線粒體腦肌病基因的研究進展

線粒體腦肌病屬于線粒體功能障礙類疾病，可累及中樞神經(jīng)、肌肉以及胃腸道等多系統(tǒng)。基因突變是其致病因素，所以基因檢測是確定診斷的金標準。由于線粒體腦肌病的發(fā)病機制復雜多樣、臨床癥狀與許多疾病相似，常常被誤診為肌細胞減少、酸中毒、頭痛等疾病。因此本文旨在對線粒體腦肌病相關的基因進行綜述，以提高臨床醫(yī)生對其的認識水平，減少誤診率，為線粒體腦肌病臨床診治提供依據(jù)。

線粒體是真核細胞胞質(zhì)中具有雙重膜結構的細胞器，其主要功能是提供能量。而且線粒體自身具有遺傳物質(zhì)和遺傳體系。人體線粒體DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）全長16，569bp，包含2個核糖RNA（ribosomal RNA，rRNA）基因、22個轉運RNA（transfer RNA，tRNA）基因和13個參與氧化磷酸化（oxidative phosphorylation，OXPHOS）的復合物亞基基因，共有37個編碼基因[1]。具有兩種受體的為tRNALeu 和tRNASer，其他的18種氨基酸分別對應唯一一種tRNA[2]。其主要通過OXPHOS產(chǎn)生三磷酸腺苷（adenosine triphosphate， ATP）為細胞提供能量[3]。線粒體除了為細胞提供能量之外，還參與細胞分化、信息傳遞和凋亡等過程[4]。任何原因引起的蛋白質(zhì)編碼異常、tRNA或rRNA基因的突變均可導致線粒體疾病的發(fā)生，主要原因是由于mtDNA或核DNA（nucleus DNA， nDNA）缺陷誘發(fā)OXPHOS引起線粒體結構和功能出現(xiàn)障礙所致[5]。此外，由于mtDNA沒有核小體保護，故而缺乏有效的突變修復機制，所以突變頻率是核基因的10-20倍，其患病率為10-15/100，000[6，7]。

線粒體腦肌病（mitochondrial encephalomyopathy，ME）是一組具有復雜臨床特征的疾病[8]，已納入罕見病目錄。其常因累及神經(jīng)、心臟、骨骼肌、腎臟、內(nèi)分泌和肝臟等多系統(tǒng)而表現(xiàn)出復雜性。主要包括以下4種亞型：線粒體腦肌病伴高乳酸血癥及卒中樣發(fā)作（mitochondrial encephalomyopathy with lactate acidosis and stroke-like episodes，MELAS）、肌陣攣性癲癇伴破碎紅纖維（myoclonic epilepsy with ragged red fibers，MERRF）、Kearns-Sayre綜合征（Kearns-Sayre’s syndrome，KSS）以及線粒體神經(jīng)胃腸腦肌病（mitochondrial neurogastrointestinal encephalomyopathy， MNGIE）[9]。其中MELAS為主要分型，約占ME的80%[10]。近年來，隨著遺傳學和分子生物學的快速發(fā)展，基因測序的應用對ME的確診率大幅度提高，因而很多致病基因被發(fā)現(xiàn)。故此本文將依據(jù)上述分型并具體針對不同類型ME的基因突變現(xiàn)狀進行綜述。

1 線粒體腦肌病伴高乳酸血癥及卒中樣發(fā)作

線粒體腦肌病伴高乳酸血癥及卒中樣發(fā)作伴有多種臨床神經(jīng)癥狀表現(xiàn)，包括癲癇、認知障礙、頭痛、肌病、運動不耐受、視覺障礙和步態(tài)障礙等[11]。我國在1988年由陳清棠教授首次報道[12]。MELAS大多是由mtDNA突變引起的，包括12個tRNA基因：MT-TF、MT-TV、MT-TL1、MT-TQ、MT-TM、MT-TW、MT-TS1、MT-TK、MT-TH、MT-TS2、MT-TL2和MT-TE[2，13]。大約80%的病例是由線粒體編碼的MT-TL1基因中m.3243Agt;G突變引起的[14]。此外，有研究顯示線粒體NADH泛醌氧化還原酶鏈6（Mitochondrial NADH-ubiquinone oxidoreductase chain 6，MT-ND6）是線粒體電子傳遞鏈復合物I（NADH脫氫酶）的一個亞單位[15]。MT-ND6基因突變導致復合物I缺乏，并與MELAS綜合征有關。在Ravn[16]等的研究中發(fā)現(xiàn)一名患有嚴重MELAS的兒童，其MT-ND6基因存在m.14453Ggt;A突變，而且，在成人MELAS中亦發(fā)現(xiàn)此基因的突變[17]。在Crundwell[10]等的報告中發(fā)現(xiàn)mtDNAm.3271Tgt;C突變也和MELAS密切相關，占MELAS發(fā)病原因的10%。

2 肌陣攣性癲癇伴破碎紅纖維

肌陣攣性癲癇伴破碎紅纖維是ME中較少見的一種線粒體腦肌病，典型的臨床表現(xiàn)為肌陣攣性癲癇的短暫發(fā)作、共濟失調(diào)、肌細胞減少、耳聾等，分子遺傳學檢查是診斷該病的重要手段[18]。1988年Wallace等[19]提出MERRF為母系遺傳，且發(fā)現(xiàn)為氧化磷酸化障礙而致病，基因突變可能位于mtDNA的rRNA或tRNA的編碼基因中。1990年Shoffner[20]等人通過對MERRF病人mtDNA的測序證實：MERRF系mtDNA的tRNALYS基因（MT-TK）8344位點A>G置換所致。

研究表明在MERRF病例中，80%的患者m.8344A>G點突變。基因突變導致ATP合成能量受阻，從而造成器官供能障礙，導致MERRF相關臨床癥狀出現(xiàn)[21]。約10%MERRF是由T8356C、G8361A和G8363A突變導致，約10%MERRF突變位點未被發(fā)現(xiàn)[22]。其中T8356C突變被報道具有MERRF和MELAS重疊表現(xiàn)。MERRF最常見的原因是MT-TK上的突變，占到發(fā)病原因的90%，少數(shù)是由其他tRNA基因突變引起，包括MT-TF、MT-TL1、MT-TC、MT-TH、MT-TE、MT-TT和MT-TP[2]。

3 Kearns-Sayre綜合征

Kearns-Sayre綜合征首次于1958年由Kearns提出[23]，臨床上主要表現(xiàn)為以進行性外眼肌麻痹和視網(wǎng)膜色素變性（retinitis pigmentosa，RP）為主要特征，并可伴隨出現(xiàn)其他癥狀，包括心臟傳導阻滯、小腦共濟失調(diào)和腦脊液蛋白濃度gt;100mg/dL[24-26]。KSS的患病率大約為1至3/100，000[26]。線粒體內(nèi)DNA重排，包括缺失、突變和重復已被確定為KSS的主要原因[27]。約90%的KSS患者存在mtDNA的單個至多個片段缺失[28]。這些缺失可分布在不同區(qū)域，大小為2-10kb不等。但是，有些研究已經(jīng)報告常見的缺失為4.9kb（4977bp;m.8470-13446del）[29，30]。我們在一些研究報告中發(fā)現(xiàn)在泰國的患者中有獨特的3.5kb mtDNA的缺失，而在亞洲其他地區(qū)如日本、中國發(fā)現(xiàn)的4977bp的缺失的情況并未在泰國患者中發(fā)現(xiàn)，推測線粒體的基因突變可能與種族有關。此外，線粒體tRNA基因上的點突變同樣會導致KSS，比如常見的tRNA11a、G4298A、G4308A、tRNAAsn、G5703A、tRNAcun、G12315A等。在Zhu等[26]的報告中發(fā)現(xiàn)在mtDNA6中的341-13，993之間的7652-bp片段缺失也可導致KSS綜合征。然而在王朝霞等的研究中發(fā)現(xiàn)，1例KSS中發(fā)現(xiàn)存在m.3243Agt;G突變，但大片段mtNDA缺失并未發(fā)現(xiàn)，而且m.3243Agt;G突變是MELAS綜合征的常見致病突變。所以，推測ME中不同的表型和基因型之間存在交叉。

4 線粒體神經(jīng)胃腸腦肌病

線粒體神經(jīng)胃腸腦肌病發(fā)病率約為1-9/1000，000。TYMP（thymidine phosphorylase，TYMP）基因突變是導致MNGIE發(fā)生的主要原因。TYMP基因的生理功能是負責胸腺嘧啶核苷的降解，然而由于其發(fā)生突變，從而導致包括線粒體DNA修復受損、氧化磷酸化、核苷聚集和突變等功能發(fā)生障礙，引起進行性胃腸運動障礙、白質(zhì)腦病、周圍神經(jīng)病變等。1976年Okamura等首次報道MNGIE，1999年Nishino等首次提出了MNGIE的致病原因為TYMP基因突變。此基因定位于常染色體22q13.32，負責編碼胸苷磷酸化酶（thymidine phosphorylase， TP）。此基因具有10個外顯子，除了1號外顯子是調(diào)節(jié)區(qū)之外，其余外顯子為編碼區(qū)。當基因突變后，相應TP的催化活性也降低，于是使外周血中的脫氧胸苷（deoxythymidine， dThd）和脫氧尿苷（deoxyuridine， dUrd）大量堆積，而影響三磷酸脫氧核苷酸庫（deoxynucleotide triphosphates， dNTPs）的平衡。線粒體會攝取過多的dThd、dUrd，進而引起脫氧胸苷三磷酸（deoxythymidine triphosphate， dTTP）和脫氧尿苷三磷酸（deoxyuridine triphosphate， dUTP）產(chǎn)量增多誘發(fā)mtDNA復制的異常，引發(fā)線粒體發(fā)生缺失、耗竭從而導致MNGIE出現(xiàn)。在孫柳青等的研究中發(fā)現(xiàn)TYMP基因第2號和第10號外顯子各發(fā)現(xiàn)1個錯義突變，分別為c.1316Ggt;A和c.131Ggt;C。在范劍劍的報告中發(fā)現(xiàn)c.1193_1216dup 純合突變也是導致MNGIE致病。

5 小結與展望

線粒體腦肌病臨床表現(xiàn)形式復雜多樣且缺乏特異性，常累及多系統(tǒng)，易導致誤診。線粒體基因突變是其主要發(fā)病原因，盡管隨著遺傳學和分子生物學的發(fā)展，二代全基因組測序技術已經(jīng)廣泛地應用于基因檢測，但是由于基因的復雜性，仍有許多致病基因尚未發(fā)現(xiàn)。目前線粒體腦肌病無法治愈，只能對癥治療，運動康復訓練可能延緩功能減退。當今雖然對部分線粒體腦肌病的發(fā)病原因尚不清楚，但是相信在不久的將來，隨著科技的進步，對于線粒體腦肌病的診斷和治療將會有重大突破。

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（作者單位：華南師范大學體育科學學院）