劉子美線粒體疾病課件

線粒體疾?。╩itochondrialdisease）一.概述

①線粒體病病變發(fā)生在細(xì)胞線粒體內(nèi)，是線粒體基因組（mtDNA）和/或核基因組（nDNA）編碼線粒體蛋白的基因變異引起的線粒體結(jié)構(gòu)和功能異常,而引起的疾病。②母系遺傳，發(fā)病率和死亡率高（流行率達(dá)1/8500），是常見遺傳代謝疾病。③有ATP生成減少、氧自由基（ROS）增多和乳酸中毒等。④可累及一個或多個部位，癥狀復(fù)雜多樣，呈現(xiàn)多系統(tǒng)病癥表現(xiàn)的臨床綜合癥。⑤常表現(xiàn)肌無力，運動不耐受、聽力喪失、共濟失調(diào)、癥狀突發(fā)（中風(fēng)）、學(xué)習(xí)障礙、白內(nèi)障、心衰、糖尿病和生長緩慢等。⑥目前尚缺乏統(tǒng)一診斷標(biāo)準(zhǔn)，和有效治療手段。

二.線粒體結(jié)構(gòu)與功能特點線粒體結(jié)構(gòu)圖環(huán)狀雙鏈：鏈H、L鏈16569bp；H鏈H、L鏈均有編碼功能；D環(huán)：非編碼區(qū)；共有37個基因。細(xì)胞線粒體數(shù)量不同體細(xì)胞線粒體數(shù)量不同

成熟RBC無線粒體精子細(xì)胞：25個肝細(xì)胞：1300個卵母細(xì)胞：30萬個線粒體化學(xué)組成水：線粒體含量最多的成分。蛋白質(zhì)：分布在內(nèi)膜和基質(zhì)中，分為（可溶性和非可溶性）蛋白。脂類：占25~30%，主要是磷脂。酶類：含120多種酶，是細(xì)胞中含酶最多的細(xì)胞器。其他含有：DNA、輔酶、維生素、礦物質(zhì)。線粒體基因組線粒體的DNA：

①除核以外唯一含有DNA的細(xì)胞器。

②有獨立的遺傳系統(tǒng),復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯均不依賴細(xì)胞核的DNA，但細(xì)胞核和線粒體在功能上相互依賴。

③81年劍橋大學(xué)Anderson小組完成mtDNA測序，命名為劍橋序列。含37個基因。

④線粒體的DNA是人類基因組的組成部分，號稱第25號染色體。

線粒體突變率高易受外界環(huán)境影響，突變率比nDNA高10~20倍。mtDNA的基因排列緊湊，任何突變都可能影響基因組的某一重要功能區(qū)。mtDNA為裸露分子，沒有組蛋白保護。mtDNA位于線粒體內(nèi)膜附近，直接暴露呼吸鏈代謝產(chǎn)生的超氧離子和自由基中，極易受氧化損傷。缺乏有效mtDNA損傷修復(fù)能力。mtDNA遺傳特點

精卵結(jié)合時：

①精子主要提供核DNA，精細(xì)胞發(fā)育為精子時，大部分細(xì)胞質(zhì)丟失，中段雖然含線粒體，但幾乎不可能進(jìn)入卵細(xì)胞。

②受精卵的胞質(zhì)大部分來自卵子，即受精卵的線粒體和mtDNA幾乎全來自母親。

③母親將其mtDNA遺傳給所有子女，而她的女兒又將其mtDNA遺傳給下一代。呈現(xiàn)母系遺傳特點。mtDNA為母系遺傳遺傳瓶頸卵母細(xì)胞約有10萬個線粒體，卵子形成時只有10~100個線粒體。從10萬銳減到100個的過程稱為遺傳瓶頸。通過遺傳瓶頸保留下來的線粒體完全是隨機的，因此，不同的卵母細(xì)胞含有不同比例突變型mtDNA，如果含高比例突變型mtDNA的卵母細(xì)胞受精發(fā)育的個體就會發(fā)病。相反，不發(fā)病。閾值效應(yīng)能引起特定組織器官功能障礙的突變型mtDNA最小量稱閾值。線粒體病發(fā)病有一閾值，只有異常mtDNA超過閾值時才發(fā)病。當(dāng)突變型mtDNA累積到一定程度，超過閾值，能量產(chǎn)生急劇下降到組織、器官、和細(xì)胞功能最低需求量以下，即出現(xiàn)臨床癥狀。線粒體疾病

線粒體病分：nDNA缺陷

mtDNA缺陷nDNA和mtDNA缺陷病因線粒體結(jié)構(gòu)和功能異常，ATP生成減少。

能量短缺。病理機制①mtDNA缺失或點突變使編碼線粒體氧化代謝過程必需的酶或載體發(fā)生障礙。②當(dāng)細(xì)胞內(nèi)充滿病變線粒體后，無法合成ATP。③ATP為肌細(xì)胞收縮和神經(jīng)元興奮提供能量，因此，肌肉和神經(jīng)組織對線粒體缺陷尤其敏感。④能量短缺、原料分子和氧不斷堆積，最終造成神經(jīng)肌肉損傷。出現(xiàn)臨床癥狀。

線粒體疾病分類依據(jù)線粒體病變部位不同分：①線粒體肌病：骨骼肌侵犯為主②線粒體腦病：病變侵犯中樞N經(jīng)系統(tǒng)為主③線粒體腦肌?。和瑫r侵犯骨骼肌和中樞N經(jīng)系統(tǒng)。

④線粒體心肌病:同時累及骨骼肌和心臟，擴張性和肥厚性心肌病mtDNA可出現(xiàn)多種缺失.臨床表現(xiàn)

線粒體疾病，累及臟器多、癥狀復(fù)雜、綜合征多，主要影響大腦，心臟和肌肉。癥狀包括：①生長發(fā)育緩慢

②學(xué)習(xí)障礙，精神發(fā)育遲滯

③視覺和/或聽覺問題

④肌肉無力，協(xié)調(diào)性差

⑤心臟，肝臟或腎臟疾病

⑥胃腸功能紊亂

⑦呼吸系統(tǒng)疾病

⑧糖尿病，甲狀腺功能異常

⑨易感染

⑩神經(jīng)系統(tǒng)的問題，癲癇發(fā)作，癡呆等。線粒體病臨床表現(xiàn)—N系統(tǒng)健忘

血管性頭痛腦血管意外樣癥狀肌病脊髓疾病肌陣攣感覺性神經(jīng)耳聾眼肌麻痹癲癇發(fā)作共濟失調(diào)等。線粒體肌?、龠M(jìn)行性肌病,以肢帶或面肩分布型,見于兒童②進(jìn)行性眼外肌麻痹伴有或不伴有肢體肌病③軟嬰兒伴有或不伴有眼肌麻痹④運動鍛練不耐受伴有或不伴有肌球蛋白尿癥⑤頸肌無力或近端肢體肌?、蘧€粒體肌病并發(fā)脂質(zhì)代謝異常⑦線粒體肌病并發(fā)糖原異常。線粒體腦肌病臨床分型根據(jù)臨床不同癥候群分為11型。（1）MELAS綜合征（為線粒體腦肌病、乳酸血癥和卒中樣發(fā)作）臨床特點為母系遺傳，也可散發(fā)。（2）MERRF綜合征（肌陣攣性癲癇發(fā)作、小腦共濟失調(diào)、乳酸血癥和RRF）。（3）KSS綜合征（視網(wǎng)膜色素變性、心臟傳導(dǎo)阻滯和眼外肌麻痹）。

（4）CPEO綜合征，各年齡均可發(fā)病，以兒童或成年早期發(fā)病為多。

（5）Leigh病（亞急性壞死性腦脊髓?。＃?）Alpers?。易逍栽l(fā)性進(jìn)行性灰質(zhì)萎縮癥）。

（7）Menke?。ň砻突屹|(zhì)營養(yǎng)不良）。（8）LHON綜合征（Leber遺傳性視神經(jīng)?。?/p>

（9）NARP綜合征（視網(wǎng)膜色素變性共濟失調(diào)性周圍神經(jīng)?。?。（10）Wolfram綜合征，主要表現(xiàn)為隱性遺傳10歲起病，視神經(jīng)萎縮，耳聾和早期發(fā)病的糖尿病，成年失明。（11）MNGIE綜合征（線粒體周圍神經(jīng)病并胃腸型腦?。?。

KSS綜合征①Kearns-Sayre綜合征（KSS）

起病早，進(jìn)展快。

②表現(xiàn)三聯(lián)征：慢性進(jìn)行性外眼肌麻痹（CPEO）和視網(wǎng)膜色素變性、心臟傳導(dǎo)阻滯。

③神經(jīng)系統(tǒng)：小腦性共濟失調(diào)、腦脊液（CSF）蛋白增高、神經(jīng)性耳聾和智能減退、糖尿病，甲減等。Alpers病①家族性原發(fā)性進(jìn)行性灰質(zhì)萎縮癥。

②一歲內(nèi)發(fā)病，多有家族史。肝功能異常。

③首發(fā)癥狀癲癇，視力、聽力減退及皮質(zhì)盲和皮質(zhì)聾，偏癱、失語、智力低下和癡呆。

④病理：皮質(zhì)灰質(zhì)神經(jīng)細(xì)胞變性脫失，小血管和星形細(xì)胞增生，呈層性壞變，

⑤MRI：特征性層狀異常信號。肌活檢可見RRF和異常線粒體。亞急性壞死性腦脊髓?。↙eigh，病）嬰兒期出現(xiàn)肌力下降、運動倒退、濟失調(diào)、眼瞼下垂、吞咽困難、色素性視網(wǎng)膜炎等.病理：中腦、基底節(jié)、小腦齒狀核出現(xiàn)囊樣空泡.MRI：蒼白球、丘腦、尾狀核出現(xiàn)對稱性多灶性長T1和T2信號，可有腦白質(zhì)異常和腦萎縮.4個月患兒，因抽搐、反應(yīng)遲鈍來就診，出生時順產(chǎn)，無窒息史、中毒史、家族史不祥，CT平掃發(fā)現(xiàn)雙側(cè)基底節(jié)區(qū)變性

（Leigh，?。㎝enke病①銅吸收障礙，血銅低。

②一歲內(nèi)發(fā)病，多3歲死亡。

③表現(xiàn)：卷發(fā)、顏色變淺、關(guān)節(jié)活動過度、骨骼畸形、先天多發(fā)性骨折；癲癇發(fā)作、共濟失調(diào)、錐體外系或錐體束征、智能低下、發(fā)育遲緩。

④病理：腦萎縮神經(jīng)細(xì)胞脫失伴白質(zhì)病變。

⑤肌活檢偶見RRF和異常線粒體。Menkes病視網(wǎng)膜色素變性共濟失調(diào)NARP

①母系遺傳，3歲前后發(fā)病

②視網(wǎng)膜色素變性

③共濟失調(diào)

④發(fā)育遲滯、癡呆、抽搐、近端四肢無力伴感覺性周圍神經(jīng)病等不同癥狀的組合。線粒體心肌病mtDNA的缺失、突變可引起各種心臟損害和骨骼肌損害。擴張性性和肥厚性心肌病可見mtDNA的多種缺失，但均含有mtDNA7436缺失，此片段缺失可造成氧化磷酸化障礙，ATP生成明顯減少。

表現(xiàn)：心臟增大、心動過速、心衰、全身水腫和全身肌無力等。MitochondrialcardiomyopathyLeber遺產(chǎn)性視神經(jīng)病母系遺傳。發(fā)病率男：女為5：1。表現(xiàn)：視神經(jīng)和視網(wǎng)膜神經(jīng)元退化，視力減退或失明，共濟失調(diào)，腦肌病，心電圖異常，視網(wǎng)膜微血管病。雙胎兄弟同患Leber神經(jīng)萎縮Leber神經(jīng)萎縮鏈霉素耳毒性耳聾

①家族傾向，耳聾與抗生素有關(guān)。②耳蝸核糖體是氨基糖甙耳毒性的靶標(biāo)。

③分子基礎(chǔ)是12SrRNA基因核苷酸1555A-G突變

④有此突變基因存在的患者，一旦使用鏈、卡那、慶大和新霉素等即可發(fā)生耳聾。

StreptomycinototoxicityMDS（MitochondrialDNAdeletionsyndrome）線粒體DNA缺失綜合癥。mtDNA耗竭，mtDNA完全缺失，是mtDNA量異常而不是質(zhì)的異常。患者往往早年夭折，依據(jù)臨床癥狀分為：

①致命性嬰兒肝病

②先天性嬰兒肌病

③嬰兒或兒童肌病，這類疾病呈常染色體隱性遺傳，可能是控制mtDNA復(fù)制的核基因發(fā)生突變所致。其他與線粒體有關(guān)的疾病衰老：線粒體功能隨年齡增加而退化。衰老與異常mtDNA累積有關(guān)。糖尿病：細(xì)胞中mtDNA突變使細(xì)胞分泌胰島素降低。冠心病腫瘤等。線粒體與細(xì)胞死亡線粒體通透性改變是預(yù)測細(xì)胞死亡有價值的指標(biāo)。無論死亡細(xì)胞的類型、死亡原因，共同特征是死亡前都有線粒體膜通透性改變。以前認(rèn)為細(xì)胞核控制細(xì)胞凋亡，目前認(rèn)為線粒體是決定細(xì)胞死亡的又一戰(zhàn)場。診斷①患者常有：智障、驚厥、學(xué)習(xí)障礙、共濟失調(diào)、肌無力、運動不耐受、聽力障礙、白內(nèi)障、心臟缺陷和體格發(fā)育弛緩等癥狀。

②或有上述不同癥狀組合的臨床綜合癥。③上述癥狀都不是線粒體病所特有，如患者表現(xiàn)出其中3項~多項病癥應(yīng)該考慮線粒體病可能。

總之，線粒體病累及的臟器多，癥狀復(fù)雜多樣，常呈現(xiàn)多系統(tǒng)病癥表現(xiàn)的臨床綜合癥。目前尚缺乏統(tǒng)一診斷標(biāo)準(zhǔn)。鑒別診斷線粒體肌病應(yīng)與多發(fā)性肌炎重癥肌無力周期性癱瘓眼咽型進(jìn)行性肌營養(yǎng)不良等鑒別。骨骼肌極度不耐受疲勞實驗室檢查1.血生化（1）血乳酸、丙酮酸最小運動量試驗：約80%的病人運動后10分鐘血乳酸和丙酮酸仍不能恢復(fù)正常，為陽性；線粒體腦肌病患者CSF乳酸含量也增高（2）線粒體呼吸鏈復(fù)合酶活性降低。2.mtDNA分析（1）CPEO和KSS為mtDNA片段缺失，可能發(fā)生在卵子或胚胎形成期（2）80%的MELAS病人為mtDNA、tRNA基因3243點突變；MERRF綜合征是tRNA基因位點8344點突變。血清乳酸檢查

線粒體疾病血清乳酸值的升高是重要診斷篩查指標(biāo)。①安靜狀態(tài)乳酸值＞1.8～2.0nm,即為異常。②運動后乳酸值升高更有意義。③血清乳酸/丙酮酸的比值異常是細(xì)胞內(nèi)氧化還原代謝的指標(biāo)。＜20為正常。④腦脊液乳酸值＜血清值,

MELAS等腦組織損害明顯時會升高。⑤血清乳酸運動試驗:安靜狀態(tài)取血后,令病人作運動試驗(可上樓梯運動5分鐘或兩級臺階上下運動5分鐘),取血,運動前后明顯升高為異常。⑥幼兒或癱瘓病人可用葡萄糖刺激試驗。方法：實驗前取血測乳酸,口服葡萄糖2g/kg之后90分鐘,乳酸升高2倍以上為異常。肌電圖肌電圖

可表現(xiàn)：①肌源性損害②神經(jīng)源性損害。肌肉病理特點

肌肉活檢：

①MGT染色肌膜下和肌纖維之間呈不規(guī)則紅染顆粒狀改變。

②分子生物學(xué)研究表明RRF是mtDNA大量重排或線粒體tRNA基因點突變的相應(yīng)產(chǎn)物。

③電鏡：肌膜下線粒體異常增多、形態(tài)不一、巨大線粒體，并可見晶格狀結(jié)構(gòu)形態(tài)異常的線粒體包涵體,更具診斷意義。

④外周血或骨骼肌組織mtDNA分析可發(fā)現(xiàn)基因缺陷。腦病理特點

腦病理:歸納為4型:①腦廣泛受累,小頭畸形和腦室擴大、先天性胼胝體發(fā)育不良、橄欖核異位和基底節(jié)囊性變。②皮層灰質(zhì)損害,多累及半球后部顳頂枕葉,多灶性損害。神經(jīng)細(xì)胞減少脫失,星形細(xì)胞增生和微血管增多。白質(zhì)神經(jīng)纖維稀疏,軸索髓鞘壞變。③腦深部灰質(zhì)核團對稱性損害,見于Leigh病,基底節(jié)、丘腦、腦干和小腦頂核神經(jīng)細(xì)胞減少脫失,星形細(xì)胞增生和微血管增多,蒼白球、殼核、尾核對稱性病理損害構(gòu)成MRI特征性表現(xiàn)。④海綿狀腦病，神經(jīng)纖維減少、稀疏