线粒体遗传病要点.ppt

线粒体遗传病 讲座 北京大学第一临床医学院陈清棠 线粒体病 mitochondriopathy 的定义 因遗传缺陷引起线粒体代谢酶的缺陷导致ATP合成障碍 能量产生不足而出现的一组多系统疾病 也称为线粒体细胞病 mitochondrialcytopathy 也可见散发病例 线粒体的主要功能体现在氧化磷酸化系统 产生能量 生成氧自由基 调节程序化细胞死亡 即细胞凋亡 apoptosis 历史 1962年Luft等首先报道1例线粒体肌病 为一35岁女性 肌无力 极度不能耐受疲劳 多汗 而甲状腺功能正常 经生化证实为氧化磷酸化脱偶联引起 1966年Price用冰冻切片MGT染色发现RRF red raggedfiber 1971年EngelWK 1972年Olson在CPEO中发现RRF 电镜下线粒体堆积 1977年Shapira首先报道线粒体脑肌病 encephalomyopathy 历史 1981年Anderson测定了人类线粒体DNA mtDNA 的全长序列 并提出本病多为母系遗传 1988年Holt首次在线粒体病患者中发现有mtDNA缺失 证实mtDNA突变是重要的发病原因 1989年King等首次建立了人类无mtDNA细胞系 细胞 可用来研究在不同核背景下 缺陷型线粒体的表现 MtDNA的结构特点 除成熟的红细胞外每一个细胞内均有数量不等的线粒体 每一个线粒体内有2 10个拷贝的mtDNA mtDNA是独立于细胞核染色体外的又一基因组 人mtDNA由16569bp的双链环状DNA组成1个轻链和重链 其中包括37个基因 22个tRNA基因 2个rRNA基因 12S和16SrRNA 和13个mRNA基因 所有的13种蛋白质产物均参与组成呼吸链 Tobecontinued MtDNA的结构特点 人类线粒体的基因组排列非常紧凑 除与mtDNA复制及转录有关的一小段区域外 无内含子序列 37个基因间隔区总共只有87bp 因此 几乎mtDNA的任何突变均会累及到基因组中一个重要区域 线粒体拥有相对独立的DNA复制 转录和翻译系统 是半自主性细胞器 重链主要编码2个rRNA 12个多肽及14个rRNA 轻链仅编码一个NADH脱氢酶亚单位4及8个tRNA 病因和发病机制 线粒体疾病是由于各种原因使mtDNA或 和核DNA发生基因突变 线粒体内酶功能缺陷 ATP合成障碍 不能维持细胞的正常生理功能产生氧化应激 使氧自由基产生增加 诱导细胞凋亡 mtDNA突变包括 点突变 pointmutation 病理性点突变是单一的核苷酸改变 所造成的疾病为母系遗传 但同一种点突变 对不同患者可造成不同的临床表现 缺失 deletion mtDNA部分缺失 使基因组缩短 单发缺失多为散发性 多发缺失可呈常染色体显性或隐性遗传 提示由核DNA突变影响线粒体功能所致 mtDNA突变 重复 duplication 指多余的mtDNA以数以千计的核苷酸插入基因组 从而使体积增大 丢失 depletion 指线粒体内mtDNA的拷贝数减少 线粒体疾病的发病机理 线粒体疾病的遗传方式包括母系遗传及孟德尔遗传 一个细胞的mtDNA有多重拷贝 一个线粒体编码基因的表现型依赖于一个细胞内突变型和野生型mtDNA的相对比例 仅当突变型达到一定阈值时 病理特征才能表现出来 Tobecontinued 线粒体疾病的发病机理 细胞分裂时 子代细胞中突变型和野生型mtDNA的比例可能发生变化 改变其基因型和表现型 本组疾病为多系统疾病 最常受影响的是骨骼肌 脑及心肌 其他为周围神经 肾 肝 内分泌腺体等等 线粒体肌病的临床分型 一 线粒体肌病二 线粒体脑肌病三 Leber遗传性视神经病四 亚急性坏死性脑脊髓病 Leighdisease 一 线粒体肌病 骨骼肌受侵为主 也可合并周围神经损害 极度不能耐受疲劳 约半数伴肌痛 肌萎缩占少数 临床表现多样 可类似多发性肌炎 重症肌无力 进行性肌营养不良 周期性瘫痪 心肌病 线粒体肌病的临床分型之一 二 线粒体脑肌病 1 PEO 进行性眼外肌瘫痪 以慢性进行性眼外肌瘫痪为主KSS Kearns Sayresyndrome 完全型KSS 眼外肌瘫痪 视网膜色素变性 心脏传导阻滞三联征不全型KSS 眼外肌瘫痪或伴有其他一项 可伴有身材矮小 智能低下 神经性难听 小脑共济失调 CSF蛋白 EEG异常 多无家族史发病年龄多在20岁以前 线粒体肌病的临床分型之二 2 MELAS Mitochondrialencephalomyopathywithlacticacidemiaandstroke likeepisodes 线粒体脑肌病伴乳酸血症和卒中样发作发作性头痛 呕吐 偏瘫 偏盲 偏身感觉障碍 身材矮小 智能减退 神经性难听 可有痉挛发作 CSF多正常 CT 多发脑梗塞 基底节钙化 脑萎缩 脑室扩大 可有家族史 血乳酸增高 肌活检可见RRF 线粒体肌病的临床分型之二 二 线粒体脑肌病 3 MERRF Myoclonusepilepsywithragged red fiber RRF 肌阵挛性癫痫伴有RRF多见于儿童 有家族史 肌阵挛性癫痫 智能减退 小脑共济失调 痉挛发作 可有神经性难听 血乳酸可增高 CSF多正常肌活检可见RRF 线粒体肌病的临床分型之二 二 线粒体脑肌病 线粒体脑肌病的鉴别表 临床表现KSSMERRFMELAS眼外肌瘫痪 一一视网膜色素变性 一一心脏传导阻滞 一一CSF蛋白 100mg dl 一一肌阵挛一 一共济失调 一肌力减弱 发作性呕吐一一 皮质盲一一 偏瘫 偏盲一一 痉挛一 痴呆 身材矮小 神经性难听 血乳酸增高 家族史一 RRF 海绵状变性 mtDNA缺失 一一mtDNA点突变一tRNAlystRNAleu UUR 三 Leber遗传性视神经病 Leberhereditaryopticneuropathy LHON 好发年龄为18 30岁 85 的患者为男性 多数双侧视力同时减退 少数一眼先发病 数周或数月后另眼也发生视力丧失 其后病情相对稳定 中央视力丧失 周边视力保存 全盲者少见 瞳孔对光反射保存 伴色觉障碍 本病多以视神经受侵为主 较少伴有其他症状和体征 线粒体肌病的临床分型之三 四 亚急性坏死性脑脊髓病 Leighdisease 为先天代谢异常性疾病 多为散发病例 也有表现为常染色体隐性遗传或母系遗传 男性多于女性 多数发生于1岁以下的婴儿 青少年及成年患者也偶有报道 临床表现复杂多样 生前诊断常很困难 多在出生后3 4个月发病 首先表现为喂养困难 智能发育停滞 吞咽困难 全身无力 肌张力低下 消瘦 锥体束征 视力 听力减退 眼外肌瘫痪 眼球震颤和共济失调等 少数可有精神运动性癫痫 呼吸功能障碍是另一特征性症状 表现为阵发性中枢性过度呼吸 部分病例有周围神经受损 症状多持续进展 绝大多数患儿死于2岁之前本病的预后和发病年龄的早晚和症状的多寡有关 发病年龄越早 临床症状越多 预后越差 线粒体肌病的临床分型之四 线粒体肌病的生化分类 二 线粒体底物的利用缺陷三 呼吸链 resqiratorychain 缺陷四 能量保持和转换异常 一 线粒体底物的运输缺陷 Defectsofmitochondrialsubstratetransport 线粒体肌病的生化分类之一 一 线粒体底物的运输缺陷 Defectsofmitochondrialsubstratetransport 能量代谢所必需的原料 丙酮酸 Acyl CoA 酮体 进入线粒体内膜需要一系列移位酶 translocase 和载体 carrier 目前所知的缺陷 线粒体肌病的生化分类之一 肌内糖元耗竭时 由脂肪酸提供能量 自由脂肪酸来自甘油三脂 中 长链脂肪酸 经线粒体外膜上的Acyl CoA合成酶 Acyl CoA 经内膜外面的肉硷脂酰转移酶和内膜内面的另一脂酰转移酶进入线粒体 Acyl CoA 氧化 中 长链脂肪酸必需利用L carnitine作为载体才能进入线粒体内 丙酮酸的运输 单羧酸移位酶缺乏 丙酮酸不能进入线粒体 脂肪酸的运输 二 线粒体底物的利用缺陷一 丙酮酸的利用缺陷丙酮酸脱氢酶体系缺陷 PDHC缺陷 包括三个酶 此酶系又受丙酮酸脱氢酶磷酸酶等调节丙酮酸 线粒体内PDHCAcetyl CoA丙酮酸脱氢酶磷酸酶缺陷丙酮酸羧化酶 carboxylase 缺陷 丙酮酸不能羧化成为草酰乙酸 oxaloacetate 而进行三羧循环 线粒体肌病的生化分类之二 线粒体底物的利用缺陷二 自由脂肪酸的利用缺陷 氧化缺陷 自由脂肪酸不能变成Acetyl CoA 因此不能进一步氧化释放能量 线粒体肌病的生化分类之二 三 呼吸链 resqiratorychain 缺陷呼吸链即电子 包括H 的传递链 起自NADH NicotineAdenylateDinucleotide 尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸 终端为02 NADH 02共产生3个ATP 其间任何环节缺陷将导致电子传递障碍 NADHCoQCytCO2ComplexI NADH CoQ还原酶ComplexII 琥珀酸 CoQ还原酶ComplexIII 细胞色素c还原酶ComplexIV 细胞色素c氧化酶ComplexV ATP合成酶 线粒体肌病的生化分类之三 I 琥珀酸 II III IV V生成3个ATP 四 能量保持和转换异常氧化磷酸化脱偶联 loosecoupling 能量不能变为ATPATP酶缺陷 不能生成ATPATP不能运出 线粒体肌病的生化分类之四 线粒体肌病和脑肌病的诊断病史特点心肌酶谱肌电图脑电图头颅MRI或CT检查 Leigh及MELAS有特征性改变 血乳酸 丙酮酸最注运动量试验 15WT运动量 线粒体肌病和脑肌病的诊断线粒体呼吸链酶复合体活性测定肌活检 冰冻切片 组化染色 光镜检查 超薄切片 电镜检查 mtDNA检测 CPEO及KSS多为mtDNA缺失 MERRF多为mtDNA8344处发生点突变A G MELAS多在mtDNA3243处A G的点突变