线粒体疾病的诊断

线粒体疾病的遗传性质及临床症状表现的评估

由于肌粒病在某些情况下可能是由核基因组受损引起的，因此疾病的传播符合孟德尔遗传定律。如果疾病是由线粒体DNA突变引起的，则其遗传方式与线粒体类型相关，即通过母系遗传。最后，如果疾病同时伴有核基因组和线粒体基因组的基因受损，则遗传方式将变得复杂，并受多种因素影响。因此，通过谱系分析（根据谱系确定遗传性质）可以列出最不同的遗传类型：常染色体显性遗传、常染色体隐性遗传、X连锁遗传和线粒体遗传。

丙酮酸代谢障碍、脂肪酸β-氧化、克雷布斯循环等肌粒疾病的发生与核基因组基因突变有关。这些疾病的特征是常染色体隐性遗传，即父母为突变携带者（杂合子），而孩子同时携带来自父亲和母亲的突变（纯合子）。父母通常外表健康，应在患儿的兄弟姐妹（先证者同胞）以及父母双方的亲属（堂兄弟姐妹）中寻找类似的疾病或其微征象。

在隐性X连锁遗传类型中（例如新生儿戊二酸尿症II型或丙酮酸复合物E1亚基缺乏症、门克斯病等），男孩更容易受到影响，母亲是突变携带者，并将突变遗传给儿子。母系遗传与X连锁遗传的不同之处在于，两性都会受到影响。在这种情况下，在分析系谱时，有必要分析男性的发病率，因为这种疾病不会在女性中表现出来。系谱没有显示疾病沿着父子线的传播，因为父亲只能将Y染色体遗传给他的儿子。

当某种疾病因线粒体基因组受损而发生时（例如，多种呼吸链疾病、莱伯氏视神经病变、MELAS、MERF、NARP 综合征等），可追溯到母系遗传，因为孩子从母亲那里继承了线粒体，母亲可以将其遗传给男孩和女孩。因此，两性都会受到同等程度的影响。因此，应在系谱中追踪疾病沿母亲的遗传。

在分析家谱并在亲属中寻找线粒体疾病的症状时，应注意疾病的严重程度（体征的表现程度）可能差异很大，这可能是由于受损线粒体的数量、损伤性质、细胞内突变分布等因素造成的。因此，并非总是能够检测到明显的疾病体征。在某些情况下，可能会检测到一些在有针对性地进行搜索时可以检测到的、被忽略的个体症状或体征。

线粒体病变的发展可能与大面积线粒体损伤有关，即所谓的微缺失（例如，Kearns-Sayre 综合征、Pearson 综合征、某些形式的糖尿病伴有耳聋、进行性外眼肌麻痹等）。在这些情况下，亲属中通常不会发现特征性症状，因为疾病的发展与受精卵中新突变的出现有关（从头突变）。这种疾病是散发性的。通常，与这些疾病一起，许多与线粒体 DNA 多重突变相关的疾病以常染色体显性方式遗传：例如，某些形式的脑肌病、眼部损伤的肌病，尽管存在 mtDNA 突变（多重缺失），但仍具有常染色体显性遗传类型。

然而，与孟德尔遗传不同，线粒体病理学中的常染色体显性遗传类型的特点是后续几代中受影响的个体数量众多。

最后，一些线粒体疾病通常与线粒体DNA（mtDNA）线粒体的缺失或细胞内缺失有关，可以通过常染色体隐性遗传。这些疾病包括先天性肌病、心肌病、神经窘迫综合征、乳酸酸中毒、肝损伤等。

研究该疾病的遗传性质对于医学和遗传预后具有重要意义，需要深入分析临床症状，了解线粒体病理的形成机制及其遗传类型。

临床表现从出生第一天到成年期变化很大。在分析这一指标时，有必要考虑疾病分类类型，因为每种疾病都有特定的发病年龄。

线粒体疾病中观察到的代谢紊乱在绝大多数病例中呈进行性发展。初期症状通常较轻，随后逐渐进展，并可能导致严重的致残性疾病。罕见的病理类型，例如良性婴儿肌病和某些类型的莱伯氏视神经病变，可能是良性的，并且容易消退。

在实验室测试期间，要注意线粒体疾病的特征性体征：

• 存在酸中毒；
• 血液中乳酸和丙酮酸水平升高，乳酸/丙酮酸指数增加15以上，尤其是在葡萄糖负荷或体力运动时增加；
• 高酮血症；
• 低血糖；
• 高氨血症；
• 乙酰乙酸和3-羟基丁酸的浓度增加；
• 血液中 3-羟基丁酸/乙酰乙酸比率增加；
• 血液和尿液中氨基酸水平升高（丙氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸）；
• 血液中脂肪酸含量升高；
• 尿液中有机酸排泄过多；
• 血液中肉碱含量降低；
• 生物体液中肌红蛋白含量增加；
• 肌细胞和成纤维细胞中线粒体酶活性降低。

这些指标在进食状态下的诊断价值高于空腹状态下。实践证明，在葡萄糖负荷的背景下测定血液中的乳酸水平是诊断测试的良好方法，这可以更清晰地检测出呼吸链在额外葡萄糖负荷下是否出现衰竭。

对于线粒体功能障碍及其特定疾病类型的实验室诊断，传统的常规生化研究方法已远远不够，需要进行专门的检测。与在其他组织中相比，分析骨骼肌活检中的酶活性尤其便捷。可以测定呼吸链酶的活性，尤其是柠檬酸合成酶、琥珀酸脱氢酶和细胞色素C氧化酶。

来自形态学和分子遗传学研究的数据

形态学研究在线粒体病变的诊断中尤为重要。由于其信息价值巨大，通常需要进行肌肉组织活检并对活检样本进行组织化学检查。同时使用光学显微镜和电子显微镜检查材料可以获得重要信息。

线粒体疾病的重要标志之一是1963年提出的“破碎”红纤维现象（RRF现象）。该现象与肌纤维边缘因增殖和局部聚集而形成的基因改变的异常线粒体有关。该现象可通过光学显微镜使用特殊的Gomori染色剂检测，但近年来，各种线粒体标记和各种免疫学方法已用于此目的。

线粒体病理的其他形态学症状包括：

• 线粒体尺寸急剧增加；
• 肌膜下层中糖原、脂质和钙聚集物的积累；
• 线粒体酶活性降低；
• 琥珀酸脱氢酶（SDH）、NADH氧化还原酶、细胞色素C氧化酶等酶活性颗粒的分布紊乱。

对于患有线粒体疾病的患者，肌肉组织的光学显微镜检查可以发现非特异性的形态学特征：肌纤维局部坏死、肌浆团块积聚、肌浆膜下区域溶解、肌浆嗜碱性、肌肉核数量增加、再生过程激活等。

对“破碎”红纤维现象作用的研究表明，其对于诊断MELAS、MERRF、Kearns-Sayre综合征、慢性进行性眼肌麻痹以及其他与线粒体DNA突变相关的疾病至关重要。该现象也可在其他疾病中出现，例如杜氏肌营养不良症、皮肌炎、强直性肌营养不良症、服用药物（氯贝丁酯）以及其他病理状况。因此，除了原发性线粒体疾病外，RRF现象还可能伴随继发性线粒体功能障碍。

目前，通过组织化学和电子显微镜检查肌肉组织来检测线粒体功能不全的迹象已变得十分普遍。在某些情况下，这些检查有助于诊断，尤其是在光学显微镜数据显示肌肉组织形态正常的情况下。

电子显微镜征象--发现线粒体增生、形状和大小破坏、嵴紊乱和扩大、肌膜下异常线粒体积聚、内外膜之间或嵴内脂质积聚和异常副结晶（主要由蛋白质组成）或嗜渗内含物、球形簇，通常位于基质中（主要由甘油三酯组成）等。

在某些患者中，可以检测到白细胞的细胞化学异常。

除了复杂的生化和形态学研究外，现代分子诊断方法（检测核突变或线粒体突变）也得到了补充，这些方法在专门的DNA诊断实验室进行。在线粒体疾病中，可以检测到各种类型的突变：点突变、缺失、重复、定量DNA异常等。

如果线粒体DNA没有发生突变，并且怀疑存在线粒体病理，则需要进行核DNA研究。

诊断标准

线粒体疾病的诊断标准有2组。主要诊断标准（第一组）。

• 临床：
  • 已确诊：MERRF、MELAS、NARP、MNGIE、Pearson 综合征、Leber 神经病、Leigh 和 Alpers 病；
  • 存在以下 2 个或多个体征：
    • 多系统损害，为呼吸链疾病的特征性症状；
    • 病情呈进行性加重，或家族中存在线粒体突变；
    • 通过适当的测试排除代谢疾病和其他疾病。
• 组织学——在超过 2% 的肌肉组织中检测到 RRF 现象。
• 酶促：
  • 细胞色素c氧化酶阴性纤维；
  • 呼吸链复合物酶活性降低（组织中低于正常值的20%，细胞或几种组织中低于30%）。
• 功能性——成纤维细胞中的 ATP 合成减少超过 3 个标准差。
• 分子遗传学——核或线粒体DNA的致病性显著突变。

附加诊断标准（第二组）。

• 临床 - 呼吸链疾病中出现的非特异性症状（死产、胎儿运动活动减少、新生儿早期死亡、运动障碍、发育障碍、新生儿肌张力受损）。
• 组织学 - 少量 RRF 现象、线粒体的肌膜下积聚或其异常。
• 酶 - 呼吸复合酶活性低（组织中为正常值的20-30％，细胞或细胞系中为30-40％）。
• 功能性——成纤维细胞中的 ATP 合成减少 2-3 个标准差或在含有半乳糖的培养基中成纤维细胞没有生长。
• 分子遗传学——检测具有推定的致病联系的核或线粒体DNA突变。
• 代谢——检测一种或多种代谢物，表明细胞生物能量学出现紊乱。

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