心力衰竭试验中的钠通道剪接 (SOCS-HEFT)

科学背景及意义

介绍：

在美国，充血性心力衰竭 (CHF) 是一个主要的医疗保健问题。 据估计，美国约有 500 万患者患有 CHF，每年有近 550,000 人被诊断出患有这种疾病。 1 众所周知，心源性猝死更常发生在结构性心脏病的情况下。 此外，心脏性猝死的风险在心力衰竭人群中高出 6 至 9 倍，心律失常可能是 CHF 患者死亡的主要原因。 2,3 目前，美国心脏病学会和美国心脏协会都赞同在缺血性心肌病、合理的预期寿命和射血分数降低到 40% 以下（I 类，水平证据 A）。4 此外，对于满足相似要求且射血分数低于 35% 的非缺血性心肌病患者，建议放置 ICD（I 类，证据水平 B）。4 尽管有这些突发性心脏病一级预防的建议因植入 ICD 而死亡，超过一半接受装置的患者可能不会经历需要 ICD 电击输送的心律失常事件。 3 ICD 设备平均花费 20-50,000 美元，不包括手术和后续费用。 目前，心源性猝死的风险分层和是否需要放置 ICD 基本上取决于对左心室射血分数的评估。 用于风险分层的其他方法是信号平均心电图 (ECG) 和另一种称为 T 波电交替的心电图技术。 尽管这些方法是 FDA 批准的心脏死亡风险预测方法，但考虑到实施这些方法的设备和人员成本，这些技术在美国并未得到广泛应用。 因此，需要对心力衰竭人群中心源性猝死的发展进行风险评估的替代测试。

钠离子通道和 SCN5A 基因的作用：

心脏电压门控钠 (Na+) 通道 SCN5A 是产生心肌电传播电流的主要通道，是许多抗心律失常药物的靶点。 心脏 Na+ 通道的表达缺陷会导致心律失常风险增加，Brugada 综合征中的猝死就是明证。 5 SCN5A 突变也与遗传性长 QT 综合征有关，可导致致命性心律失常的发展，如心室颤动和尖端扭转型室性心动过速。 6 此外，还提出存在 SCN5A 基因突变并增加药物引起的心律失常的风险。 7 已经进行了许多研究来阐明这种对河豚毒素不敏感的钠通道在疾病状态中的作用。 已经证明，扩张型心肌病中的突变钠通道可能会根据主要 Na+ 通道 α 亚基的特定突变类型发挥不同的作用。 8 具体来说，Nguyen 等人已经证明，这些突变可能导致生理功能发生变化，例如动作电位上升时间变慢、稳态期间晚期钠电流增强或失活受损。 8 SCN5A 基因的其他突变与特发性心室颤动患者 Na+ 通道失活的电压依赖性变化有关。 9 其他研究得出结论，晚期钠电流失活减少可能有助于动作电位延长。 10 一种不同的 SCN5A 基因异常，即 E161K 突变，已被证明会导致钠电流密度降低和细胞膜半数最大活化电位发生 11.9 mV 正向偏移。 11 因此，Na+ 通道的突变会导致通道行为改变和心律失常。

瓦尔迪维亚等。证明在狗模型中峰值钠电流密度降低了 39%，在移植的衰竭人类心脏中降低了大约 57%，尽管机制尚不清楚。 10 尽管我们对心力衰竭的电生理变化及其与心律失常发生的关系的理解仍不清楚，但可以推断钠处理的中断——可能是细胞内钠的增加——也可能通过 Na+/Ca2+ 交换器的作用导致钙稳态的变化。 12,13 总的来说，INa 的这种变化可能会在心肌衰竭的情况下显着导致心律失常。

在基因组水平上，研究主要集中在 SCN5A 基因突变在心律失常发生中的作用。 8,9,14-16 尽管如此，我们最近描述了 Na+ 通道信使 RNA (mRNA) 的获得性缺陷，这些缺陷会导致 Na+ 电流减少并且仅发生在衰竭的心脏中。 三个 3' 末端 SCN5A mRNA 剪接变体在衰竭的人心室中被鉴定和表征。 预计这些剪接变体会导致缺乏适当结构域 IV 孔区域的非功能性钠离子通道的翻译。 非功能性钠通道基因产物的这三种剪接变体表示为 E28B、E28C 和 E28D。 与对照组相比，CHF 患者的全长 mRNA 亚型 E28A 的相对水平降低了 24.7%。 此外，该基因产物的两个截短版本在心力衰竭患者中增加，反映了心力衰竭中 SCN5A 基因产生的获得性遗传异常。 同时，与对照组相比，CHF 患者的 E28C 和 E28D mRNA 丰度分别增加了 14.2 倍和 3.8 倍。 为了确认截断变异可能导致心律失常风险，我们创建了一个基因靶向小鼠模型，该模型在外显子 28 处发生了无义突变。 还检查了该基因截断存在的电生理效应。 结果发现动作电位上升率降低 (p=0.02, n=11), 动作电位幅度从 76 ± 1.4 mV 降低到 52 ± 0.6mV (p≤0.01, n = 11）。 通过检查微电极阵列上心肌细胞的双极场电位 (FP)，研究了这种截断的综合效应。 17 观察到从 WT 的 -1126 ± 314 μ​​V (n=6) 到 FP 振幅的 332 ± 174 微伏 (n=7)，减少了 70.5% (p<0.05)。 通过这种方法进行的额外测量显示，与正常对照相比，突变细胞的 FP 上升延迟和传导速度减慢，这表明截断突变体可能导致电异常严重到足以导致心律失常风险。 此外，我们发现淋巴细胞处理钠通道的方式与心肌细胞类似。 因此，淋巴细胞 SCN5A mRNA 加工可作为替代标志物在心脏水平评估 SCN5A，并可能与高危人群的心律失常风险相关。 本研究将评估这一说法。

具体目的/目标：

研究目标一：

确定 CHF 患者和基线射血分数低于 35% 与相似年龄组的正常对照相比 SCN5A mRNA 剪接变体的丰度。

研究目标 2：

比较接受过和未接受过 ICD 休克治疗的 ICD 装置患者的 SCN5A mRNA 剪接变异体的丰度。

性能研究站点：

伊利诺伊大学医学中心和杰西布朗 VA 医学中心。

主要研究人员：

这项研究的首席研究员将是博士。 医学博士塞缪尔·达德利 (Samuel Dudley)。 Dudley 博士是芝加哥伊利诺伊大学心脏病科主任。 他是一位医学教授，也是心血管医学和生理学领域的一位出版作家。

研究方法：

学习规划：

研究目标 1：我们将在没有心力衰竭的患者中将白细胞 Na+ 通道剪接变体的数量与射血分数相关联。

研究目标 2：我们将白细胞 Na+ 通道剪接变体的数量与植入 ICD 患者的适当 ICD 电击次数相关联。

研究干预：

这项研究不需要改变护理标准。 所有研究参与者将在入组时接受静脉切开术。

样品采集和处理：

将从伊利诺伊大学芝加哥分校 (UIC) 或杰西布朗退伍军人事务医疗中心 (JBVAMC) 的研究参与者中抽取约 15 毫升血液，他们已对静脉切开术和研究参与给予知情同意。 样本将由研究人员（协调员、CO-PI 等）立即运送到临床科学大楼 (CSB) 1133 室的 Dudley 博士 (PI) 实验室，以便在收集后 2 小时内进行处理。 将测量 mRNA 的水平，并且一​​些处理过的样品可能会在同一实验室的 -80° F 冰箱中储存长达 7 年。 样品不会在 JBVAMC 或任何其他设施中储存或处理。

统计考虑：

Na+ 通道 mRNA 变体丰度的关系将在有和没有心力衰竭的受试者以及有和没有 ICD 事件的受试者中进行比较。 主要终点将是 mRNA 变体丰度的比较。 因变量将包括目标 1 的心力衰竭和目标 2 的电击次数。每个目标所需的患者数量取决于测试的方差、预期的平均差异以及对需要的协变量数量的一些考虑在回归分析中进行分析。 以前，我们表明最不敏感的措施是将 E28A 丰度降低 24%。 如果我们假设在目标 1 和 2 中会发生相同的百分比减少，那么我们将需要每组中大约 45 名患者有 90% 的能力来检测这种差异，假设由于化验中的技术错误导致 10% 的损失率. 因此，整个试验总共需要 180 名患者，其中 45 名心力衰竭患者、45 名对照患者、45 名发生事件的 ICD 患者和 45 名未发生事件的患者。

基线数据将表示为连续变量的平均值±标准偏差 (SD) 和分类变量的频率。 将分别对分类变量和连续变量使用 Fisher 精确检验和 Mann-Whitney 检验来检验组间基线特征的差异。 因为记录的 ICD 事件数是观察时间的函数，泊松回归将用于对任何关系建模。 在此模型中，假定观察到的 ICD 事件数服从泊松分布。 也就是说，对于给定的时间段，发生一定数量事件的概率是事件发生率乘以观察持续时间的函数。 为了估计 mRNA 变体对事件发生率的影响，假设事件率与感兴趣的预测因子呈对数线性关系。 求解这个方程给出了比率，比较了有和没有 ICD 事件的受试者的事件发生率。 将考虑 mRNA 变体丰度的多个表达式，例如每个变体的相对丰度、单个变体的丰度作为总 Na+ 通道 mRNA 的函数，以及截断与全长 Na+ 通道的比率mRNA。 将估计因变量、ICD 事件和自变量之间关系的回归系数作为比率估计值的对数。 统计显着性将通过使用似然比检验来确定。 0.05 或更小的 p 值将被视为具有统计显着性。 结果将报告为风险比及其相关的 95% 置信区间。 为了选择要包含在模型中的变量，我们将保守地考虑那些在 p<0.20 时在两组之间具有不同分布的变量。 将评估多重共线性的可能性。 将考虑线性和非线性项。 变量分布的正态性将通过正态概率图和 Shapiro-Wilk 检验进行检验。 虽然回归在这方面对违规行为相当宽容，但将在必要时调查转换。 同方差性将通过残差与预测值的关系图来评估。 模型的辨别力将通过整体 C 指数进行评估，并通过引导方法进行验证。

预期结果和陷阱：

我们预计采集血样、分析 mRNA 变异或进行统计不会出现任何并发症。 然而，该试验的主要局限性在于其回顾性。 然而，这些数据将有助于设计未来的前瞻性试验。