兒童MELAS線粒體基因突變異質性水平與臨床特征的關系

[摘要]目的 探討兒童線粒體腦肌病伴乳酸血癥和卒中樣發作（MELAS）線粒體基因A3243G點突變異質性水平與臨床特征的關系，以期為盡早明確MELAS臨床診斷及臨床遺傳咨詢提供依據。

方法研究對象為臨沂市人民醫院收治的7例MELAS病兒及其家系。回顧性分析病兒的臨床表現、實驗室檢查、線粒體位點點突變檢測結果，并根據相關文獻報道分析遺傳的異質性及閾效應。

結果7例病兒中6例以抽搐為首發癥狀，1例以頭痛、嘔吐起病;伴體型瘦小者7例，多毛6例，發熱4例，視力障礙3例，智力運動發育落后1例。7例病兒血乳酸水平均升高（5.52～12.00mmol/L）。7例病兒顱腦MRI均示頂、枕、顳葉異常信號，不符合解剖學血管支配分布。腦電圖特點以背景活動慢化為主，1例部分性發作起始部位與顱腦影像學病變部位有高度相關性。7例線粒體腦肌病致病基因均為MT-TL1基因A3243G突變，其中2例為雙胞胎兄弟，先癥者基因明確診斷后其胞弟基因明確。MELAS病兒A3243G突變率與血乳酸水平呈正相關（r=0.89，Plt;0.01），與起病年齡呈負相關（r=-0.84，Plt;0.05）。

結論早期篩查家系以及基因檢測有助于MELAS的診斷，病兒A3243G突變率高低可能與起病年齡、血乳酸水平存在相關性。

[關鍵詞]兒童;MELAS綜合征;點突變;遺傳異質性

[中圖分類號]R725.8;R746;R394

[文獻標志碼]A

[文章編號]2096-5532（2020）01-0045-05

文獻報道，線粒體腦肌病伴乳酸血癥和卒中樣發作（MELAS）是由于線粒體DNA發生突變，導致線粒體結構和功能異常，引起細胞能量代謝障礙[1]，常累及多個器官，以中樞神經系統、骨骼肌和心肌等高需能部位最為常見，是線粒體腦肌病中最為常見的一種類型，為母系遺傳病。MELAS臨床表現復雜且缺乏特異性，常被誤診為癲癇、腦炎、腦梗死及脫髓鞘腦病等而延誤有效治療，導致預后較差[2]。雖然近年來國內有關MELAS的研究報道不斷增多，但MELAS早期的誤診率仍極高，所以探討如何早期診斷及治療就顯得尤為重要。本研究對7例MELAS病兒的臨床特點、實驗室檢查、神經電生理、影像學表現及基因檢測結果等進行了回顧性分析，并探討兒童MELAS線粒體基因A3243G點突變異質性水平與臨床特征的關系，以期為MELAS的早期臨床診斷及臨床遺傳咨詢提供依據。

1資料與方法

1.1研究對象

研究對象為我院小兒神經內科2011年1月—2018年12月收治的7例MELAS病兒，男5例，女2例，年齡3～10歲。

1.2研究方法

回顧性分析MELAS病兒的首發癥狀、起病年齡、治療過程、生長發育史、既往疾病史、家族史、體型、皮膚毛發改變、智力倒退程度、血乳酸水平、顱腦影像學特征（部位、信號強度特點等）、腦電圖表現（背景活動、癇樣放電與影像學的對應關系）等資料。取所有研究對象外周靜脈血2mL，對線粒體基因進行二代測序及多重連接探針擴增技術（MLPA）檢測，觀察線粒體基因A3243G點突變情況，并分析該基因位點突變率與起病年齡、血乳酸水平的相關性。采用SPSS16.0統計軟件進行數據處理，所得計量數據以[AKx-D]±s表示，相關性分析采用Pearson積矩相關系數法，以Plt;0.05為差異有統計學意義。

2結果

2.1臨床特點

本文7例病兒起病年齡為3～10歲，平均（7.42±2.57）歲。7例中6例以抽搐為首發癥狀，1例以頭痛、嘔吐起病;伴體型瘦小者7例，多毛6例，發熱4例，視力障礙3例，肌病表現2例，智力運動發育落后1例，房間隔缺損1例。誤診為癲癇3例，病毒性腦炎2例。1例在隨訪過程中死亡。

2.2實驗室檢查

[JP3]本文7例病兒血乳酸水平均升高，平均為（7.87±2.48）mmol/L（正常參考值為0.5～2.0mmol/L）。7例病兒顱腦MRI示頂、枕、顳葉異常信號，不符合解剖學血管支配分布，見圖1。腦電圖特點：7例病兒均有背景活動慢化，1例局灶性發作起始部位與顱腦影像學病變部位一致。

2.3基因檢測

本文7例病兒的致病基因均為MT-TL1基因A3243G突變，其突變率為（43±14）%;7例病兒母親及1例病兒姐姐無臨床表現，其突變率為10%～20%;病兒父親均未發現突變。其中2例病兒為雙胞胎兄弟，先證者發病后即刻對其胞弟進行基因檢測，結果顯示A3243G突變率>30%，其弟1年后發病;1例病兒及其母親、姐姐線粒體MLPA還同時檢測到MTND2雜合缺失變異。見圖2。

2.4基因突變率與起病年齡、血乳酸水平相關性

MELAS病兒線粒體基因A3243G突變率與血乳酸水平呈正相關（r=0.89，Plt;0.01），與起病年齡呈負相關（r=-0.84，Plt;0.05）。

3討論

人類線粒體DNA是由16569個堿基對組成的雙鏈環狀分子，含37個基因，主要編碼呼吸鏈和與能量代謝有關的蛋白，其結構和功能異常往往導致整個能量代謝過程紊亂，從而產生一系列的疾病。線粒體腦肌病是一組少見的線粒體結構和（或）功能異常所導致的以腦和肌肉受累為主的多系統疾病。MELAS是線粒體腦肌病最常見的一種類型，具有高度臨床變異性和遺傳異質性，是一種以卒中樣發作和乳酸酸中毒為特征的母系遺傳病。MELAS發病年齡為3～40歲，以5～15歲起病最為常見。本組病兒起病年齡3～10歲，平均7.7歲。MELAS臨床可表現為卒中樣發作[3]、疲乏無力、身材矮小、多毛、頭痛和嘔吐、視覺障礙、偏癱、失語、癲癇、心律失常、胃腸功能紊亂、腎臟損害、精神行為異常、內分泌障礙、認知障礙等[4-12]，重癥可致死亡[13-15]，臨床表現復雜多樣，所以誤診率極高。本組7例病兒中6例以抽搐為首發癥狀，1例以頭痛、嘔吐起病;伴體型瘦小7例，多毛6例，發熱4例，視力障礙3例，肌病表現2例，智力運動發育落后1例，房間隔缺損1例。由于臨床表現復雜，本組誤診5例，其中誤診為癲癇3例，誤診為病毒性腦炎2例。本組57%的病兒出現發熱，發熱是誤診為病毒性腦炎的原因之一。

發熱時代謝增高，ATP消耗增多，加重了線粒體的負擔，加之氧化應激產生過多的氧自由基，可導致線粒體衰竭而死亡，從而出現一系列的臨床癥狀。因此，感染發熱是MELAS的一個重要誘因。尤其需要注意的是，本組以抽搐為首發癥狀者比例明顯高于以往文獻報道[7]。反復出現的抽搐發作且發作間期未見腦電圖的異常，則使MELAS易被誤診為特發性癲癇。

MELAS的腦內病灶可單發或散在多發，多呈不對稱分布，雙側腦葉發病概率基本相同，本組病例發病區域主要位于頂、枕葉，其次為顳葉。MELAS可反復發作，本組同一病兒的多次MRI檢查可見病灶具有游走性、多變性，這是其有別于其他疾病的另一重要影像學特點[16-18]。綜合該病兒多次MRI檢查來看，MELAS腦MRI表現具有一定的特點：①病灶腦回狀分布，以累及皮質及皮質下白質為主，當然也有只累及深部灰質核團的報道，但本組病例未見;②病灶不按腦血管支配區分布，以累及顳、頂、枕葉為主，額葉少見;③病灶具有游走性，此起彼伏，反復發作，最終趨向于文獻所報道的對稱性分布（這種對稱不是一次形成的）;④血管源性水腫為主，DWI表現為高信號，ADC圖呈高信號，可與腦梗死鑒別。功能MRI對MELAS鑒別至關重要。本組7例腦電圖檢查示發作間期均以背景活動慢化為主，未見癇樣放電，1例部分性發作起始部位與顱腦影像學病變部位有高度相關性，基因檢查示mtDNA3243位點突變，符合文獻報道的MELAS表現。

基因突變分析是確診MELAS的重要手段之一。MELAS以mtDNA突變為主，其突變位點很多，可位于tRNA、COXⅢ、ND3和ND5[19-21]。其中發現最早、最常見突變是編碼tRNA的mtDNAA3243G突變[13]，占80%左右。本組7例病兒經基因突變分析證實均為mtDNAA3243G突變，此突變是我國兒童MELAS最常見的突變。而1例病兒及其母親、姐姐在檢測到mtDNAA3243G突變的同時還于MLPA檢測到MTND2雜合缺失突變，此變異尚未見到文獻報道與MELAS相關。ND2基因是線粒體DNA中的一個蛋白編碼基因，其編碼蛋白是構成線粒體呼吸鏈復合物中的重要亞單位之一，并且參與線粒體呼吸鏈和氧化磷酸化功能。此例病兒臨床癥狀重、起病年齡早不能確定是否與合并ND2雜合缺失突變有關。線粒體腦肌病是母系遺傳病，子代遺傳的突變mtDNA占總mtDNA的比例較其上一代有所增加，異質性和閾效應導致同一母親的不同子女臨床表型亦有很多的不同。只有當突變的DNA占一定比例時才會引起臨床癥狀，這個比例被稱為閾值，而這種現象則被稱為閾效應。突變的異質性及器官對突變敏感性程度的不同，可導致不同缺陷的臨床癥狀[22]。同時，A3243G突變存在很大的臨床異質性，使得攜帶同一個突變的個體呈現不同類型、不同程度的臨床表型，有些表型甚至終身不發病。血清與腦脊液乳酸水平升高是診斷MELAS重要的生化指標[23]，乳酸水平與神經損傷的嚴重程度相關。本組7例病兒血乳酸水平均大于5mmol/L，其中病情較重的1例病兒血乳酸水平最高。

本文結果顯示，MELAS病兒A3243G突變率與血乳酸水平呈正相關，與起病年齡呈負相關，表明MELAS病兒A3243G突變率高低可提示臨床癥狀輕重程度。目前確診MELAS的金標準是在病理、基因和生化檢查中發現線粒體有結構和功能異常，單純測定乳酸缺乏特異性。影像學檢查雖然有特征性表現，但其出現較晚。骨骼肌活檢因其有創性、局限性，癥狀較輕的病人多不能配合。隨著二代基因測序技術的蓬勃發展，基因測序速度極大提升、成本大幅下降，為MELAS早期診斷開辟了新的途徑。

本病目前尚無特殊治療方法，除傳統的“雞尾酒”療法外，有研究表明，天然奎寧化合物β-拉帕醌可減輕線粒體功能障礙[24];另有報道可通過誘導多能干細胞進行自體細胞替代治療[25];還有報道生酮飲食可通過改善線粒體功能而控制抽搐及卒中樣發作[26];也有學者認為，通過對瓜氨酸及精氨酸的補充從而增加一氧化氮的生成，減輕腦血流灌注受損，對MELAS可能起到治療作用[27]。但最終療效目前尚無大樣本臨床報道。由此看來，遺傳性篩查尤為重要，對病人及其家庭成員進行婚姻及生育方面指導，能防患于未然。同時本病需做好家系調查，篩查基因攜帶者，并進行必要的遺傳學指導。

綜上所述，兒童MELAS臨床表現復雜多樣，首發癥狀不一，早期診斷困難，需注意與病毒性腦炎、腦血管病等相鑒別。身材矮小、多毛為其常見體征，對于合并多種不相關的器官受累者要高度警惕該病，當臨床遇有表型典型和（或）具有特征性影像學改變者應想到MELAS，可行血乳酸、腦電圖檢查進行初篩，可疑者進一步行基因突變檢測。充分認識MELAS的臨床、生化、顱腦影像、病理、基因突變及預后特點，將有助于其早期診斷與治療，并有助于遺傳咨詢。早期篩查家系以及進行基因檢測有助于MELAS的診斷，病兒線粒體基因A3243G突變率的高低可能為該病臨床嚴重程度及預后評估提供依據，但這仍需大樣本研究進一步證實。

[參考文獻]

[1]LINDS，HUANGYW，HOCS，etal.OxidativeinsultsandmitochondrialDNAmutationpromoteenhancedautophagyandmitophagycompromisingcellviabilityinpluripotentcellmodelofmitochondrialdisease[J].Cells，2019，8（1）：65.

[2]SUNXiangrong，JIANGGuohui，JUXinyue，etal.MELASandmacroangiopathy：acasereportandliteraturereview[J].Medicine，2018，97（52）：e13866.

[3]FRYERRH，BAINJM，DEVIVODC.Mitochondrialencephalomyopathylacticacidosisandstroke-likeepisodes（MELAS）：acasereportandcriticalreappraisaloftreatmentoptions[J].PediatricNeurology，2016，56：59-61.

[4]LEES，OHDA，BAEEK.Fixation-offsensitivityinmitochondrialencephalomyopathy，lacticacidosis，andstroke-likeepisodes（MELAS）syndrome[J].Seizure，2019，64：6-7.

[5]THOMAST，CRAIGENWJ，MOORER，etal.ArrhythmiaasacardiacmanifestationinMELASsyndrome[J].MolGenetMetabRep，2015，4：9-10.

[6]GEYuxing，SHANGBo，CHENWenzhen，etal.Adult-onsetofmitochondrialmyopathy，encephalopathy，lacticacidosisandstroke-likeepisodes（MELAS）syndromewithhypothyroidismandpsychiatricdisorders[J].eNeurologicalSci，2016，6：16-20.

[7]EL-HATTABAW，ADESINAAM，JONESJA.MELASsyndrome：clinicalmanifestations，pathogenesis，andtreatmentoptions[J].MolecularGeneticsandMetabolism，2015，116（1/2，SI）：4-12.

[8]FINSTERERJ，ZARROUK-MAHJOUBS.Gastrointestinalinvolvementinm.3243A>G-associatedMELAS[J].InternalMedicine，2018，57（5）：769-770.

[9]SUZUKIJ，IWATAM，MORIYOSHIH，etal.Gastro-intestinalinvolvementinm.m.3243A>G-associatedmitochondrialmyopathy，encephalopathy，lacticacidosis，andstroke-likeepisodes[J].InternalMedicine，2018，57（5）：771.

[10]KRAYAT，DESCHAUERM，JOSHIPR，etal.Prevalenceofheadacheinpatientswithmitochondrialdisease：across-sectionalstudy[J].Headache，2018，58（1）：45-52.

[11]VOLLONOC，PRIMIANOG，DELLAMARCAGA，etal.Migraineinmitochondrialdisorders：prevalenceandcharacteristics[J].Cephalalgia：anInternationalJournalofHeadache，2018，38（6）：1093-1106.

[12]FINSTERERJ，FRANKM.RenalinvolvementinMELAS[J].MedicinaClinica，2017，149（7）：314-321.

[13]LANGDAHLJH，LARSENM，FROSTM，etal.Lecocytesmutationloaddeclineswithageincarriersofthem.3243A>Gmutation：a10-yearprospectivecohort[J].ClinicalGenetics，2018，93（4）：925-928.

[14]KONDOH，FUJITAY，MIZUNOY，etal.Mitochondrialencephalomyopathy，lacticacidosis，andstroke-likeepisodeswithseveresystemicsymptoms：pathologyandbiochemistry[J].PediatricsInternational，2018，60（3）：300-302.

[15]ZHANGZhe，ZHAODanhua，ZHANGXiao，etal.SurvivalanalysisofacohortofChinesepatientswithmitochondrialencephalomyopathywithlacticacidosisandstroke-likeepisodes（MELAS）basedonclinicalfeatures[J].JournaloftheNeurologicalSciences，2018，385：151-155.

[16]BINDUPS，SONAMK，GOVINDARAJP，etal.Outcomeofepilepsyinpatientswithmitochondrialdisorders：phenotypegenotypeandmagneticresonanceimagingcorrelations[J].ClinicalNeurologyandNeurosurgery，2018，164：182-189.

[17]HENRYC，PATELN，SHAFFERW，etal.Mitochondrialencephalomyopathywithlacticacidosisandstroke-likeepisodes-MELASsyndrome[J].TheOchsnerJournal，2017，17（3）：296-301.

[18]WHITEHEADMT，WIENM，LEEB，etal.Blacktoenail[JP3]signinMELASsyndrome[J].PediatricNeurology，2017，75：61-65.

[19]LIMBC，PARKJD，HWANGH，etal.MutationsinNDsubunitsofcomplexⅠareanimportantgeneticcauseofchildhoodmitochondrialencephalopathies[J].JournalofChildNeurology，2009，24（7）：828-832.

[20]MUKAIM，NAGATAE.Mitochondrialmyopathy，encephalopathy，lacticacidosis，andstroke-likeepisodes（MELAS）duetoam.10158T>CND3mutationwithanormalmusclebiopsy[J].InternalMedicine，2017，56（19）：2695.

[21]TOYOSHIMAY，TANAKAY，YASUDAS，etal.MELASsyndromeassociatedwithanewmitochondrialtRNA-Valgenemutation（m.1616A>G）[J].AnnalsofNeurology，2014，76（18，SI）：S67-S68.

[22]MESEGUERS，PANADEROJ，NAVARRO-GONZALEZC，etal.TheMELASmutationm.3243A>Gpromotesreactivationoffetalcardiacgenesandanepithelial-mesenchymaltransition-likeprogramviadysregulationofmiRNAs[J].BiochimicaetBiophysicaActa-MolecularBasisofDisease，2018，1864（9，B）：3022-3037.

[23]GOODFELLOWJA，DANIK，STEWARTW，etal.Mitochondrialmyopathy，encephalopathy，lacticacidosisandstroke-likeepisodes：animportantcauseofstrokeinyoungpeople[J].PostgraduateMedicalJournal，2012，88（140）：326-334.

[24]JEONGMH，KIMJH，SEOKS，etal.β-LapachoneattenuatesmitochondrialdysfunctioninMELAScybridcells[J].BiochemicalandBiophysicalResearchCommunications，2014，454（3）：417-422.

[25]KODAIRAM，HATAKEYAMAH，YUASAS，etal.ImpairedrespiratoryfunctioninMELAS-inducedpluripotentstemcellswithhighheteroplasmylevels[J].FEBSOpenBio，2015，5：219-225.

[26]STERIADEC，ANDRADEDM，FAGHFOURYHA，etal.Mitochondrialencephalopathywithlacticacidosisandstroke-likeepisodes（MELAS）mayrespondtoadjunctiveketogenicdiet[J].PediatricNeurology，2014，50（5）：498-502.

[27]EL-HATTABAW，ALMANNAIM，SCAGLIAF.ArginineandcitrullineforthetreatmentofMELASsyndrome[J].JInbornErrorsMetabScreen，2017，5：1-5.

（本文編輯 馬偉平）