線粒體腦肌病基因解碼、基因檢測概述
線粒體腦肌病（ME)基因解碼、基因檢測主要分析一組少見的線粒體結(jié)構(gòu)和（或）功能異常所導致的以腦和肌肉受累為主的多系統(tǒng)疾病。其肌肉損害主要表現(xiàn)為骨骼肌極度不能耐受疲勞，神經(jīng)系統(tǒng)主要表現(xiàn)有眼外肌麻痹、卒中、癲癇反反復作、肌陣攣、偏頭痛、共濟失調(diào)、智能障礙以及視神經(jīng)病變等，其他系統(tǒng)表現(xiàn)可有心臟傳導阻滯、心肌病、糖尿病、腎功能不全、假性腸梗阻和身材矮小等。該病的發(fā)病基因與臨床表征的關(guān)系被記錄在《人的基因序列變化與人體疾病表征》中。
線粒體腦肌病的發(fā)病原因
基因解碼表明，線粒體腦肌病是由于基因序列發(fā)生變化而產(chǎn)生遺傳基因的缺陷，患者線粒體上有著各種不同的功能異常，并由此導致臨床表現(xiàn)多樣性。
線粒腦肌病基因檢測臨床表現(xiàn)
由于肌肉和腦組織高度依賴氧化磷酸化等代謝,無論nDNA或mtDNA單獨缺陷或二者均同時受累,臨床出現(xiàn)癥狀往往是全身性的,只是由于各酶體系缺失受累程度不同而臨床表現(xiàn)各有側(cè)重，人為地將線粒體疾病劃分為兩大類,即線粒體肌病和線粒體腦肌病。
其中線粒體腦肌病包括：MELAS綜合征；MERRF綜合征；KSS綜合征；Pearson綜合征；Alpers??；Leigh綜合征；Menke?。籐HON；NARP；Wolfram綜合征?，F(xiàn)僅就主要綜合征的臨床特點概述如下：
1.MELAS綜合征
即線粒體腦肌病伴乳酸血癥和卒中樣發(fā)作等一組臨床癥狀,多為母系遺傳。10歲前發(fā)育正常。10～40歲發(fā)病,先進癥狀為運動不耐受、卒中樣發(fā)作、偏輕癱、失語、皮層盲或聾。并有肢體無力、抽搐或陣發(fā)性頭痛、智能低下、癡呆及乳酸血癥,肌活檢見RRF、異常線粒體和晶格樣包涵體。CT可見30%～70%蒼白球鈣化,MRI皮層有層狀異常信號的特征所見。基因檢測可見3243或3271核苷酸點突變。MELAS患者卒中樣發(fā)作急性期主要累及顳頂或顳枕葉,病灶可累及皮質(zhì)和深部的白質(zhì)。與缺血性腦梗死不同,MELAS梗死灶與腦動脈灌注供血區(qū)分布不一致,主要集中在代謝旺盛的微血管區(qū)域,周圍水腫不明顯,伴有星型膠質(zhì)細胞增生。MELAS患者累及神經(jīng)系統(tǒng)的其他常見癥狀包括神經(jīng)性耳聾、偏頭痛、認知功能受損、周圍神經(jīng)病、抑郁及一些精神癥狀等。隱性起病的神經(jīng)性耳聾常是MELAS的早期表現(xiàn),常有家系遺傳,在未發(fā)病的患者親屬中也可發(fā)生。隨訪研究發(fā)現(xiàn)超過半數(shù)的MELAS患者有不同程度的聽力下降和母系遺傳的糖尿病和/或耳聾（MIDD）。其次,發(fā)病前出現(xiàn)不規(guī)則的偏頭痛也是MELAS患者早期的常見癥狀,頭痛常發(fā)生在疾病的間歇期，推測可能是線粒體能量代謝受損,一方面增加了神經(jīng)元的興奮性,另一方面降低了誘發(fā)頭痛的閾值所致。再次，MELAS患者發(fā)病時可有不同程度的認知障礙,包括語言、記憶、定向力障礙等。賊常見是前額葉的執(zhí)行功能受損,MRI上表現(xiàn)為腦干后部、扣帶回的缺血樣改變,可能與腦皮質(zhì)神經(jīng)元變性有關(guān)。另外，少部分患者可出現(xiàn)周圍神經(jīng)病，表現(xiàn)輕微感覺異常、襪套樣麻木感等，以隱匿性、漸進性起病為主，常累及遠端肢體。
2.MERRF綜合征
即肌陣攣癲癇發(fā)作、小腦共濟失調(diào)、乳酸血癥和RRF，少數(shù)有智能低下、癡呆，亦有神經(jīng)聾、矮小、弓形足等畸形。腦電圖顯示為棘慢波綜合，肌活檢見RRF、異常線粒體和包涵體。CT和MRI可見小腦萎縮和大腦白質(zhì)病變。基因檢測可見8344或8356核苷酸點突變。
3.KSS綜合征
視網(wǎng)膜色素變性、心臟傳導阻滯和眼外肌麻痹。多在20歲前發(fā)病，其他癥狀可有頭痛發(fā)作、肢體無力、矮小、智能低下，少數(shù)有內(nèi)分泌功能低下、甲狀旁腺功能低、蒼白球鈣化、MRI皮層和白質(zhì)異常信號。肌活檢少數(shù)患者可見RRF和異常線粒體，CT和MRI有的可見基底節(jié)鈣化和白質(zhì)病變。基因檢測特點為mtDNA缺失或大量重排。
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。除眼外肌麻痹逐漸加重，少數(shù)可伴有肢體無力、消瘦或萎縮。肌活檢RRF、異常線粒體和包涵體。基因檢測變異大，可見mtDNA缺失或大量重排。
5.Leigh病
即主要為復合體Ⅳ細胞色素氧化酶缺乏所致的亞急性壞死性腦脊髓病，多有母系遺傳史，2個月至3歲發(fā)病，少數(shù)亦有少年發(fā)病。較常見的臨床表現(xiàn)為喂養(yǎng)困難、共濟失調(diào)、肌張力低及錐體束征。若腦干受累，可致眼肌麻痹、視力、聽力減低。少數(shù)可有精神運動性癲癇發(fā)作，病理顯示雙側(cè)對稱性基底節(jié)和腦干灰質(zhì)核團損害。影像學MRI有特征所見。肌活檢RRF和線粒體包涵體均少見。可見細胞色素C氧化酶缺乏。
6.Alpers病
家族性原發(fā)性進行性大腦灰質(zhì)萎縮癥。多在出生后幾個月發(fā)病，少數(shù)亦有8歲以后發(fā)病，多有家族史。先進癥狀為癲癇發(fā)作，視力、聽力減退及皮層盲和皮層聾，可見輕偏癱、失語、智力低下——癡呆。病理特點：皮層灰質(zhì)神經(jīng)細胞變性脫失，小血管和星形細胞增生，呈層性壞變，MRI可見特征性層狀異常信號。肌活檢少數(shù)可見RRF和異常線粒體。
7.Menke病
多在出生后幾個月發(fā)病，3歲死亡，亦有報道兒童晚期發(fā)病，臨床表現(xiàn)：卷發(fā)、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。病理特點：腦萎縮神經(jīng)細胞脫失伴白質(zhì)病變，小腦Purkinje細胞特征性改變?yōu)闃渫淮执?、變長、分叉多。血銅含量減低，腸粘膜銅量升高。肌活檢偶可見RRF和異常線粒體。
8.Leber遺傳性視神經(jīng)?。↙HON）
突發(fā)性雙側(cè)視力減低和喪失。其發(fā)病高峰年齡為20～24歲，賊小5歲發(fā)病。多數(shù)雙側(cè)視力喪失。少數(shù)先一眼發(fā)病，數(shù)周或數(shù)月后另眼亦發(fā)病。多為球后視神經(jīng)損害而致失明、黃斑區(qū)水腫和視網(wǎng)膜小血管病。男性多見，至少有85%以上為青年男性，具有X-連鎖遺傳特點。本病多以視神經(jīng)損傷為主，較少伴有其他神經(jīng)系統(tǒng)癥狀和體征，只少數(shù)報道伴有共濟失調(diào)、腱反射亢進、病理征和遺傳性周圍神經(jīng)?。–MT）。CT、MRI影像學檢查和肌活檢多無特征性所見。
9.視網(wǎng)膜色素變性共濟失調(diào)性周圍神經(jīng)?。∟ARP）
Holt于1990年報道3代4個家族病例，其臨床特點為視網(wǎng)膜色素變性、共濟失調(diào)、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。多在3歲前后發(fā)病，有報道其為母系遺傳與Leigh病并發(fā)，具有CT、MRI特征性改變，肌活檢未證實RRF。
10.其他
（1）Wolfram綜合征為糖尿病伴有神經(jīng)性聾，基因檢測mtDNA點突變與MELAS相同，為nt3243；
（2）線粒體周圍神經(jīng)病并胃腸型腦?。∕NGIE）基因檢測mtDNA缺失。臨床特點為兒童期發(fā)病，眼外肌麻痹，感覺運動性神經(jīng)病，常有假性腸梗阻胃腸道癥狀。
與線粒腦肌病基因檢測相互應(yīng)證的臨床檢查
1.電生理檢查
肌電圖為常用優(yōu)選檢查之一,臨床有肌無力、肌萎縮等肌病表現(xiàn)時肌電圖檢查尤其重要。多數(shù)為肌源性改變,少數(shù)病例也可見神經(jīng)源改變或兩者兼有,偶見線粒體腦病患者肌電圖正常。一些以腦病為主要表現(xiàn)的患者,肌電圖亦可見到神經(jīng)源或肌源性改變。此為肌電圖在線粒體疾病的特征性所見。各種誘發(fā)電位檢查,對各種腦病綜合征的病變部位也具有輔助診斷作用。腦電圖在伴有抽搐、癲癇樣發(fā)作的線粒體腦病具有重要意義,其中以皮層損害為主的MELAS、MERRF、Alpers病不僅具有彌散全腦性腦電失律,亦可有局灶性改變,特別可見癲癇腦電圖特有的棘慢波綜合、尖波慢波綜合。而Leigh病、KSS和Menke病的腦電圖改變則相對較輕,局灶或特征性改變較少。有些患者發(fā)病之初,雖有發(fā)作性頭痛,尚未出現(xiàn)腦損害,腦電圖不僅可見彌散性全腦失律,亦可見明顯局灶性病變,而線粒體肌病CPEO的腦電圖卻較少有陽性所見。心電圖檢查對KSS具有重要診斷意義。對母系遺傳線粒體肌病合并心臟病變也具有重要輔助診斷意義。
2.血清乳酸檢查
線粒體疾病血清乳酸值的升高也是重要診斷篩選指標。安靜狀態(tài)乳酸值若大于1.8nm～2.0nm,即為異常。特別是運動后乳酸值升高更有意義。血清乳酸與丙酮酸的比值異常被認為是細胞內(nèi)氧化還原代謝的指標。此比值小于20為正常,在呼吸鏈缺陷時升高。通常情況下腦脊液乳酸值低于血清值,病理狀態(tài)下可升高,僅見于MELAS等腦組織損害明顯疾病,其他類型線粒體疾病可見血清乳酸升高而腦脊液乳酸值無明顯升高。
3.影像學（CT、MRI）檢查
影像學（CT、MRI）的某些特征所見對線粒體腦肌病的臨床診斷具有重要輔助作用。MELAS可見兩側(cè)半球后部即顳、頂、枕葉皮層多發(fā)卒中樣異常信號,但其特點不按解剖血管分布,累及皮層和皮層下白質(zhì),可見皮層的層狀異常信號,Alpers病亦常見到上述征象。Leigh病的CT和MRI特征性所見為對稱性雙側(cè)基底節(jié)、丘腦、腦干等灰質(zhì)核團損傷的異常信號；而KSS則見散在的既見于灰質(zhì)又見于白質(zhì)的異常信號。
4.線粒體腦肌病的基因解碼、基因檢測法
近年隨著遺傳學和基因解碼技術(shù)飛速發(fā)展，線粒體腦肌病發(fā)病機制和致病基因鑒定為該病的診斷提供了先進的方法。
線粒腦肌病基因檢測治療
雖然近幾年對本病分子基礎(chǔ)的認識突飛猛進，但治療選擇仍然有限，目前主要依靠支持療法，而不是糾正根本缺陷。
1、線粒腦肌病的藥物治療
聯(lián)合用藥，目前所用藥物大致分為以下4方面：
（1）清除氧自由基輔酶Q10、艾地苯醌、維生素C、維生素E等；
（2）減少毒性產(chǎn)物二氯乙酸、二甲基甘氨酸等；
3）通過旁路傳遞電子輔酶Q10、艾地苯醌、琥珀酸鹽、維生素K等；
（4）補充代謝輔酶肌酸、肉堿、煙酰胺、硫胺素、核黃素等。輔酶Q10和維生素C可以使維生素E保持活性狀態(tài)，輔酶Q10又可以促進能量代謝；二氯乙酸和維生素B1從不同方面作用于丙酮酸脫氫酶復合物，組合運用可以加速氧化代謝，減少乳酸生成；輔酶Q10和琥珀酸均能作為電子載體直接為復合酶Ⅱ和Ⅲ傳遞電子，故復合酶I缺陷的患者可以聯(lián)合使用；抗氧化劑作用于呼吸鏈的各個環(huán)節(jié)，可保護各種復合酶不被氧自由基破壞。因此多年前便開始聯(lián)合用藥治療ME。另外ME是由于氧化磷酸化呼吸鏈的完整性被破壞所致的疾病，因此給予改善能量代謝的各種藥物有助于患者癥狀的緩解。但明確線粒體氧化磷酸化鏈條中的某個因素缺乏非常困難，因此多種輔酶、維生素等改善能量代謝的藥物組成的“雞尾酒”療法成了近些年治療ME的主要方法。
2.L-精氨酸
作為氧化亞氮（NO）前體可誘發(fā)血管舒張，從而減少MELAS征患者的卒中樣發(fā)作。Kubota的研究表明MELAS卒中樣發(fā)作急性期給予L-精氨酸治療后癥狀改善，磁共振波譜分析顯示頂葉皮質(zhì)乳酸峰降低、N-乙酰天門冬氨酸（NAA）峰正常，這些都提示L-精氨酸可改善線粒體能量狀態(tài)及細胞活力。還有研究表明L-精氨酸可通過影響谷氨酸的吸收和γ-氨基丁酸的釋放調(diào)節(jié)神經(jīng)元的興奮性。雖然L-精氨酸的安全性和確切作用尚需長期隨機對照試驗來證實，但其為臨床工作帶來了希望。[2]
3.運動療法
運動訓練作為ME有希望的治療選擇，包括阻力和耐力訓練。
（1）阻力訓練理論基礎(chǔ)是基因漂移學說。當mtDNA發(fā)生突變時就會導致細胞內(nèi)同時存在野生型和突變型mtDNA，即異質(zhì)性。但mtDNA突變的比例必須超過一個閾值，才能發(fā)生病變，對肌肉特定mtDNA突變患者的兩項研究證實了這種學說，這些患者骨骼肌衛(wèi)星細胞檢測不到突變mtDNA，阻力訓練可以激活融合于骨骼肌纖維中的靜態(tài)衛(wèi)星細胞，增加野生型mtDNA/突變型mtDNA的比例和糾正一些骨骼肌纖維的生化缺陷。
（2）耐力訓練規(guī)律的有氧耐力運動可以提高組織毛細血管的密度、增加血管的通透性及線粒體呼吸鏈的酶活性。以肌病為主要表現(xiàn)的ME患者，有氧耐力運動可以提高肌力。
4.線粒腦肌病基因檢測飲食療法
對不同缺陷的ME患者應(yīng)用不同的飲食療法：
（1）丙酮酸脫氫酶缺失患者，給予生酮飲食（碳水化合物降低，脂肪含量升高），可使患者線粒體生物合成增加和異質(zhì)性向野生型mtDNA轉(zhuǎn)變增加；
（2）肉毒堿缺陷患者，應(yīng)限制脂肪攝入
（3）丙酮酸羧化酶缺失患者，推薦高蛋白、高碳水化合物、低脂肪飲食。以上均能使患者臨床癥狀獲得不同程度的改善。
5.線粒腦肌病基因檢測基因治療
基因治療策略包括降低突變型mtDNA/野生型mtDNA的比例、使用錯位表達及異質(zhì)表達、輸入其他同源性基因以及利用限制性內(nèi)切酶修復突變型mtDNA等。如用人胞質(zhì)體（含正常線粒體無細胞核的細胞）對缺陷細胞（含缺陷mtRNA，呼吸鏈功能減退的細胞）進行基因補救治療，能成功地使缺陷細胞呼吸鏈功能恢復正常；另外核酸肽對線粒體基因缺陷也有一定治療作用，把特異性地核酸肽輸入到缺陷細胞中使核酸肽特異性的抑制突變mtDNA的復制，而使正常mtDNA得到復制。近些年發(fā)現(xiàn)了新的基因突變致病，其可能對潛在的治療策略有所幫助。
6.線粒腦肌病基因檢測細胞移植
成肌細胞移植是近年來興起的一種治療方法。細胞生物學研究表明成肌細胞相互融合成肌小管而發(fā)育成成熟的肌纖維。如將患者肌細胞與正常肌細胞在體外融合，然后輸入到患者體內(nèi)，一般選用多點肌肉注射的方式，患者體內(nèi)就可能有更多的野生mtDNA。或許將來能應(yīng)用于臨床治療。
7.線粒腦肌病基因檢測遺傳治療
核轉(zhuǎn)移是將攜有突變mtDNA的卵母細胞的核DNA轉(zhuǎn)移到含正常mtDNA的去核卵母細胞中，體外受精后植入子宮內(nèi)。由于存在倫理和安全性等方面的問題，這種方法還有待于進一步的研究證實。
8.激活過氧化物酶體增殖物
激活受體γ（PPAR）/過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子1α（PGC-1α）信號通路調(diào)控PPAR/PGC-1α信號通路是一種潛在的治療選擇。PPARs是調(diào)節(jié)代謝途徑基因表達程序的核受體超家族成員之一，其通過PGC-1α調(diào)節(jié)線粒體生物合成，PPAR-γ活化后可提高細胞維持線粒體潛力的能力，因此活化PPAR/PGC-1α通路可通過增加線粒體生物合成發(fā)揮治療作用。另外貝特類藥物可誘導PGC-1α在心臟和骨骼肌中表達。
9.去除有毒的代謝產(chǎn)物
線粒體神經(jīng)胃腸腦肌病（MNGIE）是由于胸腺嘧啶核苷磷酸化酶（TP）基因突變致該酶活性基本消失，出現(xiàn)所催化的底物脫氧胸苷及脫氧尿苷顯著增加，使線粒體核苷庫不平衡，高濃度的脫氧胸苷及脫氧尿苷可使MNGIE患者mtDNA復制紊亂而出現(xiàn)丟失、多片段缺失和點突變。
