第二部分第八章线粒体病

第一节线粒体基因组特点

（1）人mtDNA全长bp，为环状双链DNA分子，富含G的重链（深色），富含C的轻链（浅色）。

（2）在线粒体双链闭环中有一区段，有没基因编码区且在人群中有很高的多肽性被称为D-Loop区段。

（3）复制时，由重链的复制起始点开始，单方向进行，直到新合成的重链越过轻链的起始点后，轻链才开始复制，也同样是单一方向。

（4）人线粒体基因组共37个基因，其中13个编码氧化磷酸化呼吸链复合体多肽的基因，2个核糖体RNA,22个转运RNA。

（5）人mtDNA的基因排列非常紧凑，无间隔，无内含子序列。

（6）线粒体基因组中存在两段非编码区，控制区（替代环区/D环区）和L链复制起始区。

第二节线粒体遗传病的特点

（1）母系遗传

（2）有丝分裂分离指线粒体在细胞有丝分裂过程中以随机的方式进入自带细胞的现象。如果母细胞里的线粒体含有突变的mtDNA，在随机分离进入子细胞后，突变的mtDNA在子细胞的线粒体中所占的比例可能发生改变。

（3）异质性在同一细胞里的mtDNA同时存在正常mtDNA和突变mtDNA。

（4）高突变率的mtDNAmtDNA的突变率要高于核基因组DNA，理由有：mtDNA所处高超氧化环境，容易受到损伤；缺乏像核基因组DNA所具有的多种损伤修复机制；缺乏组蛋白的结合保护。

（5）MtDNA的突变可在体细胞中积累。

mtDNA的临床表现特点：

（1）常累及多系统多器官

（2）可随年龄不同而有不同的临床表现

（3）常伴有特征性组织化学和生化指标异常

第三节Leigh综合征

Leigh综合征,也称为亚急性坏死性脑脊髓病，是一种破坏性很大的神经系统变性性疾病。

病变的主要特征为中央神经系统的两侧性点环坏死，病变区集中在脑干、丘脑、小脑、脊髓和基底神经节区。病变可为坏死、脱髓鞘、胶质增生、纤维状增生和海绵体状变性。现已明确线粒体功能障碍，特别是氧化磷酸化功能的丧失是本病的病因。

Leigh综合征是一种高度遗传异质性疾病，和本病有关的基因超过个，可以为常显、常隐、X-连锁和母系遗传。除了编码线粒体内膜上的5个呼吸链复合物各亚基的基因缺陷外，丙酮酸脱氢酶基因的缺陷和线粒体tRNA基因的突变也被确认是本病的病因。

Leigh综合征的发病率约为1/。外国资料显示约15%~20%的病人由mtDNA突变所致，20%位复合物Ⅰ缺陷，20%为复合物Ⅳ缺陷（包括SURF-1突变），10%为丙酮酸脱氢酶缺陷，30%~35%为其他基因缺陷。国内报道病例中，12%病例为SURF-1基因突变，而m.AG突变为mtDNA基因缺陷的常见突变。

如果家系分析提示母系遗传，则应作线粒体基因组突变检测，常见突变如m.AG、m.AG等是首选项目，如阴性则应考虑mtDNA全测序。对非母系遗传家系，则应参照生化检测结果，确定功能缺陷的复合物以选的目标基因，在从目标基因的突变频率中选出常见突变进行分析。若阴性，可考虑目标基因的全测序。如果不能确定缺陷基因或缺陷所在的复合物时，SURF1基因应该列为首个目标基因。

Leigh综合征一辅助性治疗为主，改善临床症状，如纠正酸中毒，补充辅酶Q和维生素等。防止细菌和病毒感染以免突发性恶化。预后不良，大多数患儿在发病后5年内死亡。

第四节mtDNA缺失综合征

线粒体DNA缺失综合征包括Kearns-Sayre综合征（KSS）,进行性眼外肌麻痹（PEO）,Pearson综合征。这三种综合征的症状可以在同一家庭中的病人中，或同一病人不同的疾病期发生转换。其病因均属线粒体DNA缺失突变。KSS是一种多器官系统疾病，通常在20岁之前发病。主要临床表现为视网膜色素变性，眼底呈椒盐状改变，但视野正常。PEO发病较迟，常在40岁之后，主要为眼部症状，包括进行性眼外肌麻痹、上脸下垂等。Pearson综合征发病较早，通常在2周岁之内。主要表现为铁粒幼细胞性贫血和胰腺外分泌功能失常。

mtDNA的缺失突变可分为二类，第一种类型缺失的片段两边各有一小段相同顺序，所以这类突变的产生，可能与DNA同源重组和不对称交换有关。第二类突变则没有第一类的顺序结构，它的发生可能与mtDNA复制过程的特点有关。在mtDNA的复制过程中，有一段时间存在三股DNA的阶段，其中单股DNA易于形成缺失。研究发现，在病人的体内所有的受累细胞中缺失突变都相同，这提示其体内的突变都源自同一细胞的同一突变，即源自卵细胞或早期胚胎细胞。缺失突变的大小约为~bp。这种大片段的缺失，使mtDNA上紧密排列的基因产生多个基因缺失。80%以上的KSS病人的肌肉标本可发现突变的mtDNA，甚至高达95%；Pearson综合征病人的血液标本中，突变比例也常高达90%以上，这些高突变比例的病人常有较严重的临床表现。这一组疾病最常见的突变是bp的缺失。

实验室检查：生化指标，血液和脑脊液，可见血氨浓度上升，血浆丙酮酸、乳酸浓度上升和脑脊液蛋白质浓度上升；呼吸链每检查；肌肉活检的病理检查，可见碎红性肌纤维；脑部MRT可呈小脑或脑干萎缩和基底核区病变；脊髓检查；分子遗传学诊断，Southern印迹杂交法能检测出大片段缺失和重复。

治疗与预后：无特效治疗。所有的治疗方法均为对症性。

第五节Leber遗传性视神经病

Leber遗传性视神经病是一种无痛性亚急性视力衰退疾患。主要症状为视神经退行性变。该病有家族史，有时可有类似多发性硬化症的症状；可双眼同时发病或在半年内双眼先后发病；除眼部症状以外，也可出现轻微神经系统症状，如震颤和腱反射减低等；男性患者多于女性患者，但女性患者的病情通常较重。

mtDNA突变是LHON发病的分子基础。已报道有10个与LHON相关的原发突变其中，基因MTND4m.GA、基因MTND1m.GA和基因MTND6m.TC，这3种点突变占95%以上。这些突变导致进化上高度保守的氨基酸的改变，使蛋白质的空间结构和功能稳定性发生变化，从而造成线粒体功能障碍和ATP代谢功能障碍，最终造成视网膜神经节细胞退行性变而使视力损伤。在欧美人群中，MTND1m.TC、MTND2m.AG、MTCO3m.GA、MTND5m.GA、MTCYBm.GA、MTCYBm.GA、MTCO1m.GA等继发突变与LHON发病具有明显的相关性，而且往往与原发突变或者其他继发突变共同作用，影响LHON的外显率和表现度。在中国人群中，与LHON相关的继发突变有MTND1m.TA、MTND1m.GA、MTND1m.TC、MTND4m.GA、MTND5m.TC、MTND6m.TC、MTTM（线粒体tRNAMet基因）m.AG、MTTE（线粒体tRNAGlu基因）m.AG、MTTT（线粒体tRNAThr基因）m.AG等。其中，MTTM（线粒体tRNAMet基因）m.AG和MTTT（线粒体tRNAThr基因）m.AG已被OMIM数据库收录。它已被权威数据库MITOMAP命名为Leber病调控子。

分子遗传学检测结果可以确诊LHON。根据中国人群LHON的突变谱筛查三个原发突变以及其他继发突变，或作mtDNA测序以检测出罕见突变，但因mtDNA存在多态性，侧讯结果很难与LHON的临床表现作相关解释。因此，mtDNA测序和继发突变的检测目前并不作为LHON的临床常规检测项目。

迄今为止，尚无有效的LHON治疗方案。临床上常采用对症治疗来缓解或改善LHON症状，无法根治。

第六节MELAS综合征

MELAS综合征的全称是线粒体脑肌病伴乳酸中毒及中风样发作，一般简称为线粒体脑肌病，是肠见得母系遗传线粒体病。MELAS患者通常2~10岁发病，发病前通常没有明显的发育迟缓，但四肢躯干短小是常见的表现。最常见的起病症状为阵发性呕吐、癫痫发作和中风发作、血乳酸中毒、近心端四肢乏力和运动不耐受等。癫痫伴随中风样发作与短暂性失明常反复发作。中风样发作的后遗症逐渐造成肢体活动障碍、偏瘫、视力下降、失忆等。这些后继症状通常在青春期之前就以出现。在这些患者中，听力下降、精神异常和乳酸症状等也呈进行性恶化。本病累及多个器官系统，表现复杂，病情严重程度不同，也常与其他线粒体疾病的症状重叠。

MELAS的分子病变是线粒体tRNA基因的点突变。约有80%的患者是mtDNAtRNALeu基因MTTL1m.AG突变，该位点是tRNALeu基因MTTL1与16SrRNA基因MTRNR2的交界部位，也是转录终止子的结合部位，进化上高度保守；突变导致tRNALeu基因MTTL1结构异常，转录终止因子不能结合，tRNA和mRNA合成的比例发生突变。此外，线粒体内蛋白质的氨酰化修饰程度下降，线粒体膜的通透性改变。这些病理变化与线粒体中蛋白质合成障碍有关。m.AG突变可能造成tRNA空间结构发生改变，使其无法与密码子正确配对，导致蛋白质合成障碍。m.AG异胞质性程度与疾病严重程度呈正相关。肌组织中m.AG突变型mtDNA达40%~50%时，出现慢性进行性眼外肌麻痹（chronicprogressiveexternalophthalmoplegia,CPEO）、肌病和耳聋；达90%时，可出现复发性休克、痴呆、癫痫、共济失调等。

临床上，对MELAS患者需作全面体检。分子遗传学检测三个主要突变位点：m.AG、m.TC、m.TC,一般采取对症治疗。预后常不良。

第七节MERRF综合征

MERRF综合征的全称是肌阵痉挛性癫痫伴碎红纤维病（myoclonicepilepsyassociatedwithragged-redfibers,MERRF），是一种罕见的，异胞质性母系遗传病，并具有多系统紊乱的症状，包括肌阵痉挛癫痫的短暂发作，共济失调，肌细胞减少，轻度痴呆，耳聋，脊髓神经退化等。碎红纤维是指大量的团块异常线粒体聚集在肌细胞中，电子传递链中复合物II的特异性染料能将其染成红色。几乎所有患者的首发症状均为阵发癫痫，伴有进行性神经系统障碍（智力减退、共济失调和意向性震颠），超过90%的患者肌肉活检有碎红纤维，肌纤维紊乱、粗糙，线粒体形态异常、并在骨骼肌细胞中积累。

超过半数的患者有阳性家族史，并符合线粒体疾病母系遗传特征。突变大多为异细胞性，因阈值较高，并不是所有突变携带者都会发病，即使同一家系内的患者病情也有很大差别。主要突变有线粒体DNAtRNALys基因MTTKm.AG、m.TC、m.GA和m.GA。m.AG突变占所有突变的80%，其余3种约占10%。m.AG的碱基置换，破坏了tRNALys中与核糖体连接的TΨC环，影响了氧化磷酸化复合物Ⅰ和复合物Ⅳ合成，造成氧化磷酸化功能下降，导致患者多系统病变。

脑点图、心电图、肌电图检查常有异常发现。脑部MRI可见退行性病变，脑萎缩和基底神经节钙化。严重的MERRF患者可能出现类似中风样发作或进行性眼外肌麻痹，与MELAS综合征相似。脑部MRI检查可有类似Leigh综合征的脊髓小脑退休性病变，少数患者呈不典型的腓骨肌萎缩症（Charcot-Marie-Tooth）。

实验室检查包括生化检查，肌肉活检，以及分子遗传学直接检测上述4个突变位点。4个主要致病突变阴性的患者，可以考虑作mtDNA全基因组测序和mtDNA片段缺失的检测。

该病目前无特殊治疗方法。对癫痫采取对症治疗。物理疗法和有氧运动可以适当改善肌肉运动能力。辅酶Q、叶酸、肉碱和其他维生素有一定得辅助作用。儿童期发病的患者预后不良，成人发病的患者可有较长生存期。

第八节线粒体糖尿病

糖尿病是由遗传因素和众多环境因素相互作用引发的代谢综合症。目前，糖尿病被分为了两种特发形式，第一种形式和胰岛功能有关，分为1型糖尿病（胰岛素依赖型糖尿病和2型糖尿病（非胰岛素依赖型糖尿病）；另一种形式是60多种遗传综合症的集合，而糖尿病是它们的其中一个症状。年，VandenOuweland等首次报道了线粒体基因突变tRNALeuUURAG引起母系遗传糖尿病伴耳聋综合征(maternallyinheriteddiabetesanddeafnesssyndrome，MIDD)。

一般认为胰岛β细胞内mtDNA突变可导致线粒体蛋白合成缺陷，氧化磷酸化水平下降，ATP/ADP比值下降，影响K+通道与Ca2+通道的开关，致使葡萄糖介导的胰岛素的分泌下降。目前国内外研究报道与糖尿病相关的mtDNA突变位点已达50余种（见下表），其中最常见的是tRNALeuUURAG，突变率和突变位点因地域和种族而异。由于mtDNA本身具有高度的多态性，因此多数从事人类线粒体遗传学的学者认为mtDNA突变必须满足以下4条标准中的3条才具有致病性：①出现在同种无关个体的同类疾病中；②不出现在对照组中；③突变位点和特性可表明疾病的发病机制；④存在异质性。

线粒体糖尿病的基本治疗包括放宽饮食限制，提倡轻度运动。传统药物中最主要的是辅酶Q10(CoQl0)。此外还有肌酸、肉毒碱、维生素C、E、B1、B等药物作为辅助治疗。其中，补充硫胺素对于早期糖尿病肾病有预防和逆转的作用。

第九节氨基糖甙类抗生素耳毒性

氨基糖甙类药物诱发耳聋是由于使用氨基糖甙类抗生素而导致的耳聋。氨基糖甙类抗生素因其抗菌作用谱广、高效和价格低廉，在临床上被广泛用于控制格兰阴性和阳性菌感染，但此类抗生素可导致不可逆的听力损失。临床上主要表现为双耳对称性高频听力损害。

氨基糖甙类药物性耳聋患者可分为两类，一类因接受了毒性剂量的氨基糖甙类抗生素而致聋，这类患者多无遗传背景。另一类是接受了常规剂量的氨基糖甙类抗生素而致聋，这类患者有遗传家族史。目前发现位于mtDNA12SrRNA基因MTRNR1的同胞质性m.AG和m.CT突变导致很多患者的氨基糖甙类抗生素耳聋。m.AG和m.CT突变能在线粒体DNA12SrRNA基因高度保守的A位形成新的m.C-G或m.U-A碱基对，这些改变使得12SrRNA在二级结构上与大肠埃希菌的16SrRNA相对应区域的二级结构更加相似，该区域正是氨基糖甙类抗生素作用的靶点。因此，m.AG和m.CT突变在12SrRNA形成的U-A和G-C配对使得氨基糖甙类抗生素的结合更加容易，这就是携带这些突变的人，在接触了常规计量的氨基糖甙抗生素后，会出现耳聋的原因。携带m.AG和m.CT突变的细胞其生化特征是线粒体蛋白质合成的异常，并随之引起的细胞呼吸功能异常，细胞内外离子浓度失衡，最终导致毛细胞变性死亡。

Guan等（）通过对中国汉族耳聋患者群进行系统的临床和分子遗传学研究，以AmAn作用的靶基因，即线粒体12SrRNA基因MTRNR1作为突破点，在国际上首次全面系统地阐述了药物性耳聋致病的分子机制。通过对所收集的非综合征型耳聋患者MTRNR1基因突变的全面筛查，绘制了我国汉族人群药物性耳聋的患者MTRNR1基因突变图谱。在国际上首次发现了11个与药物性耳聋相关的新的突变位点和10个继发性突变位点。通过细胞与生化功能研究，阐述了线粒体遗传背景和核修饰基因对MTRNR1m.AG突变相关的耳聋表型表达的修饰作用，并提出了药物耳聋增强子理论，确定了第一个耳聋核修饰基因TRMU/MTO1。

可通过检测mtDNAMTRNR1m.AG和m.CT点突变筛查出氨基糖甙类抗生素高敏感个体；携带该突变的个体本人及其母系亲属均为高危人群。针对高危人群，应采取易感基因检测，指导临床医生优化给药方案，提高氨基糖甙类抗生素在人群中的应用安全性。

临床上，听力改善主要依靠佩戴合适的助听器，重度耳聋患者可以考虑人工耳蜗移植。

作者介绍

刘人众，16届暨南大学生物医药小硕一枚，目前肿瘤超微量液体活检专家海普洛斯从事遗传咨询工作，资历尚浅，期望大家多多指正。

赞赏

长按







































欢乐新春白癜风专家出诊
白殿怎么引起的