_線粒體基因病

1、 線粒體線粒體遺傳遺傳病病（Mitochondrial Genetic Diseases) v線粒體內(nèi)的線粒體線粒體內(nèi)的線粒體DNA(mitochondrial DNA, mtDNA)DNA(mitochondrial DNA, mtDNA)組成組成線粒體基因組線粒體基因組。mtDNAmtDNA基因突變引起的人類疾基因突變引起的人類疾病稱為病稱為線粒體遺傳病線粒體遺傳病或或線粒體基因病線粒體基因病。v線粒體基因病呈母系遺傳，它危及各個(gè)年齡層次，線粒體基因病呈母系遺傳，它危及各個(gè)年齡層次，其臨床表現(xiàn)往往呈進(jìn)行性加重，最終使患者嚴(yán)重致其臨床表現(xiàn)往往呈進(jìn)行性加重，最終使患者嚴(yán)重致殘或致死。殘或致死。

2、v短短的十幾年中，這一領(lǐng)域的研究迅猛發(fā)展，已發(fā)短短的十幾年中，這一領(lǐng)域的研究迅猛發(fā)展，已發(fā)現(xiàn)線粒體突變基因所致的功能缺陷與現(xiàn)線粒體突變基因所致的功能缺陷與100100多種疾病多種疾病有關(guān)。有關(guān)。研究簡(jiǎn)史研究簡(jiǎn)史v18941894年于動(dòng)物細(xì)胞質(zhì)內(nèi)發(fā)現(xiàn)年于動(dòng)物細(xì)胞質(zhì)內(nèi)發(fā)現(xiàn)線粒體。線粒體。v19631963年年NassNass首次在雞卵母細(xì)首次在雞卵母細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)線粒胞中發(fā)現(xiàn)線粒 體中存在有體中存在有DNADNA。v19811981年報(bào)道了人年報(bào)道了人mtDNAmtDNA的完整的完整序列。序列。v19881988年年WallaceWallace等在線粒體腦等在線粒體腦肌病等患者肌病等患者 的的mtDN

3、AmtDNA中發(fā)現(xiàn)中發(fā)現(xiàn)了了mtDNAmtDNA缺失和點(diǎn)突變。缺失和點(diǎn)突變。一一、線粒體基因線粒體基因v線粒體是細(xì)胞內(nèi)線粒體是細(xì)胞內(nèi)半自主半自主細(xì)胞器細(xì)胞器, , 具有自己的一具有自己的一套基因表達(dá)系統(tǒng)和表達(dá)套基因表達(dá)系統(tǒng)和表達(dá)體系體系, , 被稱之為被稱之為“人類人類第第2525號(hào)染色體號(hào)染色體”、“線線粒體基因組粒體基因組”。 Structure ofvmtDNAmtDNA構(gòu)成線粒體基因組。構(gòu)成線粒體基因組。人的人的mtDNAmtDNA是由兩條鏈組成的是由兩條鏈組成的一條一條環(huán)狀的環(huán)狀的DNADNA分子分子, , 兩條鏈兩條鏈因含堿基成份不同因含堿基成份不同, , 一條鏈一條鏈叫叫L L鏈

4、鏈, , 另一條為另一條為H H鏈鏈, ,整條整條mtDNAmtDNA是由是由16 569bp16 569bp組成。組成。v線粒體基因組線粒體基因組由由3737個(gè)基因組個(gè)基因組成。成。vL L鏈僅編碼鏈僅編碼8 8種種tRNAtRNA和一種小和一種小分子的分子的mRNA, mRNA, v其余的均為其余的均為H H鏈編碼。鏈編碼。mtDNA的功能 mtDNAmtDNA共編碼共編碼2 2種種rRNA,22rRNA,22種種tRNA;tRNA;。 mtDNA mtDNA編碼線粒體內(nèi)的編碼線粒體內(nèi)的1313種種多 肽 ， 參 與 氧 化 磷 酸 化多 肽 ， 參 與 氧 化 磷 酸 化（OXPHOSO

5、XPHOS）。）。OXPHOSOXPHOS由由5 5個(gè)個(gè)酶復(fù)合體（酶復(fù)合體（）組成。）組成。v復(fù)合體復(fù)合體由由3030多個(gè)多肽組成，其中多個(gè)多肽組成，其中7 7個(gè)由個(gè)由mtDNAmtDNA編碼。編碼。v復(fù)合體復(fù)合體由由4 4個(gè)個(gè)nDNAnDNA編碼的多肽構(gòu)成。編碼的多肽構(gòu)成。v復(fù)合體復(fù)合體由由1010個(gè)多肽構(gòu)成；個(gè)多肽構(gòu)成；1 1個(gè)由個(gè)由mtDNAmtDNA編碼。編碼。v復(fù)合體復(fù)合體由由1313個(gè)多肽構(gòu)成，個(gè)多肽構(gòu)成，3 3個(gè)由個(gè)由mtDNAmtDNA編碼。編碼。v復(fù)合體復(fù)合體由由1212個(gè)多肽組成，個(gè)多肽組成，2 2個(gè)由個(gè)由mtDNAmtDNA編碼。編碼。 線粒體基因特點(diǎn)v 1.1.半自主性

6、半自主性 mtDNA mtDNA能夠能夠獨(dú)立獨(dú)立地復(fù)制與表達(dá)，因地復(fù)制與表達(dá)，因nDNAnDNA編碼大量的維持線粒體結(jié)構(gòu)和功能的大分子編碼大量的維持線粒體結(jié)構(gòu)和功能的大分子復(fù)合物及多數(shù)復(fù)合物及多數(shù)OXPHOSOXPHOS酶的蛋白質(zhì)亞單位，其功能酶的蛋白質(zhì)亞單位，其功能又又受受nDNAnDNA的影響的影響。v 2.2. 線粒體基因組中各基因排列緊密線粒體基因組中各基因排列緊密 v幾乎每個(gè)核苷酸都是編碼順序的一部分幾乎每個(gè)核苷酸都是編碼順序的一部分, ,不是編不是編碼蛋白質(zhì)就是編碼一種碼蛋白質(zhì)就是編碼一種rRNArRNA或者或者tRNA, tRNA, 僅有很僅有很小的一段作為調(diào)控小的一段作為調(diào)控D

7、NADNA順序。順序。3. 遺傳密碼和通用密碼不同遺傳密碼和通用密碼不同表表 1 1 人類人類“通用”密碼子和線粒體密碼子之間的幾點(diǎn)區(qū)別“通用”密碼子和線粒體密碼子之間的幾點(diǎn)區(qū)別 密碼子 “通用”密碼 線粒體密碼 UGA 終止密碼 色氨酸 AUA,AUU 異亮氨酸 甲硫氨酸 AGA,AGG 精氨酸 終止密碼 4. 母系遺傳母系遺傳v 母親將她的母親將她的mtDNAmtDNA傳遞給她的所有子女，傳遞給她的所有子女，她 的 女 兒 們 又 將 其她 的 女 兒 們 又 將 其mtDNAmtDNA傳給下一代。傳給下一代。序序列分析列分析子代子代mtDNA, mtDNA, 發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)1/10 0001/

8、10 000的的 mtDNAmtDNA來來自父親自父親, , 余之來自母親。余之來自母親。因此因此, , 99.99%99.99%的的mtDNAmtDNA屬母系傳遞。屬母系傳遞。5. 同質(zhì)性與異質(zhì)性同質(zhì)性與異質(zhì)性v由于細(xì)胞內(nèi)線粒體有成百上千個(gè)由于細(xì)胞內(nèi)線粒體有成百上千個(gè)mtDNAmtDNA拷貝，在細(xì)胞分裂拷貝，在細(xì)胞分裂時(shí)它們又被隨機(jī)分配到子細(xì)胞中，這樣線粒體遺傳就不同時(shí)它們又被隨機(jī)分配到子細(xì)胞中，這樣線粒體遺傳就不同于核基因的孟德爾遺傳。在正常組織中，所有的于核基因的孟德爾遺傳。在正常組織中，所有的mtDNAmtDNA分分子都是一致的，稱為子都是一致的，稱為同質(zhì)性同質(zhì)性。v如果如果mtDNA

9、mtDNA發(fā)生突變，造成在同一細(xì)胞或同一組織中兩種發(fā)生突變，造成在同一細(xì)胞或同一組織中兩種或兩種以上或兩種以上mtDNAmtDNA共存，一種為野生型，另一種為突變型，共存，一種為野生型，另一種為突變型，即為即為異質(zhì)性異質(zhì)性。異質(zhì)性細(xì)胞經(jīng)過有絲分裂和減數(shù)分裂，異質(zhì)性細(xì)胞經(jīng)過有絲分裂和減數(shù)分裂， 隨機(jī)分隨機(jī)分離到兩個(gè)子細(xì)胞中的突變型和野生型離到兩個(gè)子細(xì)胞中的突變型和野生型mtDNAmtDNA的比例發(fā)生的比例發(fā)生改變，改變，卵母細(xì)胞成熟卵母細(xì)胞成熟時(shí)，絕大多數(shù)線粒體會(huì)喪失，數(shù)時(shí)，絕大多數(shù)線粒體會(huì)喪失，數(shù)目可能會(huì)目可能會(huì)少于少于1010個(gè)，最多不會(huì)超出個(gè)，最多不會(huì)超出100100個(gè)個(gè)。線粒體數(shù)目線粒體

10、數(shù)目從從10105 5個(gè)銳減到少于個(gè)銳減到少于100100個(gè)個(gè)的過程稱為的過程稱為遺傳瓶頸遺傳瓶頸。mtDNAmtDNA基因型分別向純合突變型和純合野生基因型分別向純合突變型和純合野生型型漂變漂變，經(jīng)過無(wú)數(shù)次分裂后，細(xì)胞可達(dá)到同質(zhì)性，經(jīng)過無(wú)數(shù)次分裂后，細(xì)胞可達(dá)到同質(zhì)性。v如果通過遺傳瓶頸如果通過遺傳瓶頸存活下來存活下來的一個(gè)線的一個(gè)線粒體碰巧攜帶一種突變基因，那么這個(gè)基粒體碰巧攜帶一種突變基因，那么這個(gè)基因組就能夠確保該線粒體類型在發(fā)育完成因組就能夠確保該線粒體類型在發(fā)育完成之后的個(gè)體中的數(shù)量。之后的個(gè)體中的數(shù)量。6. 閾值效應(yīng)閾值效應(yīng)v由由mtDNAmtDNA突變所致的表型表達(dá)與核基因的顯突

11、變所致的表型表達(dá)與核基因的顯性或隱性表達(dá)不同，主要是由某種組織中野生型與性或隱性表達(dá)不同，主要是由某種組織中野生型與突變型突變型mtDNAmtDNA的相對(duì)比例以及該種組織對(duì)線粒體的的相對(duì)比例以及該種組織對(duì)線粒體的ATPATP產(chǎn)生的依賴程度所決定的。產(chǎn)生的依賴程度所決定的。v突變突變mtDNAmtDNA的數(shù)目的數(shù)目需達(dá)到某種程度才足以引需達(dá)到某種程度才足以引起某種組織或器官功能的異常，這稱為起某種組織或器官功能的異常，這稱為閾值效應(yīng)閾值效應(yīng)。7.突變率高突變率高vmtDNAmtDNA中中各基因排列緊湊各基因排列緊湊，另外，另外mtDNAmtDNA既既無(wú)組蛋無(wú)組蛋白保護(hù)白保護(hù)，又，又缺乏缺乏有效的

12、有效的DNADNA損傷修復(fù)系統(tǒng)，且直接損傷修復(fù)系統(tǒng)，且直接暴露暴露于于OXPHOSOXPHOS過程中產(chǎn)生的高反應(yīng)氧中，因此突變過程中產(chǎn)生的高反應(yīng)氧中，因此突變率大約是率大約是核核DNADNA的的10102020倍倍。8.mtDNA整合到核基因組整合到核基因組vmtDNAmtDNA可以可以穩(wěn)定地整合穩(wěn)定地整合到核基因組中。到核基因組中。在人的胎盤組織、白細(xì)胞等核基因組中均在人的胎盤組織、白細(xì)胞等核基因組中均發(fā)現(xiàn)整合的發(fā)現(xiàn)整合的mtDNAmtDNA。二、二、mtDNA突變vmtDNAmtDNA突變的類型：突變的類型：v堿基突變堿基突變v1 1. .錯(cuò)義突變錯(cuò)義突變：又稱氨基酸替換突變，主要與神經(jīng)系

13、統(tǒng)疾?。河址Q氨基酸替換突變，主要與神經(jīng)系統(tǒng)疾病有關(guān)，如有關(guān)，如LHONLHON等。等。v2.2.蛋白質(zhì)生物合成基因突變蛋白質(zhì)生物合成基因突變：為：為tRNAtRNA基因突變，與線粒體基因突變，與線粒體肌病相關(guān)，典型疾病包括有癲癇伴碎紅纖維病等。肌病相關(guān)，典型疾病包括有癲癇伴碎紅纖維病等。缺失、插入突變v經(jīng)常是以經(jīng)常是以缺失為多見缺失為多見，缺失突變主要引起絕大，缺失突變主要引起絕大多數(shù)多數(shù)眼肌病眼肌病。常發(fā)生于神經(jīng)性疾病及一些退化性疾。常發(fā)生于神經(jīng)性疾病及一些退化性疾病中，如病中，如KSSKSS綜合征。綜合征。mtDNA拷貝數(shù)目突變v拷貝數(shù)目突變?yōu)榭截悢?shù)目突變?yōu)閙tDNAmtDNA拷貝數(shù)低于正

14、?？截悢?shù)低于正常，這，這種突變較少，僅見于一些致死性嬰兒呼吸障礙等種突變較少，僅見于一些致死性嬰兒呼吸障礙等病例。病例。v此外，此外，mtDNAmtDNA病變具有相應(yīng)的病變具有相應(yīng)的組織特異性組織特異性。v有些線粒體遺傳病是有些線粒體遺傳病是nDNAnDNA與與mtDNAmtDNA共同作用共同作用的結(jié)果。的結(jié)果。三、常見的線粒體基因病常見的線粒體基因病v線粒體基因病也稱為線粒體基因病也稱為線粒體肌病線粒體肌病，這類疾，這類疾病常伴有明顯的肌肉異常、共濟(jì)失調(diào)、心肌病、病常伴有明顯的肌肉異常、共濟(jì)失調(diào)、心肌病、視網(wǎng)膜病等。視網(wǎng)膜病等。mtDNAmtDNA點(diǎn)突變與疾病點(diǎn)突變與疾病vLeberLebe

15、r遺傳性視神經(jīng)病遺傳性視神經(jīng)病( (LHONLHON) )vLHONLHON是人類母系遺傳病的典型病例。是人類母系遺傳病的典型病例。LeberLeber遺傳性視神經(jīng)病遺傳性視神經(jīng)病(LHON);(LHON);線粒體肌病腦肌病伴乳酸中毒及中風(fēng)樣發(fā)作綜合征（線粒體肌病腦肌病伴乳酸中毒及中風(fēng)樣發(fā)作綜合征（MELAS);MELAS);肌陣攣性癲癇伴碎紅纖維病肌陣攣性癲癇伴碎紅纖維病; ;神經(jīng)性肌軟弱、共濟(jì)失調(diào)、色素性視網(wǎng)膜炎（神經(jīng)性肌軟弱、共濟(jì)失調(diào)、色素性視網(wǎng)膜炎（ NARPNARP）; ;mtDNAmtDNA突變與耳聾突變與耳聾; ;母系遺傳性肌病和心肌病（母系遺傳性肌病和心肌?。∕MCMMC）;

16、;LeighLeigh病病. .v主要癥狀主要癥狀：雙側(cè)視：雙側(cè)視神經(jīng)萎縮，一般發(fā)神經(jīng)萎縮，一般發(fā)病為病為18183030歲，男歲，男女發(fā)病比例為女發(fā)病比例為4:14:1。其它相關(guān)癥狀包括其它相關(guān)癥狀包括反射亢進(jìn)，小腦共反射亢進(jìn)，小腦共濟(jì)失調(diào)，外周視神濟(jì)失調(diào)，外周視神經(jīng)炎及心臟節(jié)律失經(jīng)炎及心臟節(jié)律失調(diào)等。調(diào)等。vmtDNAmtDNA上上許多位點(diǎn)的突變?cè)S多位點(diǎn)的突變都伴有都伴有LHONLHON。v19881988年年WallaceWallace最先發(fā)現(xiàn)最先發(fā)現(xiàn)mtDNAmtDNA第第1177811778位點(diǎn)位點(diǎn)的的GAGA，使，使NADHNADH脫氫酶亞單位脫氫酶亞單位4(ND4)4(ND4)蛋

17、白質(zhì)中第蛋白質(zhì)中第340340個(gè)氨基酸由精氨酸個(gè)氨基酸由精氨酸組氨酸。組氨酸。50%50%的的LHONLHON病是病是由該位點(diǎn)引起。由該位點(diǎn)引起。11778 GA MtDNA 突變 相關(guān)基因 Nt11778 (GA) nt15257 (GA) nt7444 (GA) nt4160 (TC) nt3460 (GA) nt3394 (TC) nt14484 (TC) mtDNA 協(xié)同突變： nt15812 (GA) nt13708 (GA) nt5244 (GA) nt4917 (AG) nt4216 (TC) ND4 Cyb6 COX I ND1 ND1 ND1 ND6這些突變與各種組合時(shí)可致

18、LHON 表表 2 與與LHON病相關(guān)的病相關(guān)的mtDNA突變突變 現(xiàn)在還發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在還發(fā)現(xiàn)1010多種點(diǎn)突變多種點(diǎn)突變與該病的發(fā)生相關(guān)；與該病的發(fā)生相關(guān)；有些突變單獨(dú)可引起有些突變單獨(dú)可引起LHONLHON，有些則必須與其它突，有些則必須與其它突變配合作用才發(fā)生變配合作用才發(fā)生LHON (LHON (表表2)2)vLHONLHON的研究也提出了線粒體病中的一個(gè)的研究也提出了線粒體病中的一個(gè)概念，即概念，即多種突變的相互作用多種突變的相互作用，其中也包括核，其中也包括核基因的作用，最終導(dǎo)致疾病的發(fā)生。最近已發(fā)基因的作用，最終導(dǎo)致疾病的發(fā)生。最近已發(fā)現(xiàn)現(xiàn)X X染色體染色體上一基因位點(diǎn)與上一基因位點(diǎn)與

19、LHONLHON視萎縮有關(guān)，視萎縮有關(guān)，這大概可以解釋為什么這大概可以解釋為什么LHONLHON男性患者較多的原男性患者較多的原因。因。v我國(guó)我國(guó)LHONLHON家系的研究也獲得了類似結(jié)果。在家系的研究也獲得了類似結(jié)果。在LHONLHON家家系中，系中，11 77811 778位點(diǎn)大多是同質(zhì)性的，異質(zhì)性個(gè)體則隨細(xì)位點(diǎn)大多是同質(zhì)性的，異質(zhì)性個(gè)體則隨細(xì)胞分裂發(fā)生復(fù)制分離，產(chǎn)生多種多樣的異質(zhì)基因型，而胞分裂發(fā)生復(fù)制分離，產(chǎn)生多種多樣的異質(zhì)基因型，而且在不同組織中突變且在不同組織中突變DNADNA比例不同，它們都向同質(zhì)性方比例不同，它們都向同質(zhì)性方向漂變。向漂變。利用利用Wallace突變突變可以對(duì)約

20、可以對(duì)約50LHON家系進(jìn)家系進(jìn)行基因診斷行基因診斷v其原理是因其原理是因11 77811 778位點(diǎn)位點(diǎn)GA, GA, 喪失喪失SfaN SfaN 酶切酶切位點(diǎn)位點(diǎn)同時(shí)又獲得同時(shí)又獲得MaeMae酶切位點(diǎn)，可以在酶切位點(diǎn)，可以在11 77811 778位點(diǎn)兩位點(diǎn)兩側(cè)設(shè)計(jì)一對(duì)引物，通過側(cè)設(shè)計(jì)一對(duì)引物，通過PCRPCR擴(kuò)增，其產(chǎn)物用擴(kuò)增，其產(chǎn)物用SfaN SfaN 酶酶切切, ,正常個(gè)體可切成正常個(gè)體可切成條帶條帶而患者和攜帶者只有而患者和攜帶者只有一條帶一條帶。v如果用如果用Mae Mae 酶切酶切，則相反，正常個(gè)體，則相反，正常個(gè)體1 1條帶條帶, ,突突變個(gè)體可為變個(gè)體可為2 2條帶條帶，

21、如雜合可出現(xiàn)條帶這樣可以做到，如雜合可出現(xiàn)條帶這樣可以做到準(zhǔn)確的診斷。準(zhǔn)確的診斷。vPCR-SSCP分析，分析，結(jié)合序列分結(jié)合序列分析進(jìn)行確診析進(jìn)行確診線粒體肌病腦肌病伴乳酸中毒及中風(fēng)樣發(fā)作綜線粒體肌病腦肌病伴乳酸中毒及中風(fēng)樣發(fā)作綜合征（合征（MELASMELAS) )vMELASMELAS的癥狀的癥狀為：突發(fā)嘔吐，乳酸中毒，肌肉組為：突發(fā)嘔吐，乳酸中毒，肌肉組織病變，有碎紅纖維。有時(shí)伴癡呆，耳聾，身材矮小織病變，有碎紅纖維。有時(shí)伴癡呆，耳聾，身材矮小等癥狀。中風(fēng)具可逆性，使大腦皮層和脊髓白質(zhì)損傷，等癥狀。中風(fēng)具可逆性，使大腦皮層和脊髓白質(zhì)損傷，可用可用CTCT或或MRIMRI檢出。檢出。v一

22、般很少見一般很少見MELASMELAS的家系中患者有上述全部癥狀，的家系中患者有上述全部癥狀，而其而其母系親屬常僅表現(xiàn)神經(jīng)異常母系親屬常僅表現(xiàn)神經(jīng)異常。v80%80%的的MELASMELAS患者患者mtDNAmtDNA編碼的編碼的tRNAtRNA基因基因3 2433 243位位點(diǎn)有點(diǎn)有AGAG的突變的突變，另四種，另四種少見的突變少見的突變均在該基因的均在該基因的3 3 291291、3 2713 271、3 2563 256和和3 2523 252位點(diǎn)。位點(diǎn)。vMELAS MELAS 突變可能降低轉(zhuǎn)錄活性并改變線粒體突變可能降低轉(zhuǎn)錄活性并改變線粒體rRNArRNA和和mRNAmRNA轉(zhuǎn)錄的比

23、例。具有轉(zhuǎn)錄的比例。具有mtDNAmtDNA突變的個(gè)體也常突變的個(gè)體也常隨年齡的增加而加重病情。隨年齡的增加而加重病情。肌陣攣性癲癇伴碎紅纖維病v肌陣攣性癲癇伴碎紅纖維病肌陣攣性癲癇伴碎紅纖維病( (MERRFMERRF) )是一種線粒體是一種線粒體肌病肌病(MM)(MM)，它除了具有，它除了具有MMMM的特征的特征( (即破碎的肌紅纖維和形即破碎的肌紅纖維和形態(tài)異常的線粒體態(tài)異常的線粒體) )之外，還伴有失控的陣攣性癲癇。之外，還伴有失控的陣攣性癲癇。v具有明顯的具有明顯的母系遺傳性母系遺傳性，患者的母系親屬常表現(xiàn)，患者的母系親屬常表現(xiàn)一些癥狀如腦電圖異常，感覺神經(jīng)聽力喪失，癡呆，呼一些癥狀

24、如腦電圖異常，感覺神經(jīng)聽力喪失，癡呆，呼吸異常，擴(kuò)張性心肌病和腎功能障礙等癥狀。吸異常，擴(kuò)張性心肌病和腎功能障礙等癥狀。vMERRFMERRF家系與家系與多向性氧化磷酸化受損多向性氧化磷酸化受損有關(guān)，有關(guān)，主要是呼吸鏈酶主要是呼吸鏈酶復(fù)合物復(fù)合物和和受到損傷。氧化磷受到損傷。氧化磷酸化酶缺陷程度與臨床癥狀嚴(yán)重程度成正比。酸化酶缺陷程度與臨床癥狀嚴(yán)重程度成正比。v808090%90%患者患者mtDNAmtDNA的的tRNAtRNA基因的第基因的第83448344位位AGAG突變，小部分在同一基因的突變，小部分在同一基因的8 3568 356位位TCTC突突變變。v主要影響線粒體呼吸鏈的酶主要影響

25、線粒體呼吸鏈的酶復(fù)合物復(fù)合物和和。該突變使該突變使tRNALystRNALys的的TC LoopTC Loop區(qū)區(qū)發(fā)生改變，蛋白發(fā)生改變，蛋白質(zhì)合成受阻。質(zhì)合成受阻。vMERRFMERRF家族成員家族成員mtDNAmtDNA通常為通常為異質(zhì)性異質(zhì)性，氧，氧化磷酸化酶水平會(huì)隨著年齡的增大而迅速降化磷酸化酶水平會(huì)隨著年齡的增大而迅速降低，而與低，而與mtDNAmtDNA突變僅部分相關(guān)。突變僅部分相關(guān)。v隨著年齡的增大，氧化磷酸化能力進(jìn)一步降隨著年齡的增大，氧化磷酸化能力進(jìn)一步降低，直至低于閾值，出現(xiàn)臨床癥狀?？山忉尀槭裁吹?，直至低于閾值，出現(xiàn)臨床癥狀?？山忉尀槭裁丛S多有許多有mtDNAmtDNA突

26、變的個(gè)體在早期是正常的，到一定突變的個(gè)體在早期是正常的，到一定年齡發(fā)病，爾后病情加劇。年齡發(fā)病，爾后病情加劇。神經(jīng)性肌軟弱、共濟(jì)失調(diào)、色素性視網(wǎng)膜炎（ NARP）v NARPNARP患者表現(xiàn)為色素性視網(wǎng)膜炎、共濟(jì)失患者表現(xiàn)為色素性視網(wǎng)膜炎、共濟(jì)失調(diào)、癲癇、癡呆、近端神經(jīng)肌肉衰弱、感覺神調(diào)、癲癇、癡呆、近端神經(jīng)肌肉衰弱、感覺神經(jīng)元痛以及發(fā)育遲緩。經(jīng)元痛以及發(fā)育遲緩。vNARPNARP與與mtDNAmtDNA上上ATPase ATPase 基因上第基因上第8 9938 993位位的點(diǎn)的點(diǎn)突變有關(guān)。當(dāng)突變突變有關(guān)。當(dāng)突變mtDNAmtDNA超過超過9090% %時(shí)，患者就表現(xiàn)出時(shí)，患者就表現(xiàn)出Lei

27、ghLeigh綜合征，通常在幼年期發(fā)病，一般會(huì)致命。綜合征，通常在幼年期發(fā)病，一般會(huì)致命。mtDNA突變與耳聾v1)1)氨基糖甙類抗生素致聾氨基糖甙類抗生素致聾 v鏈霉素、慶大霉素素等氨基糖甙類抗生鏈霉素、慶大霉素素等氨基糖甙類抗生素能致聾早已是常識(shí)了，素能致聾早已是常識(shí)了， 但分子機(jī)制不清。但分子機(jī)制不清。v資料資料表明表明mtDNAmtDNA編碼的編碼的12S rRNA12S rRNA基因第基因第1 5551 555位點(diǎn)位點(diǎn)AGAG的突變的突變?cè)斐闪藱C(jī)體對(duì)氨基糖甙類抗生素造成了機(jī)體對(duì)氨基糖甙類抗生素耳聾效應(yīng)的高度易感性，極少劑量的氨基糖甙類耳聾效應(yīng)的高度易感性，極少劑量的氨基糖甙類抗生素就

28、會(huì)致聾?？股鼐蜁?huì)致聾。v導(dǎo)致聽力喪失的還有導(dǎo)致聽力喪失的還有同質(zhì)性突變同質(zhì)性突變是是mtDNA7 mtDNA7 445445位點(diǎn)位點(diǎn)TCTC的突變的突變。v7 4457 445位點(diǎn)位點(diǎn)TCTC的突變是一個(gè)重鏈上的細(xì)的突變是一個(gè)重鏈上的細(xì)胞色素氧化酶胞色素氧化酶I I基因的最后一個(gè)核苷酸和輕鏈基因的最后一個(gè)核苷酸和輕鏈上緊靠上緊靠3 3末端末端tRNAser(ucn)tRNAser(ucn)基因的核苷酸的基因的核苷酸的變化。變化。2)mtDNA4977缺失致聾v研究表明,mtDNA4977mtDNA4977缺失缺失的發(fā)生與老化有關(guān)；的發(fā)生與老化有關(guān)；內(nèi)耳和蝸核組織中內(nèi)耳和蝸核組織中mtDNA4

29、977mtDNA4977缺失缺失與老年聾的發(fā)與老年聾的發(fā)生有關(guān)。生有關(guān)。 母系遺傳性肌病和心肌?。∕MC）vMMCMMC患者表現(xiàn)線粒體肌病、肥大性心肌病。患者表現(xiàn)線粒體肌病、肥大性心肌病。vMMCMMC主要是主要是mtDNAmtDNA的的tRNAtRNA基因基因32603260位位AGAG突變突變。它與導(dǎo)致。它與導(dǎo)致MELASMELAS的基因?qū)儆诋惖任换?，的基因?qū)儆诋惖任换?，因此因此MMCMMC和和MELASMELAS可能是一種遺傳病的兩個(gè)等位可能是一種遺傳病的兩個(gè)等位表現(xiàn)。表現(xiàn)。Leigh病v又稱又稱亞急性壞死性腦脊髓肌病亞急性壞死性腦脊髓肌病v癥狀：呼吸異常，聲音微弱，視力聽力受損，癥

30、狀：呼吸異常，聲音微弱，視力聽力受損，運(yùn)動(dòng)失調(diào)，衰弱，高血壓等。運(yùn)動(dòng)失調(diào)，衰弱，高血壓等。v與與mtDNA 8 993mtDNA 8 993位點(diǎn)位點(diǎn)TGTG的顛換的顛換有關(guān)有關(guān), ,這一堿這一堿基變化使基變化使ATPATP酶酶 6 6 基因基因第第156156位位 Leu (ArgLeu (Arg) )，即，即ATPATP酶合成缺陷，氧化磷酸化作用受阻從而使供能酶合成缺陷，氧化磷酸化作用受阻從而使供能不足。不足。mtDNAmtDNA缺失、重復(fù)與疾病缺失、重復(fù)與疾病mtDNAmtDNA缺失與重復(fù)缺失與重復(fù)存在于許多神經(jīng)肌肉性存在于許多神經(jīng)肌肉性疾病及一些退化性疾病、腎病和肝病中，甚至衰疾病及一些

31、退化性疾病、腎病和肝病中，甚至衰老也與之有關(guān)老也與之有關(guān)。1.Kearns-Sayre綜合征(眼肌病); 2.Pearson骨髓/胰腺綜合征;3.線粒體心肌病; 4.帕金森病;5.Alzheimer病（ADAD）; ; 6.非胰島素依賴型糖尿病;1.Kearns-Sayre綜合征(眼肌病)v又稱為又稱為慢性進(jìn)行性眼外肌麻痹慢性進(jìn)行性眼外肌麻痹(CPEO)(CPEO)，也稱，也稱為為Kearns-SayreKearns-Sayre綜合征綜合征(KSS)(KSS)。v臨床表現(xiàn)臨床表現(xiàn)：從僅有眼肌麻痹，眼瞼下垂及四：從僅有眼肌麻痹，眼瞼下垂及四肢肌病到視網(wǎng)膜色素變性，乳酸中毒，感覺神經(jīng)肢肌病到視網(wǎng)膜

32、色素變性，乳酸中毒，感覺神經(jīng)性聽力喪失，運(yùn)動(dòng)失調(diào)，心臟傳導(dǎo)功能障礙，甚性聽力喪失，運(yùn)動(dòng)失調(diào)，心臟傳導(dǎo)功能障礙，甚至癡呆。具前一癥狀時(shí)，稱為至癡呆。具前一癥狀時(shí)，稱為CPEOCPEO，發(fā)展成為后，發(fā)展成為后一癥狀時(shí)一癥狀時(shí), ,即稱為即稱為KSSKSS。KSSKSS也是也是CPEOCPEO。KSS KSS 有以下三個(gè)共同特征有以下三個(gè)共同特征：v2020歲以前發(fā)病歲以前發(fā)病; ; 進(jìn)行性的眼外肌麻痹（進(jìn)行性的眼外肌麻痹（PEOPEO）; ;v色素視網(wǎng)膜炎；色素視網(wǎng)膜炎； 還有一些其他如心臟，小腦癥狀等。還有一些其他如心臟，小腦癥狀等。v病程發(fā)展較快，往往在三四十歲就死亡。病程發(fā)展較快，往往在三四

33、十歲就死亡。v研究研究KSSKSS發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)，幾乎所有幾乎所有患者患者均有均有mtDNAmtDNA缺缺失失。缺失片段范圍在。缺失片段范圍在2.0 kb2.0 kb7.0kb7.0kb之間，缺失多之間，缺失多發(fā)生在重鏈與輕鏈的發(fā)生在重鏈與輕鏈的兩個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)兩個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)之間。因缺之間。因缺失丟掉許多基因，尤其失丟掉許多基因，尤其tRNAtRNA基因，故受這些缺失基因，故受這些缺失突變影響的個(gè)體都呈現(xiàn)出不同程度的突變影響的個(gè)體都呈現(xiàn)出不同程度的mtDNA mtDNA 蛋白蛋白質(zhì)合成缺陷，影響所有質(zhì)合成缺陷，影響所有4 4種呼吸鏈復(fù)合物。種呼吸鏈復(fù)合物。v約約1/31/3的的 KSS KSS患者的

34、缺失發(fā)生在患者的缺失發(fā)生在4 4 977 977 bpbp區(qū)域，區(qū)域， 斷裂點(diǎn)分別位于斷裂點(diǎn)分別位于ATPATP酶亞單位酶亞單位8 8基基因中的第因中的第84688468位和位和ND5ND5基因中的第基因中的第13 44613 446位。位。v序列分析序列分析可知，缺失兩側(cè)有一個(gè)可知，缺失兩側(cè)有一個(gè)13 bp(5-13 bp(5-ACCTCCCTCACCA)ACCTCCCTCACCA)的同向重復(fù)序列，缺失后的融合基的同向重復(fù)序列，缺失后的融合基因編碼出異常的蛋白質(zhì)產(chǎn)物。這種兩側(cè)重復(fù)序列可因編碼出異常的蛋白質(zhì)產(chǎn)物。這種兩側(cè)重復(fù)序列可能因同源重組而產(chǎn)生了缺失。能因同源重組而產(chǎn)生了缺失。v最大片段的

35、缺失最大片段的缺失則為則為15 94515 945位點(diǎn)到位點(diǎn)到5 7865 786位點(diǎn)位點(diǎn)之間之間10kb10kb的缺失的缺失及及5 4485 448到到470 470 位點(diǎn)間的缺失位點(diǎn)間的缺失。2.Pearson骨髓/胰腺綜合征v又稱又稱胰腺綜合征胰腺綜合征，是一種致死性的兒童疾，是一種致死性的兒童疾病。病。v臨床特征臨床特征：鐵幼粒紅細(xì)胞貧血，骨髓前體：鐵幼粒紅細(xì)胞貧血，骨髓前體的空泡形成，伴發(fā)各類血細(xì)胞減少。胰腺纖維的空泡形成，伴發(fā)各類血細(xì)胞減少。胰腺纖維變性、分泌障礙及脾萎縮等。偶爾能存活的個(gè)變性、分泌障礙及脾萎縮等。偶爾能存活的個(gè)體到青年期常發(fā)展成為體到青年期常發(fā)展成為KSSKSS的

36、表型特征的表型特征。vPearsonPearson綜合征主要與綜合征主要與mtDNAmtDNA缺失缺失有關(guān)，偶有關(guān)，偶爾也有爾也有mtDNA mtDNA 點(diǎn)突變點(diǎn)突變導(dǎo)致的眼肌病的病例導(dǎo)致的眼肌病的病例, ,為為8 8 334334位位tRNALystRNALys和和3 2423 242位位tRNALeutRNALeu的突變的突變。mtDNAmtDNA的缺失一般只有一處，但其大小和位置在個(gè)體的缺失一般只有一處，但其大小和位置在個(gè)體間差異極大。間差異極大。 現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)有現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)有100100多種缺失。多種缺失。3.線粒體心肌病v線粒體心肌病累及心臟和骨骼肌。線粒體心肌病累及心臟和骨骼肌。v臨床表現(xiàn)

37、臨床表現(xiàn)：病人常有嚴(yán)重的心力衰竭，：病人常有嚴(yán)重的心力衰竭，勞力性呼吸困難，心動(dòng)過速，全身肌無(wú)力，勞力性呼吸困難，心動(dòng)過速，全身肌無(wú)力，全身嚴(yán)重水腫，心臟和肝臟增大等癥狀。全身嚴(yán)重水腫，心臟和肝臟增大等癥狀。v原發(fā)型心肌病可由線粒體基因組缺失而原發(fā)型心肌病可由線粒體基因組缺失而致。致。研究發(fā)現(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)原發(fā)型、原發(fā)型、 肥厚型和擴(kuò)張型心肌肥厚型和擴(kuò)張型心肌病病人心肌病病人心肌mtDNAmtDNA中存在有中存在有7.5kb7.5kb的缺失的缺失，缺失，缺失部位兩側(cè)為同向重復(fù)序列部位兩側(cè)為同向重復(fù)序列CATCAACAACCGCATCAACAACCG，缺失，缺失位于位于ATPATP合成酶合成酶6 6基

38、因和基因和D D環(huán)區(qū)環(huán)區(qū)之間。之間。v心肌內(nèi)心肌內(nèi)mtDNA mtDNA 突變發(fā)生率將隨年齡增大而升突變發(fā)生率將隨年齡增大而升高，這種趨勢(shì)在高，這種趨勢(shì)在3535歲后更明顯，歲后更明顯，7070歲以上的老年歲以上的老年人均有部分心肌人均有部分心肌mtDNAmtDNA缺失。缺失。也是由于老年人冠狀也是由于老年人冠狀動(dòng)脈硬化，使心肌缺血缺氧動(dòng)脈硬化，使心肌缺血缺氧,mtDNA,mtDNA易發(fā)生突變，易發(fā)生突變，突變后線粒體功能受到影響突變后線粒體功能受到影響, ,從而又反過來加重心從而又反過來加重心肌缺氧，呈惡性循環(huán)趨勢(shì)肌缺氧，呈惡性循環(huán)趨勢(shì) 。mtDNA缺失與缺血性心臟病v線粒體的線粒體的OXP

39、HOSOXPHOS過程過程產(chǎn)生體內(nèi)大部分的產(chǎn)生體內(nèi)大部分的氧自由基氧自由基，在細(xì)胞缺氧或灌注異常條件下，在細(xì)胞缺氧或灌注異常條件下，OXPHOSOXPHOS過程受抑制，此時(shí)氧自由基的產(chǎn)生增過程受抑制，此時(shí)氧自由基的產(chǎn)生增加，可以導(dǎo)致加，可以導(dǎo)致mtDNAmtDNA損傷而發(fā)生突變損傷而發(fā)生突變，mtDNAmtDNA突變的后果又使突變的后果又使OXPHOSOXPHOS障礙加重，形成一個(gè)障礙加重，形成一個(gè)惡性循環(huán)。惡性循環(huán)。4.帕金森病v臨床表現(xiàn)臨床表現(xiàn)：本病是一種晚年發(fā)病的：本病是一種晚年發(fā)病的運(yùn)動(dòng)失調(diào)癥，有震顫，動(dòng)作遲緩且常常運(yùn)動(dòng)失調(diào)癥，有震顫，動(dòng)作遲緩且常常錯(cuò)誤等癥狀，又稱震顫性麻痹錯(cuò)誤等癥狀

40、，又稱震顫性麻痹。少數(shù)病少數(shù)病人有癡呆癥狀。人有癡呆癥狀。v帕金森病患者腦組織特別是黑質(zhì)中存在帕金森病患者腦組織特別是黑質(zhì)中存在mtDNAmtDNA中缺乏復(fù)合物中缺乏復(fù)合物、或或。v從患者腦組織的線粒體中可檢測(cè)到從患者腦組織的線粒體中可檢測(cè)到4977bp4977bp的缺失，主要累及的缺失，主要累及NDND3 3、NDND4L4L、NDND4 4及及NDND5 5基因基因。v該病該病遺傳學(xué)遺傳學(xué)是復(fù)雜的，大多數(shù)病例是自發(fā)是復(fù)雜的，大多數(shù)病例是自發(fā)的和集中在家庭中。的和集中在家庭中。5.Alzheimer病（AD）vADAD是一種晚年發(fā)生的漸進(jìn)性癡呆。是一種晚年發(fā)生的漸進(jìn)性癡呆。v臨床表現(xiàn)為記憶力

41、喪失，認(rèn)知功能異常和全面臨床表現(xiàn)為記憶力喪失，認(rèn)知功能異常和全面智能減退智能減退;10%;10%的患者伴有肌陣攣，的患者伴有肌陣攣，30%30%40%40%患者具患者具有帕金森病的特征有帕金森病的特征。研究發(fā)現(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)mtDNA 突變也是突變也是AD的病因之一。的病因之一。表明表明nt.5460位點(diǎn)位點(diǎn)GA點(diǎn)突變點(diǎn)突變和本病密切有關(guān)和本病密切有關(guān)。v患者大腦皮質(zhì)勻漿顯示患者大腦皮質(zhì)勻漿顯示氧化磷酸化解偶聯(lián)氧化磷酸化解偶聯(lián)，血小板中復(fù)合物血小板中復(fù)合物活力降低，皮膚成纖維細(xì)胞線粒活力降低，皮膚成纖維細(xì)胞線粒體氧化底物能力降低。因此該病與線粒體能量供應(yīng)體氧化底物能力降低。因此該病與線粒體能量供應(yīng)不

42、足導(dǎo)致突觸小體退化以及有毒的不足導(dǎo)致突觸小體退化以及有毒的細(xì)胞蛋白沉淀細(xì)胞蛋白沉淀和和誘導(dǎo)有關(guān)。誘導(dǎo)有關(guān)。從圖片中從圖片中可見可見AlzheimerAlzheimer病腦特征病腦特征性的變化：性的變化：膠質(zhì)樣淀膠質(zhì)樣淀粉狀物質(zhì)粉狀物質(zhì)的沉著的沉著; ;腦溝回變腦溝回變窄變淺。窄變淺。6.非胰島素依賴型糖尿病v糖尿病一般分為兩類，一類為非胰島素依賴型糖尿病一般分為兩類，一類為非胰島素依賴型糖尿病糖尿病( (NIDDMNIDDM) )，一類為，一類為IDDMIDDM( (胰島素依賴型糖尿病胰島素依賴型糖尿病) )。vNIDDM NIDDM 通常晚年發(fā)病，胰島素水平正?；蚱?，通常晚年發(fā)病，胰島素水

43、平正?；蚱?，通常較肥胖。通常較肥胖。v流行病學(xué)研究表明，先證者年齡越大，則流行病學(xué)研究表明，先證者年齡越大，則母系母系遺傳因素遺傳因素作用也增加。作用也增加。mtDNAmtDNA突變突變與與NIDDMNIDDM的病因存在的病因存在一定的相關(guān)性。一定的相關(guān)性。v現(xiàn)已在一個(gè)大的母系遺傳成人發(fā)病并伴有耳聾的現(xiàn)已在一個(gè)大的母系遺傳成人發(fā)病并伴有耳聾的家系中發(fā)現(xiàn)患者肌肉和血細(xì)胞的家系中發(fā)現(xiàn)患者肌肉和血細(xì)胞的mtDNAmtDNA中存在中存在10.4kb10.4kb的缺失的缺失和和mtDNA tRNAmtDNA tRNA基因基因3 2433 243位位AGAG突變突變。v分子生物技術(shù)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)線粒體核苷

44、酸分子生物技術(shù)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)線粒體核苷酸32433243位位由由A A突變?yōu)橥蛔優(yōu)镚 G，就會(huì)引發(fā)，就會(huì)引發(fā)“線粒體基因突變糖尿病線粒體基因突變糖尿病”。v當(dāng)這一疾病當(dāng)這一疾病19921992年在國(guó)際上首次報(bào)道后，年在國(guó)際上首次報(bào)道后，我國(guó)我國(guó)項(xiàng)坤三項(xiàng)坤三教授等在教授等在8 8年的時(shí)間里，共篩查年的時(shí)間里，共篩查42974297例糖尿病患者，得出線粒體基因突變占糖例糖尿病患者，得出線粒體基因突變占糖尿病的尿病的1.21.2，而且還發(fā)現(xiàn)這一疾病，而且還發(fā)現(xiàn)這一疾病具有特殊具有特殊傳遞方式傳遞方式，即家族內(nèi)女性患者的子女均可能傳，即家族內(nèi)女性患者的子女均可能傳得突變基因而患病，但是男性患者的子女均不

45、得突變基因而患病，但是男性患者的子女均不得病。得病。v我國(guó)學(xué)者報(bào)道了我國(guó)學(xué)者報(bào)道了3 316位點(diǎn)的突變。位點(diǎn)的突變。 mtDNA-mtDNA-核核DNADNA突變與疾病突變與疾病v線粒體雖然有自己的遺傳系統(tǒng)，但線粒體中大多數(shù)酶線粒體雖然有自己的遺傳系統(tǒng)，但線粒體中大多數(shù)酶或蛋白質(zhì)是由或蛋白質(zhì)是由核核DNADNA編碼編碼的，它們?cè)诩?xì)胞質(zhì)中合成并經(jīng)特定的，它們?cè)诩?xì)胞質(zhì)中合成并經(jīng)特定的方式轉(zhuǎn)送到線粒體中。的方式轉(zhuǎn)送到線粒體中。v線粒體的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯等都線粒體的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯等都受核受核DNADNA的控制的控制，有，有些核些核DNADNA的突變也會(huì)表現(xiàn)線粒體功能的障礙，故這類疾病都的突變也會(huì)表現(xiàn)

46、線粒體功能的障礙，故這類疾病都?xì)w入線粒體疾病中。歸入線粒體疾病中。1.核DNA改變引起的線粒體疾病v這類疾病主要表現(xiàn)線粒體功能障礙，但這類疾病主要表現(xiàn)線粒體功能障礙，但呈孟德呈孟德爾遺傳爾遺傳。如編碼線粒體蛋白的基因缺陷或與線粒體。如編碼線粒體蛋白的基因缺陷或與線粒體蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)有關(guān)的核基因突變都會(huì)引起人類的線粒蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)有關(guān)的核基因突變都會(huì)引起人類的線粒體疾病。體疾病。2.mtDNA和nDNA的相互作用v在研究在研究mtDNAmtDNA突變引起人類疾病中有一些突變引起人類疾病中有一些難以完全用難以完全用母系遺傳來解釋母系遺傳來解釋的問題。例如的問題。例如LHONLHON中患者性別比例有較大中患者性別比例有較大的差異等。的差異等。v有人曾用有人曾用X X染色體上的基因探針對(duì)染色體上的基因探針對(duì)LeberLeber病的多個(gè)家系病的多個(gè)家系進(jìn)行連鎖關(guān)系的研究，表明該病的發(fā)生與進(jìn)行連鎖關(guān)系的研究，表明該病的發(fā)生與X X染色體上的某染色體上的某個(gè)基因有關(guān)，提示個(gè)基因有關(guān)，提示LHONLHON的發(fā)生的發(fā)生是是mtDNAmtDNA與與nDN