常见的线粒体病及诊断

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1、常见的线粒体病及诊断常见的线粒体病及诊断线粒体病是指线粒体 DNA 的缺陷所造成的疾病，包括线粒体 DNA 的重复、 缺失及点突变。线粒体 DNA 缺陷的遗传方式非常特殊，是母体对子代的垂直遗 传，不受子代性别的影响。这是由于受精卵的全部线粒体 DNA 来自卵细胞，精 子不提供任何线粒体1。线粒体 DNA 缺陷的另一个特点是不同家系之间、不同 个体之间的临床表现可以有很大差异。造成这种变异的原因很多，例如细胞内 发生 DNA 突变的线粒体数量与正常线粒体数量的比例。只有当含有突变 DNA 的 线粒体超过一定数量时，细胞功能的异常才能得以表达，这就是“阈值效应” 。 在有丝分裂过程中，子代细胞内

2、正常线粒体与 DNA 突变线粒体的比例不仅可能 与亲代细胞不同，而且两个子代细胞之间也不相同。子代细胞之间线粒体的差 异，造成不同组织的细胞之间有线粒体成分的差异，因此同一家系的不同个体， 由于各种组织受累程度的不同，其临床表现就可能有不同2。 一、常见的线粒体病主要有：一、常见的线粒体病主要有： 线粒体神经胃肠脑肌病线粒体神经胃肠脑肌病(MNGIE)(MNGIE) 由 mtDNA 上的胸腺嘧啶磷酸酶基因 22q13 突变引起3，通常在 20 岁之前发病，发病时会出现反复发生异常疼痛、呕吐、 腹泻，并伴有进行性外展神经麻痹、痴呆伴脑白质营养不良、感觉丧失及肌肉 无力等神经症状，放射诊断显示胃肠

3、蠕动迟缓、胃张力缺乏、十二指肠膨胀。 肌阵挛性癫痫伴肌肉蓬毛样红纤维综合征肌阵挛性癫痫伴肌肉蓬毛样红纤维综合征(MERRF)(MERRF) 是以进行性肌阵挛伴癫 痫、共济失调、肌病、耳聋和轻度痴呆为特征的母系遗传病。患者肌纤维紊乱、 粗糙，线粒体形态异常并在骨骼肌细胞中积累，大多数有慢性进行性痴呆,部分 有感觉性听力丧失、颈肩部脂肪过多。曾怀疑肌阵挛性癫痫伴肌肉蓬毛样红纤 维综合征是由于 m tDNA 的变异引起，但后来的研究表明 M ERRF 是由于线粒体 tRNA 的 8344 或 8356 或 8363 位碱基的点突变引起的疾病4。 慢性进行性眼外肌麻痹综合征慢性进行性眼外肌麻痹综合征(

4、KSS)(KSS) 由于 mtDNA 大片段缺失所致的一种粒 体病，20 岁以前发病，主要表现为眼肌麻痹、色素性视网膜炎,视力丧失，小 脑共济失调、痴呆, 心肌传导功能障碍和脑脊液蛋白增多等症状。某些病人也 有视神经萎缩、听力丧失、心肌病、肾衰、糖尿病、乳酸酸中毒和慢性腹泻。 mtDNA 片段的缺失起源于胚胎发生早期，多发生于重链与轻链两个起始点之间， 有明显家族史, 并且这些病变的严重程度差异很大5。 线粒体脑肌病伴高乳酸血症和卒中样发作综合征线粒体脑肌病伴高乳酸血症和卒中样发作综合征(MELAS)(MELAS) 多是由 mtDNA 第 3243 或 3271 或 3252 或 3291 号

5、碱基6发生点突变造成的一种线粒体疾病,其中 由第 3243 号碱基突变引起的病例最常见，由第 3252 与 3291 号碱基突变引起 的病例很少见。该病在 2-10 岁儿童中多发，患病儿童多表现为表现为发育迟缓,反 复性头痛、反复癫痫发作、智力迟钝、听力减弱、呕吐、抽搐、易疲劳等。代 谢检查显示多数病例乳酸酸中毒,肌活检查显示破碎红纤维,血管染色显示琥珀 酸脱氢酶强阳性，CT 检查可见枕叶脑软化,病灶范围与主要脑血管分布不一致, 常见脑萎缩、脑室扩大和基底节钙化。 原发性线粒体脑病原发性线粒体脑病 LeighLeigh 综合征综合征 是由于 nDNA 或 mtDNA 突变所引起的一组 以基底节

6、、小脑、丘脑血管增生和多部位对称性海绵状变性为特征的遗传病。 nDNA 突变导致的 COX 缺陷, mtDNA 上 ATP 酶基因 6 T8993G 和 T8993C 的突变, 亮氨酸 tRNA 的 A3243G 和赖氨酸 tRNA 的 G8344A 的突变都可以引起 Leigh 综合 征7。患病者通常在出生后 1-2 年内出现进食困难、生长发育迟滞和张力低下,随 后出现生长退化、眼外肌麻痹、视神经萎缩、癫痫发作和窒息，一般发作数年后死亡，期间会出现反复性恢复和复发。MRI 发现下丘脑核团、脑干、基底节、 小脑干和脑室周围有损伤性病灶,之后脑会出现慢慢萎缩，当基底节到受影响时, MRI 和光镜

7、分析发现乳酸增加。 LeberLeber 遗传性视神经病遗传性视神经病(LHON)(LHON) 是一种主要累及黄斑束纤维,导致视神经退 性变的线粒体性遗传病。该病母系遗传病且倾向于男性发病，发病原因主要是 由于 mtDNA 第 11778 碱基对发生突变引起8，一般在 20-30 岁发病，最初的症 状表现是视神经中心部机能消失, 随后色觉丧失、失明，且视力很少能恢复,另 外还伴有神经、心血管及骨骼肌等系统异常。 PearsonPearson 综合征综合征 是一种由 mtDNA 缺失或加倍所致一种线粒体疾病。多发生 于婴儿时期，主要影响骨髓,表现为各类血细胞（白细胞、血小板、巨噬细胞） 减少性贫

8、血, 张力减低、生长停滞、身材矮小等症状，患儿多死于骨髓衰竭和 反复输血并发症，而且患儿很少能活过婴儿期，就算存活也多发展成 KSS 综合 征,有乳酸酸中毒、生长落后、胰腺功能障碍、线粒体肌病、进行性神经系统功 能障碍等。 二、线粒体病的临床诊断二、线粒体病的临床诊断 DNADNA 检测：检测：线粒体病 mtDNA 突变主要为点突变和大片段缺失。检测 mtDNA 点突变最常用的方法是聚合酶链反应-限制性片段长度多态性( PCR-RFLP)分析, 检测时应对所有可能出现的突变进行检测, 常见的突变主要有 A3243G、T3271C、A8344G、G8363A、T8993C /G、T9176C、A

9、1555G、G13513A。 对 mtDNA 片段缺失的检测通常可采用长片段 PCR 方法和 Southern 转膜法。长片 段 PCR 方法是选择两对引物分别扩增 mtDNA5200216427 和 1575625739 两个片 段,根据扩增产物的琼脂电泳条带来判断有无缺失。对有片段缺失的样本,可通 过限制性内切酶消化,琼脂电泳,对缺失的部位进行粗略定位。再据此设计出引 物,对含有缺失的部位进行 PCR 扩增,然后对扩增的产物进行直接测序以明确缺 失的确切部位。 生化检测：生化检测：线粒体呼吸链功能缺陷的生化检查对线粒体病基因诊断的选择 具有一定的指导意义。对于有 nDNA 突变引起的隐性遗

10、传病通常会引起严重的酶 复合物活性下降，而对于有 mtDNA 缺陷引起的隐性遗传病酶复合物活性可以从 正常到一个或多个联合缺陷等多种情况。聚丙烯酰胺凝胶电泳( PAGE) 可以用 来检测复合物的完整性，尤其用于复合物活性的检测。CN-PAGE 能更干净有 效地将复合物从线粒体内膜上分离出来。 乳酸和丙酮酸的水平在一定程度上反映了线粒体的功能，因此对乳酸和丙 酮酸进行检测对线粒体病的诊断是很有意义的。对线粒体疾病的诊断一般测定 有氧和无氧情况下运动前后的乳酸和丙酮酸水平。在患有 MERRF 综合征、 KSS、Leigh 和处于 MELAS 综合征急性发作期的患者的血清和脑脊液中均有乳酸 和丙酮酸

11、增高的现象9。乳酸和丙酮酸同时增高或其比值异常，均不能确诊为 是线粒体病，不排除是其他疾病的可能性，如要确诊还需行肌活检组织中的线 粒体呼吸链酶复合体的测定、肌后活检组织病理学检查和分子生物学分析。 肌肉活检肌肉活检：对某些疑似线粒体病进行肌肉活检是很有必要的,有助于排除其 他神经肌肉疾病。多数线粒体病的患者肉膜下会出现破碎样红纤维（RRF）, 肌 纤维细胞色素 C 氧化酶（COX）缺失, 血管琥珀酸脱氢酶(SDH)反应增强的现象。 因此，对疑似线粒体病的肌肉活检主要是对这三种物质的检测、但也有一部分 线粒体病,如 Leber 遗传性视神经病、Leigh 脑病和神经源性肌无力、共济失调 和视网

12、膜色素变性(NARP)综合征,其肌肉活检完全正常或仅表现为肌纤维轻度大小不等。并且,RRF 和 COX 缺失纤维也不是线粒体病特有的病理变化，因此，肌 活检正常并不能排除线粒体病的诊断，还需要借助于其他的诊断方法。参考文献1 LarssonN G, Clayton D. Molecular genetic aspects of human mitochondrial disorders. Annu Rev Genetics, 1995, 29:151 2 Sherratt E J, Thomas A W, Alcolado J C. Mitochondrial DNA defects: a w

13、idening clinical spectrum of disorders. Clin Sci, 1997, 92:225. 3 Nishino I, Sp inazzola A, Hirano M. Thymidine phosphorylase gene mutations in MNGIE, a human mitochondrial disorder. Science, 1999, 283: 6892692. 4 Michelangelo M, Lucia P, Massimiliano F. MERRF syndrome withoutragged - red fibers: Th

14、e need formolecular diagnosis. Biochemical and Biophysical Research Communications, 2007, 354 (4):1058 5 Lax NZ，Campbell GR，Reeve AK，et alLoss of myelin associatd glycoproteinin Kearns-Sayre syndrome.Arch Neurol,2011 6 Chomyn A, Enriquez J A, Micol V et al. The mitochondrial myopathy encephalopathy,

15、 Iacticacidosis and stroke - like ep is ode syndrome associated human mitochondrial tRNALeu (UUR) mutation causes aminoacylation deficiency and concomitant reduced association of mRNA with ribosomes. Journal of Biological Chemistry, 2000, 275 (25):19198 7 Wallace DC, Diseases of the mtDNA J. Ann Rev

16、 Biochem , 1992,(61):1 175-1 212. 8 Yan li J, Xiao yun J, Qing jiong Z. mtDNA hap logroup distribution in Chinese patients with Lebers hereditary optic neuropathy and G11778A mutation. Biochemical and Biophysical Research Communications, 2007, 364 (2) 238. 9 Hirano M, Ricci E, Koenigsberger MR, et al, MELAS; an original and clinical criteria for diagnosisi J.Neuromusc Disord,1992,2;125-135.