心律失常的基因治疗
基因也就是我们熟知的“遗传因子”，多数存在于细胞核中，少数在细胞质的线粒体中，能够编码构成生物体的蛋白质，对人类身体基本构造、功能及有无疾病起到决定性的作用，但是，目前我们对于基因所知甚少，但随着医疗科学技术的进步，越来越多的功能性及致病基因得到破译，现在以及不远的将来，基因治疗能够治愈越来越多的疾病，甚至还能有治病以外的更多作用，比如强化体魄及增加智力。
基因治疗是指通过对细胞内某一靶基因的修复和/或替换来促进、抑制、补充或校正该基因的异常表达，使其表达产物（即相应蛋白质）的数量增加或减少、功能增强或减弱，从而影响疾病进程，最终达到治疗由特定基因异常所引起疾病的目的。基因治疗在临床医学中是一门较为年轻的学科，这一概念最初由Freedmann和Roblin两位学者提出。1990年，第一个基因治疗的临床试验开展，治疗腺苷脱氨酶缺乏性重度联合免疫缺陷病证实了该疗法的安全性和有效性。2012年，第一个基因治疗药物获得欧盟（CE）认证治疗脂蛋白脂肪酶缺乏症；2015年，第一个溶瘤病毒治疗药物获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准。近年来，基因治疗在免疫缺陷、血友病和骨骼肌疾病等单基因疾病治疗中取得了重大突破，而在心脏及肿瘤领域，基因治疗也已日渐成为新的热点，随着技术进展，有可能取代传统的治疗手段，获得更好的疗效。本部分将介绍不同类型心律失常中基因治疗的应用及研究进展。
1.窦房结功能障碍
正常心脏有节律地收缩依赖于窦房结的规律性电活动（窦房结的自律性），及其顺利向窦房结周围的心房组织传导，沿电路系统激动心脏，在生理情况下，窦房结的自律性在整个心脏中是最强的。窦房结自律性下降或窦房结周围组织的冲动传导功能下降均会表现为窦房结功能障碍，即病态窦房结综合征，导致心率显著减慢而引起一系列临床症状，目前临床治疗窦房结功能障碍最常见的手段为植入心脏起搏器，而基因治疗则可以通过模拟正常窦房结的自律性，达到提升心率的目的，即“生物起搏器”（图4-5-1）。
图4-5-1 窦房结的基因治疗——“生物起搏”
2002年，Miake等在动物模型中最初提出了生物起搏的概念，该模型通过抑制KCNJ2基因（编码内向整流钾电流IK1）使心室的静息膜电位发生去极化，从而提高心室肌细胞的自律性，但该方法因会导致QT间期延长和恶性室性心律失常而未被广泛研究及应用。
影响窦房结自律性最重要的电流是起搏电流If，这在本书第一章中介绍过。在人类心脏中，编码If电流通道蛋白的相关基因包括HCN1、HCN2、HCN4，动物实验发现，转导这些基因能够提升心肌细胞的自律性，但其仍明显低于动物心率的正常范围，且非常不稳定。在此基础上，将HCN2基因与编码腺苷酸环化酶、骨骼肌钠通道（SkM1）或内向整流钾电流的基因相结合，并转导至心脏特殊传导系统，会比单独干预心室肌细胞的HCN2产生更稳定的心肌自律性。
此外，在2013年，Kapoor等将转录因子TBX18转导至心肌细胞，这些细胞会产生诸多类似于窦房结细胞的形态和功能学改变，进一步的电生理分析发现，这些细胞的静息膜电位会发生除极化、IK1电流减弱且If电流增强，这些细胞的电生理改变均能够增强细胞的自律性。
综上，干预单个或多个编码心肌细胞离子通道的基因或转录因子，均能够提高心肌细胞的自律性，但是，怎样确保基因长期表达水平及功能的稳定性，如何将自律性控制在生理范围内，仍是目前尚未解决的问题，需要进一步研究探索。
2.心房颤动
心房颤动（房颤）是最常见的持续性快速性心律失常，发病率、致残率和死亡率高，且发病率随年龄增长而增加，据估算，我国目前至少有1000万房颤患者，而当前最有效的治疗方式是导管消融术，最高也只能达到2年内80%～90%的患者无房颤复发，但持续时间长、心房病变严重的患者，导管消融术的疗效并不尽如人意，因此有必要研发更有效的治疗手段。基因治疗有望通过靶向修复心房电生理重构和结构重构，以阻止房颤的发生和进展。(https://www.daowen.com)
KCNH2基因编码快速激活的延迟整流钾通道蛋白，通过抑制其表达，能够减少复极期K+离子外流，延迟心房肌细胞的复极过程，从而打断房颤持续所依赖的折返环并终止房颤发作。另外，缝隙连接蛋白是相邻心肌细胞之间的重要结构，对心脏发育、电偶联、电生理等方面都有影响，上调缝隙连接蛋白Cx40和Cx43的基因表达，可以通过加速心房肌细胞的电传导、降低心房肌细胞传导的各向异性来终止房颤发作，而且能够避免其他基因治疗潜在的致心律失常风险。
此外，逆转心房肌细胞的电生理重构和结构重构也能够抑制房颤的发生和进展。Trappe教授报道，将作用于Caspase3（一种心肌细胞凋亡蛋白）的小干扰RNA转导至心房组织，能够有效抑制心房肌细胞凋亡、增加心房肌传导速度，并延迟房颤发作，但该疗法对纤维化引起的心房结构重构疗效欠佳。
总的来说，房颤并非单一基因异常所引发的疾病，其疾病的发生、进展与多种不同类型的基因蛋白相关，这对基因治疗的实际应用是个巨大挑战。期待更多的研究能带来更好的结果，为将来的临床应用做好铺垫。
3.遗传性室性心律失常
遗传性室性心律失常包括长QT综合征（long QT syndrome，LQTS）、Brugada综合征、儿茶酚胺敏感性室速（catecholaminergic polymorphic ventricular tachycardia，CPVT）、短QT综合征、早复极综合征等，这些遗传性室性心律失常往往为单基因遗传性疾病，主要是编码离子通道蛋白质的基因异常，导致心脏电路系统故障，起病年龄小，可能会引发恶性室速/室颤从而导致心源性猝死，危害巨大，现有治疗手段主要是识别高危患者后植入ICD以预防猝死，但仍未有根治性的治疗措施，非常需要基因治疗的突破性进展。
长QT综合征是心肌细胞复极异常导致触发活动或折返机制引起室性心律失常。Brunner教授报道，可通过抑制一种钾离子通道（Kv1.1）的表达，构建长QT综合征小鼠模型，而在该模型中上调另一钾通道（Kv1.5）的表达能够缩短动作电位时程和QT间期，但该方法的缺陷在于采用小鼠作为动物模型，其心肌细胞动作电位和离子流与哺乳动物和人类相差较大，因而能否在人类中发挥作用仍不得而知。
CPVT的发生机制是心肌细胞肌浆网的钙离子释放出现异常，导致心肌细胞内钙离子浓度异常增高而引发室性心律失常。在CASQ2（一种编码肌浆网表面钙通道的基因）依赖的CPVT模型中转染野生型CASQ2基因，能够使心肌细胞内钙调控恢复正常并有效预防室性心律失常的发生。尽管该疗法对人体是否有效仍有待进一步证实，但这种尝试为CPVT患者带来了新的希望。
对室性心律失常的基因治疗主要是针对心律失常的发生机制，且多数针对单一的离子通道相关基因，因而特异性较高，尤其是遗传性室性心律失常，目前已发现明确的致病基因，相信随着研究的深入，很快就会有新的，具有突破性的治疗手段出现。
4.心肌梗死相关室性心律失常
心肌梗死发生后，梗死及邻近部位会出现多重缓慢传导电通道，形成一个或多个折返环路。折返机制是心肌梗死相关室性心律失常的主要机制，在心肌梗死恢复早期，心肌细胞缝隙连接蛋白、钠通道、钙通道和钾通道表达水平的下调和功能障碍改变心肌细胞兴奋性，使复极发生异常，并减慢心肌细胞电传导，因而容易产生一些严重的室性心律失常。通过延迟复极或加快传导的基因治疗，能有效终止和预防心肌梗死相关性室性心律失常的发生。
转染编码SkM1钠通道的基因，能够恢复心肌细胞兴奋性、加快传导并减少电传导的各向异性，从而降低室性心律失常的易感性。此外，转导缝隙连接蛋白Cx43、编码钾通道的基因KCNH2，能够改善心肌细胞的电传导、延长动作电位时程，从而抑制室性心律失常的发生。
本部分简单介绍了目前已经发表的一些关于心律失常基因治疗的研究，均为动物实验，由于基因治疗的不稳定性，在疗效及安全方面的不确定性，以及基因编辑伦理等问题，目前并未实际应用于人体。不过，可以看到，基因治疗确实是这一领域的未来发展趋势，相信随着技术进步，在不远的将来就能够看到其应用于临床，而不是仅出现于科幻作品中。