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【佳學(xué)基因檢測(cè)】線粒體?。∕ITOCHONDRIOPATHY）基因解碼、基因檢測(cè)

線粒體病基因檢測(cè)概述

線粒體?。╩itochondriopathy）基因檢測(cè)主要是通過基因序列分析檢測(cè)遺傳性氧化磷酸化功能缺陷使ATP合成障礙而導(dǎo)致的一組疾病，也稱為線粒體細(xì)胞病。線粒體基因或核基因突變均可以導(dǎo)致該病的發(fā)生，遺傳方式可以呈常染色體顯性、常染色體隱性、X連鎖、母系遺傳或者散發(fā)性發(fā)病。

對(duì)于線粒體病的研究可以追溯到20世紀(jì)中葉，1931年Alpers首先報(bào)道一例以大腦灰質(zhì)受累為主的神經(jīng)遺傳性疾病，被稱為Alpers病。1951年Leigh首先描述了以腦干對(duì)稱性壞死為特點(diǎn)的一組疾病，被稱為L(zhǎng)eigh綜合征。1958年Kearns和Sayre等報(bào)道了一例進(jìn)行性眼外肌癱瘓伴隨視網(wǎng)膜色素變性和心肌病的患者，被稱為Kearns-Sayre綜合征（Kearnss-Sayre syndrome，KSS)。 1962年Luft等新穎報(bào)道一例以骨骼肌極度不能耐受疲勞為特點(diǎn)的患者，生化研究證實(shí)為線粒體氧化磷酸化脫偶聯(lián)引起，新穎提出線粒體病的概念。1966年Shy等報(bào)告一例肌病兒童，其肌肉存在線粒體形態(tài)學(xué)異常，在光鏡下用改良Gomori三色染色發(fā)現(xiàn)線粒體聚集的肌細(xì)胞內(nèi)，在肌纖維周邊形成許多紅染顆粒，稱不整紅邊纖維（ragged red fiber,RRF);電鏡下發(fā)現(xiàn)線粒體明顯腫大或數(shù)目增多等。在20世紀(jì)70年代，因?yàn)樯兔附M織化學(xué)技術(shù)的發(fā)展，Leigh綜合征和KSS被證實(shí)為線粒體病。

1988年，發(fā)現(xiàn)線粒體DNA（mtDNA）突變可以導(dǎo)致人類疾病，為線粒體病研究史的里程碑。同年，Holt等在線粒體肌病患者中發(fā)現(xiàn)mtDNA缺失。Wallace等則在Leber遺傳性視神經(jīng)?。↙eber hereditary opticneuropathy, LHON）患者中發(fā)現(xiàn)存在mtDNA蛋白編碼基因的點(diǎn)突變。到目前為止已發(fā)現(xiàn)幾百種mtDN人致病性突變。除了mtDNA突變外，近年來還相繼發(fā)現(xiàn)一些核基因突變引起的線粒體病，這些發(fā)現(xiàn)極大地豐富了我們對(duì)線粒體病的認(rèn)識(shí)，也形成了目前的線粒體病類型（表7-1)。

表7-1 線粒體疾病的主要類型

綜合征基因突變 RRF LA

線粒體病 mtDNA 3250 ﹢ –

CPEO和KSS mtDNA 3243或片段缺失 ﹢ –

Leigh綜合征和NARP mtDNA 8993 – ﹢

MERRF mtDNA 8344 ﹢ –

MELAS mtDNA 3243 ﹢ ﹢

LHON mtDNA 3460,4160，11778 – –

MNGIE TP ﹢ –

Alpers病 POLG1 – –

線粒體病流行病學(xué)

近十年間全球進(jìn)行了幾項(xiàng)線粒體病的流行病學(xué)研究，最早的一項(xiàng)研究是在芬蘭北部，Majamaa等對(duì)臨床疑診為線粒體病的患者進(jìn)行了血液mtDNA A3243G點(diǎn)突變的篩查，發(fā)現(xiàn)在該地區(qū)成人中A3243G點(diǎn)突變的攜帶率為16.3/100 OOO. Chinnery”等對(duì)英國(guó)北部的成人進(jìn)行線粒體病的篩查，發(fā)現(xiàn)7.59/100 000的成年人攜帶有明確的mtDNA突變，而攜帶明確致病基因突變且發(fā)病的線粒體病的患病率為6.57/100 000,其中A3243G突變的檢出率為1.41/100 000。在英國(guó)北部對(duì)新生兒進(jìn)行十種常見的mtDNA點(diǎn)突變篩查發(fā)現(xiàn)攜帶率達(dá)1/200，其中A3243G點(diǎn)突變的陽性率最高，達(dá)0.14% (4/2810)0最近日本的一項(xiàng)研究表明在AIELAS的患病率達(dá)0.58/100 000。我國(guó)尚無線粒體病的流行病學(xué)資料。

線粒體病發(fā)病機(jī)制

線粒體是位于細(xì)胞質(zhì)中的一種膜性細(xì)胞器，人體除成熟的紅細(xì)胞外，其他細(xì)胞都含有數(shù)量不等的線粒體，線粒體的膜為脂質(zhì)雙層膜，其內(nèi)有膜性的線粒體嵴含有mtDNA，所以線粒體也是一種半自主復(fù)制的細(xì)胞器。線粒體可以完成多種生物化學(xué)反應(yīng)，包括三羧酸循環(huán)、丙酮酸氧化、脂肪酸代謝、固醇代謝以及氧化磷酸化過程。此外線粒體還參與細(xì)胞分化、細(xì)胞信息傳遞、細(xì)胞內(nèi)鈣離子穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)和細(xì)胞凋亡等。氧化磷酸化系統(tǒng)也稱為線粒體呼吸鏈，是線粒體的主要功能之一，由5個(gè)酶復(fù)合體（Ⅰ~Ⅴ）組成，位于線粒體內(nèi)膜上。酶復(fù)合體Ⅰ~Ⅴ分別由46、4、11、13和16個(gè)亞單位組成，這些蛋白多肽由核基因和線粒體基因共同編碼，主要功能是將丙酮酸和脂肪酸等底物氧化成水和二氧化碳，在此過程中產(chǎn)生三磷酸腺昔，從而為細(xì)胞的活動(dòng)提供能量。

線粒體基因突變所導(dǎo)致的線粒體病患者肌肉活檢可以發(fā)現(xiàn)RRF。嬰兒型還可以發(fā)現(xiàn)COX陰性肌纖維。MRI檢查可以發(fā)現(xiàn)嬰兒型患者基底節(jié)病變。KSS和CPEO可見散在的RRF、COX陰性的肌纖維以及SDH染色可見深染纖維。MELAS肌肉病理檢查在多數(shù)患者肌肉中可發(fā)現(xiàn)RRF, RRF的COX活性可以缺乏，也可以升高，肌肉中常發(fā)現(xiàn)SDH強(qiáng)陽性的血管（SSV), SSV在COY染色中也呈陽性。

KSS患者的大腦白質(zhì)、腦干、小腦及脊髓可見空泡樣變和海綿樣退變，神經(jīng)元變性也較常見，并伴星形膠質(zhì)細(xì)胞增生和毛細(xì)血管增生，大腦皮質(zhì)、基底節(jié)、紅核、前庭核和動(dòng)眼神經(jīng)核也可受累，小腦普肯耶細(xì)胞常丟失，蒼白球和丘腦可見礦物質(zhì)沉積。

MELAS腦病理檢查可見蛛網(wǎng)膜下腔和皮質(zhì)小血管異常增多，管壁厚薄不均，腦皮質(zhì)、皮質(zhì)下白質(zhì)、基底節(jié)、丘腦、腦干及小腦可見多發(fā)性灶性海綿樣改變，其內(nèi)出現(xiàn)神經(jīng)細(xì)胞丟失，伴隨星形細(xì)胞增生和小血管增多等，嚴(yán)重部位呈囊狀改變。病變范圍不符合動(dòng)脈血管分布特點(diǎn)。電鏡下發(fā)現(xiàn)顱內(nèi)血管平滑肌和內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)線粒體增多，以軟腦膜小動(dòng)脈及直徑250um的動(dòng)脈較明顯。

MERRF腦病理可見齒狀核、紅核及蒼白球發(fā)生退行性變，下橄欖核、小腦皮質(zhì)、藍(lán)斑、薄束核、楔束核及腦橋被蓋部也發(fā)生變性和膠質(zhì)增生萎縮。脊髓可見后索薄束及楔束、脊髓小腦束和皮質(zhì)脊髓束變性，神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞增生，脊髓前角細(xì)胞常保持完好。

Leigh病的腦病理可見丘腦、中腦、腦橋、延髓和脊髓的雙側(cè)對(duì)稱的海綿狀壞死灶，伴隨局部神經(jīng)細(xì)胞丟失、血管及膠質(zhì)細(xì)胞增生。急性起病的病例可能會(huì)有輕度的局部出血改變?；坠?jié)區(qū)的病變是其特征。周圍神經(jīng)有可能出現(xiàn)脫髓鞘改變。此病的中樞神經(jīng)系統(tǒng)分布及組織學(xué)表現(xiàn)類似Wernicke腦?。虬匪厝狈λ拢?，但Leigh病的病變范圍更為廣泛，有時(shí)涉及紋狀體以及大腦皮層。

Alper病的腦組織病理顯示皮層受累為主，尤其以枕葉皮層常受累及，包括神經(jīng)元丟失，海綿樣變性和膠質(zhì)細(xì)胞增生。MNGIE的周圍神經(jīng)病理檢查發(fā)現(xiàn)軸索脫失，有些出現(xiàn)脫髓鞘特點(diǎn)。腸道平滑肌細(xì)胞和神經(jīng)節(jié)細(xì)胞內(nèi)也存在大量的異常線粒體。

線粒體病基因解碼是如何指導(dǎo)基因檢測(cè)的？

1.人類mtDNA為含有16 569個(gè)堿基的雙鏈環(huán)狀DNA分子。每個(gè)線粒體內(nèi)有2-10個(gè)拷貝的mtDNA。線粒體DNA共編碼37個(gè)基因，包括22個(gè)tRNA基因、2個(gè)rRNA基因(12S和16S rRNA)和13個(gè)蛋白多肽的編碼基因。其中線粒體DNA編碼的13種蛋白質(zhì)產(chǎn)物均參與組成呼吸鏈，包括酶復(fù)合體Ⅰ（NADH脫氫酶）的7個(gè)亞單位、酶復(fù)合體Ⅲ（細(xì)胞色素C還原酶）的1個(gè)亞單位、酶復(fù)合體Ⅳ（細(xì)胞色素C氧化酶，cytochrome C oxidase，COX）的3個(gè)亞單位（COXⅠ-Ⅲ）和酶復(fù)合體V(ATP合成酶）的2個(gè)亞單位。

2.原發(fā)性mtDNA突變約20%的線粒體病為mtDNA突變所致，在病因已經(jīng)明確的線粒體病中，大部分都是因?yàn)樵l(fā)性mtDNA缺陷導(dǎo)致。mtDNA遺傳特性與核DNA不同，具有以下四個(gè)特點(diǎn)：

（1）母系遺傳特點(diǎn)：受精卵的線粒體全部來自卵細(xì)胞，所以母親可能將mtDNA傳遞到所有子代，只有女兒才能將mtDNA傳遞給下一代。

（2）突變異胞質(zhì)性：病理性突變多為部分性而非“全和無”現(xiàn)象，同一個(gè)線粒體中可能同時(shí)含有正常的和突變的mtDNA分子，同一個(gè)細(xì)胞中也可能同時(shí)含有不含mtDNA分子的正常線粒體和含不同數(shù)量的突變mtDNA分子的異常線粒體。

（3）突變的閾值效應(yīng)：突變型與正常型mtDNA的相對(duì)比例達(dá)到一定水平才能引起線粒體功能障礙，功能障礙的線粒體只有達(dá)到一定數(shù)量后才能導(dǎo)致組織器官的功能異常而表現(xiàn)出臨床癥狀，不同組織和器官因其對(duì)能量依賴程度的不同，其突變閾值也不相同。由于mtDNA突變的上述特點(diǎn)導(dǎo)致患者臨床表現(xiàn)的差異，例如一女性攜帶者其細(xì)胞內(nèi)突變型mtDNA未達(dá)到閾值而未發(fā)病，她可將mtDNA突變向后代傳遞，其子女中得到較多突變型mtDNA的個(gè)體可能發(fā)病而得到較少突變型mtDNA的個(gè)體病情較輕或不發(fā)病。線粒體DNA突變特征、異胞質(zhì)性程度及組織氧化代謝需要等三種因素決定mtDNA突變的嚴(yán)重程度。

mtDNA突變的類型包括點(diǎn)突變、缺失、重復(fù)和丟失等。①點(diǎn)突變：迄今為止共發(fā)現(xiàn)約200種病理性mtDNA點(diǎn)突變。以tRNA基因最易受影響，如A3243G導(dǎo)致MELAS、A8344G導(dǎo)致MERRF、T8993G導(dǎo)致Leigh綜合征等。②片段缺失：?jiǎn)适Я靠啥噙_(dá)數(shù)千個(gè)核昔酸，使基因組縮短，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)數(shù)百種缺失，包括單一缺失和多發(fā)性缺失。單一缺失所致疾病多為散發(fā)，如CPEO和KSS綜合征；多發(fā)性缺失是因核基因突變導(dǎo)致的mtDNA繼發(fā)性改變，可呈常染色體顯性或隱性遺傳，如家族性PEO。③片段重復(fù)：多余的mtDNA以數(shù)千計(jì)核昔酸插入基因組；④片段丟失mtDNA拷貝數(shù)目減少。

3.核DNA突變近年來陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些核基因突變?cè)斐傻木€粒體病，包括：①呼吸鏈亞單位的編碼基因突變，如由核基因編碼的復(fù)合體Ⅰ多個(gè)亞單位的基因突變導(dǎo)致的Leigh綜合征；②呼吸鏈亞單位的組裝或翻譯蛋白質(zhì)的編碼基因突變，如參與復(fù)合體Ⅳ亞單位組裝的SURF1基因突變導(dǎo)致的Leigh綜合征；③影響mtDNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的蛋白質(zhì)編碼基因突變，如POLG1基因突變導(dǎo)致的常染色體顯性或隱性遺傳性PEO、TP基因突變導(dǎo)致MNGIE。

4.不同類型線粒體病的基因突變

（1）線粒體肌?。呵嗌倌晷途€粒體肌病患者最常見的致病突變包括mtDNA細(xì)胞色素b的編碼基因突變，以及位于tRNA的3250位點(diǎn)突變。嚴(yán)重致死型的線粒體基因TK2，該基因突變后造成mtDNA繼發(fā)性的多發(fā)片段缺失，而可逆型基因突變?yōu)?4674點(diǎn)突變。

（2） KSS和CPEO：幾乎所有的KSS患者及半數(shù)CPEO患者可檢測(cè)到其骨骼肌組織中有mtDNA的單一大片段缺失，不同的患者缺失的區(qū)域及大小不同，目前已報(bào)道幾百種mtDNA缺失。其中約1/3的患者有共同缺失，缺失區(qū)域從mtDNA第8482位到13459位堿基，共缺失4977bp。缺失的類型似乎與臨床癥狀嚴(yán)重程度之間無明顯相關(guān)性。導(dǎo)致ad/ar PEO的核基因突變包括ANT1、POLG1和C10orf2等，其功能均與mtDNA的合成有關(guān)。這些核基因突變后，導(dǎo)致繼發(fā)性的mtDNA多發(fā)片段缺失。

（3） MELAS:基因檢查已經(jīng)查出40種mtDNA突變與MELAS相關(guān)。但是最常見的突變是mtDNA上第3243處發(fā)生的A到G點(diǎn)突變（A3243G）。A3243G突變位于tRNA基因，約80%的MELAS患者由A3243G突變所引起，我國(guó)患者也具有相同的遺傳特點(diǎn)。

（4）MERRF:約90%的MERRF患者系mtDNA上第8344位置的A被G替換(A8344G) 所引起，A8344G突變位于tRNA基因。有文獻(xiàn)報(bào)道突變型mtDNA的數(shù)量與起病年齡和疾病的嚴(yán)重程度有一定的關(guān)系。其他少見的突變形式包括位于tRNA基因的T8356C、G8363C以及位于tRNA(uuR)和tRNAs區(qū)域的點(diǎn)突變。

（5） LHON:在目前已發(fā)現(xiàn)的十余種mtDNA突變中,G3460A, G11778A, T14484C是熱點(diǎn)突變，這三種基因突變導(dǎo)致的LHON患者占所有患者的95%。

（6） Leigh?。杭s20%的Leigh病患者為母系遺傳mtDNA第8993位T→G (T8993G)點(diǎn)突變所致的Leigh病是其中的一個(gè)較經(jīng)典的類型?；颊呓M織T8993突變的比例與疾病的嚴(yán)重程度相關(guān)，低比例突變（<75%）可導(dǎo)致神經(jīng)病伴肢體近端無力、共濟(jì)失調(diào)及色素性視網(wǎng)膜炎（neuropathy with proximal weakness，ataxia and retinitis pigmentosa，NARP），高水平突變（>95%）可導(dǎo)致Leigh病。另外80%的Leigh病患者與核基因突變相關(guān)，迄今已報(bào)道呼吸鏈酶復(fù)合體Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ的亞單位的編碼基因突變均可導(dǎo)致Leigh綜合征。所以，本病還可表現(xiàn)為常染色體隱性遺傳或X連鎖遺傳。

（7） MNGIE：致病基因TP位于22q 13.32-qter,該基因編碼胸腺嘧啶磷酸化酶。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多種點(diǎn)突變，多數(shù)在第4或7外顯子?；虍惓?dǎo)致胸腺嘧啶磷酸化酶功能喪失，引起胸腺嘧啶在血漿中大幅度升高，干擾了線粒體內(nèi)胸腺嘧啶的代謝，從而引起mtDNA的多發(fā)性片段缺失，并導(dǎo)致線粒體呼吸鏈酶復(fù)合體Ⅰ和Ⅳ的活性缺乏。

（8） Alper?。褐虏』?yàn)镻OLG1，編碼線粒體DNA多聚酶γ，已報(bào)道的突變包括純合突變或復(fù)合雜合突變。POLG突變后影響了mtDNA的復(fù)制與修復(fù)，從而導(dǎo)致mtDNA的多發(fā)性片段缺失或mtDNA拷貝數(shù)量的下降。Uusimaa等報(bào)道m(xù)tDNA編碼COXⅡ的基因突變也可導(dǎo)致Alpers綜合征。

線粒體基因病的臨床表現(xiàn)

臨床表現(xiàn)復(fù)雜多樣是線粒體病的癥狀特點(diǎn)，其共同的臨床表現(xiàn)可歸為下列幾方面：①中樞神經(jīng)系統(tǒng)損害：精神發(fā)育遲滯、心理障礙、精神障礙、焦慮、癇性發(fā)作、認(rèn)知障礙、共濟(jì)失調(diào)、偏頭痛、脊髓病、急性偏盲、失語等卒中樣表現(xiàn)，以及運(yùn)動(dòng)異常如肌陣攣、肌張力障礙等；②骨骼肌損害：運(yùn)動(dòng)不耐受、肌無力和骨骼肌溶解等；③眼外?。貉矍蚧顒?dòng)受限或眼瞼下垂；④眼球損害：皮層盲、色素性視網(wǎng)膜病、視神經(jīng)病、白內(nèi)障；⑤聽神經(jīng)損害：聽力喪失；⑥周圍神經(jīng)損害：感覺神經(jīng)病和交感神經(jīng)?。虎咂渌到y(tǒng)損害：身材矮小、糖尿病、心肌病、胃腸道癥狀、肝臟衰竭等。

雖然線粒體病的臨床表現(xiàn)如此繁雜多樣，但最常見的線粒體病亞型因?yàn)槎加衅涮囟ㄆ鞴偈芾鄣陌Y狀組合而成為其核心癥狀以及臨床命名的依據(jù)。如：LHON的視神經(jīng)病、MERRF的肌陣攣性癲癇、MELAS、CPEO、NARP、KSS的進(jìn)行性眼外肌癱瘓加視網(wǎng)膜色素變性和心臟傳導(dǎo)阻滯等。有時(shí)兩種綜合征可能在一個(gè)患者身上疊加出現(xiàn)，如KSS疊加MELAS或MERRF綜合征、PEO疊加MERRF以及MELAS疊加MERRF綜合征等。除上述不同疾病的核心癥狀外，這些疾病還常伴有其他系統(tǒng)性損害的特點(diǎn)，如身材矮小、內(nèi)分泌疾病（特別是糖尿?。┖腿樗崴嶂卸镜?。

1.線粒體肌病主要侵犯骨骼肌，因多不累及其他系統(tǒng)，也稱為單純型線粒體肌病，或孤立的線粒體肌病。本病有兩種發(fā)病形式，即青少年型和嬰兒型。

（1）青少年型：一般隱襲發(fā)病，若仔細(xì)追問病史，通?？梢园l(fā)現(xiàn)幼年期可能有乏力、耐力差、勞力性呼吸困難、心動(dòng)過速等癥狀，這些癥狀比較輕微且進(jìn)展緩慢，一般在青少年期逐漸出現(xiàn)四肢近端肌無力，常以雙上肢為著。超過半數(shù)患者以骨骼肌極度不能耐受疲勞為主要特征，往往輕度活動(dòng)后即感極度疲乏，休息后好轉(zhuǎn)。多數(shù)患者的肢體無力呈現(xiàn)肢帶性分布，個(gè)別患者的肌無力呈面-肩-肱或肢帶型分布。常伴肌肉酸痛和壓痛，偶有劇烈運(yùn)動(dòng)后出現(xiàn)骨骼肌溶解的現(xiàn)象。

（2）嬰兒型：包括嚴(yán)重致死型和良性可逆型。兩型均在生后很快發(fā)病，表現(xiàn)為嚴(yán)重的全身肌無力、呼吸和喂養(yǎng)困難、乳酸中毒。可逆型在5個(gè)月后隨著血乳酸水平逐漸下降，病情也隨之改善。重型的線粒體肌病患兒肌無力持續(xù)進(jìn)展，病情進(jìn)行性惡化，導(dǎo)致患兒早期夭折。

2. CPEO和KSS CPEO多于兒童或青少年期發(fā)病，其中mtDNA突變多為散發(fā)性，家族型患者需要考慮為核基因突變導(dǎo)致，表現(xiàn)為緩慢發(fā)展的眼瞼下垂伴眼球運(yùn)動(dòng)障礙，通常不伴復(fù)視、斜視，或只有短暫復(fù)視。眼肌癱瘓一般持續(xù)性進(jìn)行性發(fā)展，最終可致眼球固定。大部分CPEO患者癥狀一直局限在眼外肌，少部分患者在發(fā)病數(shù)年后可出現(xiàn)四肢近端力弱，個(gè)別患者可以合并出現(xiàn)視網(wǎng)膜色素變性及吞咽困難，多數(shù)患者在疾病后期出現(xiàn)嚴(yán)重呼吸朋癱瘓表現(xiàn)。

KSS綜合征包括PEO、視網(wǎng)膜色素變性和20歲前起病的三聯(lián)癥，且具有以下三項(xiàng)中至少一項(xiàng)：小腦性共濟(jì)失調(diào)、心臟傳導(dǎo)阻滯、CSF蛋白含量高于100mg/dl。部分患者可以合并出現(xiàn)智能障礙、神經(jīng)性耳聾、身材矮小、癲癇、錐體束征、錐體外系癥狀，內(nèi)分泌異常（甲狀旁腺功能減退、性腺功能減退、性成熟延遲）也常見于KSS患者。

常染色體顯性／隱性遺傳性CPEO，一般為成人發(fā)病，除眼外肌癱瘓癥狀外，肌無力和運(yùn)動(dòng)不耐受也是常見癥狀。部分患者可出現(xiàn)周圍神經(jīng)病、共濟(jì)失調(diào)、震顫、視網(wǎng)膜色素變性、吞咽困難等。其中感覺共濟(jì)失調(diào)性神經(jīng)病、構(gòu)音不良和眼外肌癱瘓稱為SANDO綜合征（sensory ataxic neuropathy,dysarthria,andophthalmoparesis)。

3. MELAS MELAS綜合征是最常見的線粒體病之一。具有母系遺傳特點(diǎn)，多散發(fā)出現(xiàn)，多于兒童期起病，以頭痛、嘔吐和反復(fù)卒中樣發(fā)作為其突出特點(diǎn)。卒中樣發(fā)作的表現(xiàn)形式包括視野缺損、失語、精神癥狀、輕偏癱、偏身感覺障礙等。腦卒中樣發(fā)作導(dǎo)致的功能損害一般可逐漸恢復(fù)，但隨病程延長(zhǎng)及發(fā)作次數(shù)增多，常導(dǎo)致認(rèn)知功能減退。卒中樣發(fā)作前部分有感染或發(fā)熱誘因，而誤診為病毒性腦炎。部分患者合并神經(jīng)性耳聾、糖尿病、眼外肌麻痹、多毛、身材矮小、乏力或運(yùn)動(dòng)不耐受等。

在同一家系中有的成員表現(xiàn)為MELAS有的成員僅出現(xiàn)耳聾或糖尿病，還有的成員為無癥狀的基因突變攜帶者。

4. MERRF流行病學(xué)調(diào)查結(jié)果顯示MERRF綜合征發(fā)病率低于MELAS綜合征。大多數(shù)有陽性家族史，表現(xiàn)為母系遺傳。一般在兒童期或青少年期發(fā)病，也有晚至60歲發(fā)病者。主要臨床表現(xiàn)為肌陣攣、癲癇發(fā)作、共濟(jì)失調(diào)和肌無力。驚嚇等刺激因素易誘發(fā)肌陣攣。癲癇發(fā)作包括跌倒發(fā)作、局灶性癲癇、強(qiáng)直陣攣等形式，經(jīng)常是光敏感型。一些患者共濟(jì)失調(diào)進(jìn)行性惡化，以至于成為其主要癥狀。肌病通常表現(xiàn)隱匿或輕度乏力。其他表現(xiàn)還包括耳聾、智力減退、視神經(jīng)萎縮、眼肌癱瘓、頸部脂肪瘤、身材矮小或周圍神經(jīng)病。

在10歲前起病的往往病情更為嚴(yán)重，常在30歲之前死亡。起病年齡晚的患者臨床表現(xiàn)都較輕。

5. LHON該病為母系遺傳，85%的Leber遺傳性視神經(jīng)病患者為男性，發(fā)病年齡多在15-35歲之間，多數(shù)病例雙眼視力同時(shí)喪失，少數(shù)先單眼發(fā)病，數(shù)周或數(shù)月后累及另眼，中央視力喪失，周邊視力保存，全盲者少見，瞳孔對(duì)光反射保存，可伴色覺障礙。以后病情相對(duì)穩(wěn)定并出現(xiàn)逐漸的好轉(zhuǎn)。眼底檢查在急性期可見視網(wǎng)膜毛細(xì)血管擴(kuò)張、充血和視乳頭水腫，晚期可見視神經(jīng)和節(jié)細(xì)胞萎縮，不伴炎性反應(yīng)。

少數(shù)患者除視覺癥狀外，尚有其他神經(jīng)系統(tǒng)受累表現(xiàn)，包括震顫、周圍神經(jīng)病、共濟(jì)失調(diào)、肌張力障礙等。

6. Leigh綜合征也稱為亞急性壞死性腦脊髓病，部分患者起病急驟，所以也被稱為“急性壞死性腦脊髓病”。臨床表現(xiàn)復(fù)雜多樣，根據(jù)起病年齡不同，可分為新生兒型、嬰兒型、少年型及成人型，其中新生兒型和嬰兒型最常見，成人型罕見。

（1）新生兒型：生后表現(xiàn)為吸吮無力、吞咽障礙、驚厥、肌張力低下、眼球活動(dòng)異常、呼吸困難及嚴(yán)重運(yùn)動(dòng)發(fā)育落后等，常早期死亡。

（2）嬰兒型：多于出生后3-4個(gè)月發(fā)病，呈急性或亞急性起病，有時(shí)由發(fā)熱或手術(shù)誘發(fā)，表現(xiàn)為無法控制頭部及其他運(yùn)動(dòng)能力喪失、肌張力低下、吮吸無力、厭食、嘔吐、煩躁、持續(xù)哭鬧、驚厥發(fā)作和肌陣攣，并出現(xiàn)本病特征性的呼吸功能紊亂，如過度換氣發(fā)作、呼吸暫停、氣短以及安靜地抽泣。起病后進(jìn)展迅速，多于2歲內(nèi)死亡。

（3）少年型：在青少年期發(fā)病，相對(duì)少見，逐漸出現(xiàn)眼外肌癱瘓、眼球震顫、凝視障礙、吞咽困難及四肢肌張力障礙。有些少年型患者在癥狀發(fā)作后有一段間歇期，在幾年后又出現(xiàn)癥狀的急性或亞急性惡化。周圍神經(jīng)也可受累，如腱反射消失、四肢無力、肌萎縮。部分輕型患者主要表現(xiàn)為發(fā)育遲緩，常被誤診為腦癱。

（4）成年型：在成年期發(fā)病，罕見，逐漸出現(xiàn)眼外肌癱瘓、眼球震顫、凝視障礙、吞咽困難及四肢肌張力障礙。可以伴隨周圍神經(jīng)病。

7. MNGIE本病為常染色體隱性遺傳，發(fā)病年齡在5個(gè)月~43歲，多小于20歲，平均在38歲左右死亡。臨床表現(xiàn)包括眼瞼下垂、眼外肌癱瘓、胃腸道功能異常、惡病質(zhì)、周圍神經(jīng)病和腦白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)不良。

8. Alpers病又稱進(jìn)行性腦灰質(zhì)營(yíng)養(yǎng)不良或嬰兒彌漫性大腦變性，是一種常染色體隱性遺傳病，好發(fā)于嬰幼兒，多在5歲前發(fā)病。臨床特征為難治性癲癇、皮層盲、精神運(yùn)動(dòng)倒退、進(jìn)行性肝功能衰竭或應(yīng)用丙戊酸后發(fā)生急性肝功能衰竭。共濟(jì)失調(diào)也很常見，因中樞或外周感覺神經(jīng)受累所致?；純翰∏檫M(jìn)行性加重，大部分于3歲前死亡，死亡的主要原因是癲癇持續(xù)狀態(tài)和肝功能衰竭，尤其是應(yīng)用丙戊酸后誘發(fā)的急性肝功能衰竭。

線粒體病的臨床診斷

線粒體病的診斷需要對(duì)患者臨床表現(xiàn)、家族病史、確鑿的線粒體疾病病理和基因突變依據(jù)進(jìn)行綜合分析而獲得。輔助檢查中某一項(xiàng)的陰性結(jié)果，都不能有效排除線粒體疾病。

1.臨床癥狀線粒體病的臨床表現(xiàn)呈明顯的異質(zhì)性和復(fù)雜多樣性，癥狀的不同組合為診斷提供重要的線索，如出現(xiàn)共濟(jì)失調(diào)、癲癇發(fā)作和肌陣攣提示MERRF綜合征，出現(xiàn)偏頭痛樣發(fā)作、反復(fù)的癲癇和卒中樣發(fā)作提示MELAS綜合征，漸進(jìn)性眼外肌癱瘓多出現(xiàn)在CPEO，而同時(shí)合并視網(wǎng)膜色素變性、心臟傳導(dǎo)陰滯提示KSS，單純視神經(jīng)萎縮多出現(xiàn)在LHON。同時(shí)也應(yīng)當(dāng)注意有些常見癥狀可以出現(xiàn)在不同線粒體病，如癡呆、周圍神經(jīng)病、身材矮小、糖尿病、多發(fā)對(duì)稱的脂肪瘤、乳酸酸中毒等。其他器官或系統(tǒng)的功能障礙也不少見，包括鐵粒幼細(xì)胞貧血、腎小管缺陷、甲狀腺功能減退、肝病、心肌病、假性腸梗阻等。對(duì)于一些無明顯病因的孤立臨床表現(xiàn)，如癡呆、肌無力、癲癇、神經(jīng)性耳聾、偏頭痛伴卒中、身材矮小、肌陣攣性癲癇及心肌病，也應(yīng)及時(shí)考慮到線粒體疾病的可能，其中糖尿病已成為早期起病的NIELAS和MERRF疾病的重要標(biāo)志之一。

在懷疑線粒體疾病時(shí)，家族史的調(diào)查非常重要。應(yīng)詢問家族中有無新生兒死亡、原因不明的癲癇以及上述漸進(jìn)的神經(jīng)系統(tǒng)障礙，家族中發(fā)現(xiàn)不明原因的耳聾或糖尿病患者也應(yīng)懷疑線粒體疾病的可能。當(dāng)出現(xiàn)癥狀的患者表明為母系遺傳時(shí)，應(yīng)懷疑到線粒體疾病的診斷。當(dāng)然，部分線粒體病因核基因缺陷所致，所以也有家庭是孟德爾遺傳模式。

2.生化檢測(cè)

（1）肌酶譜檢查：30%的線粒體病患者出現(xiàn)CK,LDH,SGOT增高。部分Alper病患者可有肝功能異常。

（2）血清及腦脊液乳酸測(cè)定：某些嬰兒線粒體病的先進(jìn)表現(xiàn)就是乳酸酸中毒或酮癥昏迷。 KSS和CPEO患者的血乳酸水平也存在升高。MNGIE和KSS腦脊液和血乳酸水平常升高。Leigh綜合征和MELAS患者的乳酸升高尤其明顯。靜態(tài)血清乳酸正常值為0.56-2.2mmol/L (5-20mg/L）；血清乳酸／丙酮酸比值正常時(shí)<20。血液和腦脊液中乳酸濃度或乳酸比丙酮酸的比值升高，提示呼吸鏈功能異常。血乳酸／丙酮酸最小運(yùn)動(dòng)量實(shí)驗(yàn)可分析運(yùn)動(dòng)前后乳酸、丙酮酸含量，運(yùn)動(dòng)前乳酸、丙酮酸水平高于正常值，或運(yùn)動(dòng)后5分鐘尚不能恢復(fù)到正常水平均為異常，其中乳酸／丙酮酸比值在運(yùn)動(dòng)前<7或>17，運(yùn)動(dòng)后<7或>22，則有診斷意義。幼兒或癱瘓也可采用葡萄糖刺激實(shí)驗(yàn)，但是這種有氧能力測(cè)試有其局限性，靜息和運(yùn)動(dòng)誘發(fā)后乳酸與丙酮酸濃度正常，并不能除外線粒體疾病。

（3）缺血性運(yùn)動(dòng)后測(cè)量前臂靜脈血中的氧分壓，對(duì)于區(qū)分線粒體疾病患者與正常人為一種有用的方法?；颊叩难醴謮浩骄?7-38mmHg，而正常人的氧分壓則有下降。

（4）幼線粒體酶復(fù)合體檢測(cè)：從新鮮的肌標(biāo)本、培養(yǎng)的成纖維細(xì)胞、外周血白細(xì)胞分離線粒體，測(cè)定氧化磷酸化酶過程中各種酶復(fù)合體活性，也是協(xié)助診斷本病的重要依據(jù)。明確是何種酶復(fù)合體缺陷還可以為進(jìn)一步致病基因的篩查提供線索。

（5）白細(xì)胞胸腺嘧啶磷酸化酶活性在MNGIE患者中小于正常人的5%。

3.電生理檢查

（1）肌電圖檢查可以發(fā)現(xiàn)肌肉有無肌源性損害或神經(jīng)源性損害。神經(jīng)傳導(dǎo)速度檢查有助于發(fā)現(xiàn)亞臨床的周圍神經(jīng)損害，在兒童患者應(yīng)當(dāng)成為常規(guī)檢查。在MNGIE中可以發(fā)現(xiàn)混合性損害。

（2）誘發(fā)電位檢查對(duì)各種腦病綜合征的病變部位有輔助診斷價(jià)值，聽力圖檢查可顯示神經(jīng)性耳聾。

（3）腦電圖對(duì)線粒體腦病伴癲癇樣發(fā)作有意義，以皮質(zhì)損害為主的MELAS, MERRF, Alpers病不僅有彌散性全腦異常腦電圖，也可有局灶性改變。Leigh病,KSS和Menkes病的腦電圖變化相對(duì)較輕。

（4）心電圖在KSS綜合征和母系遺傳性成年期發(fā)病的肌病及心肌病患者中常有陽性發(fā)現(xiàn)。在MNGIE中也可以發(fā)現(xiàn)心電圖異常。

4.影像學(xué)檢查 CT, MRI的某些特征性發(fā)現(xiàn)對(duì)線粒體病的臨床診斷有輔助作用，如MELAS、Leigh和KSS綜合征可見相應(yīng)的特征性影像學(xué)改變。頭顱影像學(xué)檢查對(duì)MELAS的診斷有非常重要的價(jià)值。腦CT?？梢婋p側(cè)基底節(jié)區(qū)對(duì)稱鈣化。在MELAS的卒中樣發(fā)作期，頭顱MRI可顯示腦內(nèi)的病灶多位于頂、枕、穎葉等腦后部區(qū)域。隨著病程的演變，病灶常表現(xiàn)為進(jìn)展性、可逆性和游走性。在發(fā)作急性期時(shí)，病灶可以向周圍擴(kuò)大，或者從一個(gè)腦葉轉(zhuǎn)移發(fā)展到其他腦葉；在亞急性期，皮層腫脹逐漸消退；在慢性期，病灶可以有效消失，遺留不同程度的皮層萎縮。頭MRA顯示腦血管無狹窄或閉塞。

KSS頭顱MRI可發(fā)現(xiàn)雙側(cè)大腦半球皮層下白質(zhì)、蒼白球、丘腦和小腦齒狀核對(duì)稱性的長(zhǎng)T2信號(hào)改變。Alper病頭MRI顯示枕葉、顳葉、額葉皮層及自質(zhì)萎縮。MRS顯示高乳酸峰。MERRF的神經(jīng)影像學(xué)檢查僅見非特異性大腦和小腦萎縮、小片的白質(zhì)信號(hào)異常。Leigh病的MRI典型表現(xiàn)為雙側(cè)對(duì)稱性的基底節(jié)和腦干的長(zhǎng)T1、長(zhǎng)T2信號(hào)，尤以殼核為著。腦白質(zhì)也可受累。MNGIE的頭顱MRI檢查證實(shí)腦白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)不良改變。

磁共振波譜（MRS)分析如果檢測(cè)到病灶區(qū)或腦脊液的乳酸峰增高，對(duì)本病的診斷也有重要提示價(jià)值。

5.肌肉活體檢查

（1）光鏡檢查：主要改變是出現(xiàn)RRF、琥珀酸脫氫酶深染的不整邊藍(lán)染肌纖維、COX染色可見細(xì)胞色素c氧化酶缺乏肌纖維。一般與mtDNA缺失、丟失及tRNA基因點(diǎn)突變相關(guān)的疾?。ㄈ鏚SS、MELAS、MERRF）常伴RRF,而與mtDNA蛋白編碼基因點(diǎn)突變相關(guān)的疾?。ㄈ鏛eigh綜合征和LHON）常不伴RRF。此外，隨著年齡增加可以出現(xiàn)骨骼肌內(nèi)線粒增生。所以，年齡大于50歲時(shí)RRF>2%,COX陰性肌纖維>5%才有診斷意義。線粒體代謝障礙可能是其他疾病的繼發(fā)改變，如肌營(yíng)養(yǎng)不良、包涵體肌炎和運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元病也可見少量RRF和COX陰性肌纖維。

（2）電鏡檢查：可見肌膜下和肌原纖維間大量異常線粒體堆積，形態(tài)大小不一，線粒體嵴變平或延長(zhǎng)，旋繞成同心圓狀，線粒體內(nèi)出現(xiàn)嗜鋨小體及類結(jié)晶樣包涵體。發(fā)現(xiàn)大量脂滴或糖原顆粒堆積對(duì)診斷有重要價(jià)值，用免疫（膠體金標(biāo)記抗體）技術(shù)可檢出酶復(fù)合體缺陷部位。

6.線粒體基因病的基因解碼基因檢測(cè)分析發(fā)現(xiàn)基因突變是診斷本組疾病的高效依據(jù)，并提供疾病分類的證據(jù)。包括mtDNA突變檢測(cè)和核基因突變檢測(cè)。

（1）mtDNA檢測(cè)：mtDNA突變包括大片段缺失和點(diǎn)突變，大片段缺失的檢測(cè)是用Southen雜交或長(zhǎng)程PCR的方法對(duì)肌肉組織的mtDNA進(jìn)行分析。點(diǎn)突變的檢測(cè)通常是對(duì)白細(xì)胞、尿液或肌肉組織的mtDNA進(jìn)行分析。當(dāng)常見突變位點(diǎn)是陰性而臨床上高度疑診線粒體病時(shí)，可以進(jìn)行mtDNA的全長(zhǎng)測(cè)序。

（2）核基因突變檢測(cè)：當(dāng)mtDNA檢測(cè)發(fā)現(xiàn)存在多發(fā)性片段缺失或mtDNA拷貝數(shù)量下降時(shí)，應(yīng)進(jìn)一步查ANT1、POLG1、GI0of2

、TP等核基因有無突變。呼吸鏈酶復(fù)合體活性下降時(shí)，可以進(jìn)行相應(yīng)的復(fù)合體亞單位編碼基因的突變篩查。

線粒體病治療

本病的治療有一些有效的方法，目前對(duì)線粒體病的治療主要包括兩方面：對(duì)癥治療、藥物治療。

1.對(duì)癥治療對(duì)癥治療是線粒體病的主要干預(yù)方法，經(jīng)常是有效的措施。對(duì)線粒體病不同器官系統(tǒng)的表現(xiàn)，可給予相應(yīng)的對(duì)癥處理。

（1）癲癇是線粒體病的常見癥狀，目前使用的大部分抗癲癇藥可用來控制線粒體病的癲癇。但治療過程中應(yīng)慎重使用丙戊酸類藥物，因?yàn)楸焖岷王０愤溧嚎梢约又夭∏?，在Alpers綜合征中尤其要避免丙戊酸的使用。

（2）骨骼肌運(yùn)動(dòng)不耐受：有氧訓(xùn)練可以提高線粒體病患者的肌肉工作能力、增加肌肉對(duì)氧的攝取和利用。

（3）眼瞼下垂：可行整形手術(shù)改善癥狀，傳統(tǒng)的方法是額肌懸吊術(shù)。

（4）心臟病：KSS綜合征患者嚴(yán)重的心臟傳導(dǎo)阻滯應(yīng)及時(shí)安裝起搏器。當(dāng)心肌病變嚴(yán)重時(shí)，可施行心臟移植術(shù)。

（5）聽力喪失：佩戴助聽器或施行人工耳蝸植人術(shù)。

（6）其他癥狀：血糖的控制、腸內(nèi)或腸外營(yíng)養(yǎng)的支持、酸中毒的處理、腎衰竭的防治等均可能是挽救患者生命的治療。

2.藥物治療針對(duì)線粒體代謝紊亂的不同環(huán)節(jié)，藥物從以下幾方面發(fā)揮作用：

（1）補(bǔ)充代謝輔酶或增加旁路電子傳遞，改善線粒體氧化磷酸化功能，包括輔酶Q10、艾地苯醌、琥珀酸鹽、維生素K、肌酸、肉堿、煙酰胺、硫胺素（維生素B1）、核黃素（維生素B2）、丙酮酸鈉等。最近有一種針對(duì)線粒體呼吸鏈的藥物EPⅠ-743，初步研究有一定效果。

（2）減少體內(nèi)毒性代謝產(chǎn)物，主要給予精氨酸口服治療。

（3）清除氧自由基，包括輔酶Q10,艾地苯醌、維生素C、,維生素E和硫辛酸等。一般聯(lián)合運(yùn)用多種抗氧化劑和代謝相關(guān)輔助因子形成“雞尾酒療法”，可以使部分患者臨床癥狀改善，淋巴細(xì)胞ATP生成增加。

（4）保護(hù)血管：使用精氨酸、依達(dá)拉奉和糖皮質(zhì)激素可以保護(hù)MELAS患者的血管。精氨酸可以通過增加一氧化氮而改善MELAS患者的血管內(nèi)皮功能，從而減少卒中樣發(fā)作的次數(shù)以及減輕病情的嚴(yán)重程度，在急性期時(shí)劑量為0.5g/ (kg ·d)靜脈點(diǎn)滴，具有一級(jí)循證醫(yī)學(xué)證據(jù)。依達(dá)拉奉是氧自由基清除劑，可以抑制急性期病灶的擴(kuò)大。糖皮質(zhì)激素可以減輕中風(fēng)樣發(fā)作急性期的腦水腫，但對(duì)其長(zhǎng)期使用存在爭(zhēng)議。

3.飲食措施生酮飲食（高脂肪、低碳水化合物）用以治療丙酮酸脫氫酶復(fù)合物缺陷患者。個(gè)別MELAS或非綜合征線粒體病患者，在服用維生素B1、B2、C、硫辛酸和輔酶Q10的同時(shí)，給予高脂肪飲食，患者癥狀改善。考慮到脂肪代謝障礙在線粒體病中并不少見，長(zhǎng)期的高脂飲食對(duì)心腦血管病也是危險(xiǎn)因素，因而生酮飲食在線粒體病的治療中應(yīng)當(dāng)慎重。

4.預(yù)防發(fā)作對(duì)線粒體病患者，感染、過度勞累、或精神刺激均可以導(dǎo)致肌體能量消耗的增加而誘發(fā)疾病，所以應(yīng)當(dāng)避免上述誘發(fā)因素。有一些藥物可以導(dǎo)致線粒體功能受損應(yīng)當(dāng)防止應(yīng)用，如布比卡因和β-阻滯劑可影響呼吸鏈功能、他汀類藥物引起內(nèi)源性輔酶Q10降低、巴比妥及氯霉素影響線粒體蛋白合成、雙胍類藥物誘發(fā)乳酸升高。對(duì)于手術(shù)應(yīng)盡量選擇局部麻醉，需進(jìn)行全身麻醉的線粒體病患者謹(jǐn)慎選用麻醉藥品，避免過度鎮(zhèn)靜抑制呼吸、加劇心臟傳導(dǎo)阻滯和神經(jīng)肌肉阻滯的藥物，盡量減少機(jī)體能耗，維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。