hos försökspersoner med och utan ICD-händelser. Flera uttryck för mRNA-variantförekomsten kommer att beaktas, såsom den relativa förekomsten av varje variant individuellt, förekomsten av den individuella varianten som en funktion av det totala Na+-kanal-mRNA:t och förhållandet mellan trunkeringarna och Na+-kanalen i full längd mRNA. Regressionskoefficienten kommer att uppskattas för sambandet mellan den beroende variabeln, ICD-händelser och de oberoende variablerna som loggen för frekvenskvotsuppskattningarna. Statistisk signifikans kommer att bestämmas med hjälp av sannolikhetskvotstestet. Ett p-värde på 0,05 eller mindre kommer att anses vara statistiskt signifikant. Resultaten kommer att rapporteras som riskkvoten och dess associerade 95 % konfidensintervall. För att välja variabler som ska inkluderas i modellen, kommer vi att överväga, konservativt, de variabler med en annan fördelning mellan de två grupperna vid ett p<0,20. Möjligheten till multikolinearitet kommer att utvärderas. Linjära och icke-linjära termer kommer att beaktas. Variabelfördelningarnas normalitet kommer att testas med en normal sannolikhetsplot och med ett Shapiro-Wilk-test. Även om regression är ganska tolerant mot kränkningar i detta avseende, kommer omvandlingar att undersökas vid behov. Homoscedasticitet kommer att utvärderas genom plot av restvärden kontra förutsagda värden. Diskriminering av modellen kommer att utvärderas av ett övergripande C-index och valideras med bootstrap-metoder.

Förväntade resultat och fallgropar:

Vi räknar inte med några komplikationer med att ta blodprover, analysera mRNA-varianter eller utföra statistiken. Ändå är den största begränsningen för denna rättegång dess retrospektiva karaktär. Ändå kommer dessa data att vara användbara vid utformningen av framtida prospektiva försök.