Leber遗传性视神经病变的临床和基础研究现状

韦企平 孙艳红

Leber遗传性视神经病变（Leber hereditary optic neuropathy，LHON）是一种无痛性双眼中心视力急性或亚急性下降的视神经病变，是因线粒体突变引起的母系遗传性疾病。该病虽然比视神经炎、缺血性视神经病变少见，但据报告〔1〕，国内双眼发病的病因不清的视神经疾病中20%～40%最终确诊是LHON。因本病多见于青少年，多数病例一眼先罹患，且视力损害严重，临床上误诊误治者仍屡见不鲜，因困惑于病因而滥用多种昂贵的影像学检查者也较普遍。为使眼科医师进一步提高对本病的认识，在此对LHON的临床表现和相关研究作一介绍。

1 临床表现

1.1 症状和体征

本病常在10～20岁开始视力下降，平均27岁，据报告〔2〕1～70岁均有发病者。典型发病者多单眼无痛性视力下降，并伴随色觉障碍，可在数周内视力降至小于0.1，甚至仅存眼前指数，但无光感者罕见。双眼可同时或先后受累，但最终必然双眼受累，据报告〔3〕双眼先后受累者占78%，同时患病的仅22%，先后发病可自6周至22周不等，平均间隔2个月，笔者统计215例mtDNA检查证实为LHON的患者，均为双眼罹患。有报告〔4〕，本病最终视力依据不同突变类型可从0.4至无光感。以原发性基因位点突变为例，11778位点突变者可无光感，3460位点突变者可保留光感，15257和14484位点突变者分别可降至眼前手动和眼前指数。随视力下降进展，红绿色觉障碍加重，但瞳孔对光反射相对保留，视野可从相对性中心或盲中心暗点发展并扩大至绝对性中心盲点，且偏盲多偏上方。

眼底在急性阶段，视盘充血状，小静脉及中等大的动脉明显弯曲并扩张，可伴随视盘周围血管的动静脉分流。急性LHON典型的三联征包括：①环绕视盘的毛细血管扩张纡曲，约占患眼的30%～60%；②视盘周围神经纤维层肿胀发灰，即假性视盘水肿；③FFA中视盘及毛细血管均无荧光渗漏。此点可和视神经乳头炎、真性视盘水肿鉴别。数月后上述眼底征象可消退，视盘色泽开始变淡白，但通常视盘在6个月后才变淡白，这比外伤或缺血性视神经病变视盘变苍白的时间明显推迟。有时可见视盘非青光眼性视杯扩大，小动脉变细。〔5，6〕

但上述特征性眼底改变有时在无视力损害的症状前病人及携带mtDNA基因突变的无症状的母系亲属中也可能看到。症状前病人尚可伴随色觉障碍，甚至 P-VEP 轻度异常。 Mann 等报道〔7〕，11778 位点突变的个别病例发现视网膜静脉周围炎。也有在进展性视力下降的同时出现MS的症状和体征，且多为女性，其CSF和MRⅠ异常和MS相符。

1.2 全身情况

24%的本病患者可偶尔伴随头痛或眼部不适。类似多发性硬化的其他全身症状，如Uhthoff现象（在运动或热水浴后短暂性视力模糊）亦有报道〔8〕。约9%的病人有心脏预激综合征。部分LHON患者家系有更严重的神经系统异常，即“Leber’s附加”综合征，除视神经病变外，可表现为：①运动障碍，轻度痉挛性下肢瘫痪，精神异常，骨骼改变及急性婴儿脑病发作。②神经影像图显示基底神经节病变。③脊髓病变，甚至在早期儿童发生致命性脑病〔9〕。Funalot等〔10〕报道3例彼此无关的LHON，分别含有mtDNA ND1亚单位的3460位点突变，mtDNA ND6亚单位的14459及14484位点突变。除视力下降外，3例均出现类似Leigh综合征（亚急性坏死性脑脊髓炎）的临床表现，即注视麻痹，听力下降，痉挛性运动失调，小脑共济失调，肌强直及腱反射亢进等。从而提示个别伴随神经系统症状的视神经病变患者需排除LHON。

1.3 诊断试验

本病的mtDNA基因检测在未发现11778、3460、14484及15257等主要原发位点突变时，理论上应继续排查继发性位点突变。

近年利用OCT检查发病早期（6个月内）的LHON患者，发现视网膜神经纤维层（retinal nerve fiber Layer,RNFL）变厚，6个月后RNFL普遍变薄萎缩。视力有部分恢复的患者可有部分相对健康的RNFL存留。通常盘斑束的颞侧RNFL首先受累且损害最严重，而鼻侧部分RNFL即使到晚期也可能免于受损。Barboni等报道〔11，12〕，本病临床潜伏期可以没有单相的症状和体征，即视功能正常，仅OCT检查有RNFL增厚，随后出现急性期临床征象，视力明显下降，神经节细胞轴突损害。

1.4 视力预后

尽管视神经萎缩伴严重的不可逆性中心视力下降，瞳孔对光反射相对保留是多数LHON患者的通常结局，但不同突变位点者视力预后差别大。14484位点突变者视力预后最好，其中71%的病人视力恢复到≥0.25〔13〕，而 11778 和 3460 突变者预后差，最终视力在0.01～0.05。笔者长期追踪分别为14484和11778位点突变的两组病人各18例，病程、年龄、发病视力等基线比较均相匹配，最终视力预后14484位点突变组合计为 4.29±0.55，11778位点突变组3.93±0.49，两组患者视力前后比较 (配对t检验)，14484位点突变组P值<0.001，11778突变组P值为0.073，前组视力预后明显好于后组。Newman等统计显示〔14〕，11778突变者在平均发病36个月后仅4%有视力恢复，3460位点突变在发病68个月后22%恢复，而15257和14484突变者在发病16个月后视力恢复率分别为28%和37%。视力下降后6～12个月通常开始恢复，甚至有在发病2～10年间视力有恢复者，视野改善表现为中心暗点缩小，或大的中心/盲中心暗点中视岛再次出现（即中央区开窗）。视功能的恢复多为双眼和对称性的，一旦视力恢复，通常不再下降，但也有视力再次恶化的文献报道〔15〕。

2 组织病理学

主要表现为视网膜中央区神经节细胞丧失，盘斑束小的轴突最易受损。P细胞群和其相应的较小的视网膜神经节细胞选择性丧失，M细胞相对保留。〔16，17〕这些发现和眼科检查结果相符，即早期盘斑束丧失，色觉障碍，中心暗点及保留瞳孔对光反应等。患者的肌肉超微结构研究显示，肌纤维膜下线粒体增大，嵴增生，且有类结晶包埋物。有发现在14484和3460突变的家系中，在神经节细胞内有电子致密的钙线粒体包涵物。

3 病理生理学

线粒体基因组编码氧化磷酸化系统的37个基因和13个蛋白亚单位。由于多数细胞的ATP产生于该系统，mtDNA突变归因于氧化磷酸化系统的基本缺损。视神经、视网膜及眼外肌主要依赖ATP供能，故在眼组织中最易受侵犯。复合物Ⅰ功能障碍可导致ATP合成减少，活性氧增加，易使神经元细胞凋亡〔18，19〕。 电镜下在穿过筛板及筛板前部无髓鞘的视神经及RNFL中可见大量线粒体，随筛板后轴突获得髓磷脂后，线粒体数量减少。薄的有髓鞘的，能量需求高的盘斑束，尤其是其筛板前脱髓鞘部分最易受复合物Ⅰ功能障碍影响，因为电位沿脱髓鞘的神经纤维传递需要很高的能量。伴随线粒体内钙化的轴浆液淤滞和肿胀，最终可导致神经细胞凋亡。异常的氧化磷酸化和ATP合成减少，伴随自由基产生，是造成永久性视网膜神经节细胞和其轴突损害的原因。若能激活能够上调氧化氮合酶的胶质细胞，可能在导致视网膜神经节细胞的死亡的级联反应中其重要作用〔20，21〕。

4 分子遗传学

4.1 LHON的原发性突变和继发性突变

LHON的三个原发性位点突变占本病患者的95%，11778，14484和3460位点突变分别占 69%，14%和13%。其他少见原发突变包括T14596A、C14498T、G13730A，G14459A等。原发性位点突变应具备：①可以是LHON的独立的基因发病危险因素；②该基因突变造成必须蛋白质中进化性保守氨基酸的编码的改变；③在多个不相关的、不同种族的家系中被发现，但不出现或罕见出现于正常家系中〔4〕。继发性突变在对照人群中有较低的流行性，可以表现为多态性，且继发位点突变常和原发位点突变或其他继发突变伴随发生，其发病机制尚待澄清。笔者统计的215例LHON中，11778、14484及3460位点突变分别占77%，11%和2%，继发位点突变或继发加原发的混合性突变仅占10%（另有论文发表）。

4.2 异质性和环境因素

LHON类型表达可能是因异质性调整的表现度所致线粒体产生能量减少的结果。各种环境因素可能影响突变和正常mtDNA的比例。并非所有的mtDNA基因突变者均有视力下降。突变基因的量也和表型的严重度及外显率程度不成比例。环境因素如一氧化碳、氰化物及烟草中的氧化氮已推测是本病的促发因素。这些毒物可以减少本病患者家系成员中的遗传易感个体的氧化磷酸化能力〔22，23〕。 但Kerrison等大样本病例的对照研究显示〔24〕，在原发性突变的LHON个体，吸烟与饮酒和视力下降无明显相关性。不完全的外显率和偏于男性发病，提示调节LHON类型表达时，尚有其他因素参与。确切的机理有待于进一步研究。

5 治疗

鉴于部分LHON患者的视力可能自发性恢复，对任何未设对照组并长期随诊观察的治疗性报道的临床意义应谨慎评价。在急性期全身或局部应用类固醇激素、维生素B12或氰化物拮抗剂治疗均未证明有效。迄今也未见能最终改善视力的其他疗法。重要的是要让LHON突变基因携带者意识到，目前仍不能准确预测，他们是否会发病或何时发病。除了前述对不同基因位点突变者视力预后差别大外，通常两项预测视力下降的因素是年龄和性别。因此，对于患者及其家族成员进行遗传咨询和解释预后十分必要。

5.1 基因治疗

Guy等发现〔25〕，含有 11778位点突变的胞质杂种细胞已在50%的LHON病人中发现，并显示在复合物Ⅰ依赖的ATP合成率和野生细胞比较减少60%。利用“异位表达”，即线粒体基因在细胞核内表达，然后将蛋白质产物输入返回到线粒体的技术，转染1个融合ND4亚单位基因到含有11778突变的胞质杂种内，3天后存活的胞质杂种细胞被增大3倍，以适应异位转染细胞，且这些细胞在复合物Ⅰ依赖性ATP合成率中增加3倍，到了和正常胞质杂种不易识别的水平。研究结果提示，这种技术对严重的氧化磷酸化缺陷的挽救是对本病有希望的治疗。当然，这些在实验中获得的结果仍需在动物模型中进一步证实。

5.2 神经保护剂及其他治疗

辅酶Q或其短链衍生物艾迪苯醌（idebenone）能恢复电流和防止氧化应激，对本病的疗效有争论，在视力下降前做为预防性用药可能有效〔26〕。其他抗凋亡因子溴莫尼定，即α-2受体兴奋剂，通过维持线粒体膜电位和上调βc12而产生神经保护作用。当病人一眼视力下降后，应尽早应用该药，可能有助于挽救仍未发病眼的视力。诱导氧化氮合酶（NOS-2）抑制剂已证实对大鼠慢性青光眼动物模型视网膜神经节细胞有保护作用。这些NOS-2抑制剂也可能有利于LHON病人，像在青光眼中一样，表达NOS-2的星形胶质细胞所产生的过量NO能导致LHON病人视盘上的视网膜神经节细胞损害〔27〕。实验证明，视神经损害后神经元再生是可能的，但通过抑制因子的作用是有限的，近年促神经生长的底物正在被识别，胚胎期轴突生长的再活化技术以诱导成人神经元的再生，已在视网膜神经节细胞系统开展研究〔28〕。

1 韦企平，孙艳红，宫晓红，等.Leber’s病及病因不明的视神经疾病基因检测结果分析[J].眼科新进展，2002，22（2）：97-98.

2 Riordan-Eva P，Sanders MD，Govan GG，et al The clinical features of Leber’s hereditary optic neuropathy defined by the presence of a pathogenic mitochondrial DNA mutation[J].Brain， 1995， 118 （pt2）:319-37.

3 Nikoskelainen E，Hoyt WF， Nummelin K.Fundus findings in Leber’s hereditary optic neuroretinopathy[J].Ophthalmic Paediatr Genet，1985，5 （1-2） 125-130.

4 Chan JW.Optic Nerve Disorders-Diagnosis and Management[M].New York:Springer Science+Business Media，LLC，2007.171-201.

5 Smith JL，Hoyt WF，Susac JO.Ocular fundus in acute Leber optic neuropathy[J].Arch Ophthaimol，1973，90（5）:349-354.

6 Spalton DJ，Hitchings RA，Hunter RA，et al.editors[J].Atlas of clinical ophthalmology，3rded.2005.

7 Mann ES， Handler SP， Chung SM.Leber’s hereditary optic neuropathy masquerading as retinal vasculitis[J].Arch Ophthaimol 2000，118（11）:1587-1589.

8 Nikoskelainen EK， Marttila RJ， Huoponen K， et al.Leber’s “plus”:neurological abnormalities in patients with Leber’s hereditary optic neuropathy[J].J Neurol Neurosurg Psychiatry，1995， 59 （2）:160-164.

9 Wallace DC.A new manifestation of Leber’s disease and a new explanation for the agency responsible for its unusual pattern of inheritance[J].Brain，1970， 93（1）:121-132.

10 Funalot B，Reynier P，Vighetto A，et al.Leigh-like encephalopathy complicating Leber’s hereditary optic neuropathy [J].Ann Neurol，2002， 52（3）:374-377.

11 Barboni P，Savini G，Valentino ML，et al.Retinal nerve fiber layer evaluation by optic coherence tomography in Leber’s hereditary optic neuropathy[J].Ophthalmology， 2005，112（1）:120-126.

12 Savini G，Barboni P，Valentino ML，et al.Retinal nerve fiber layer evaluation by optical coherence tomography in unaffected carriers with Leber’s hereditary optic neuropathy mutations[J].Ophthalmology， 2005，112（1）:127-131.

13 Oostra RJ， Bolhuis PA， Wijburg FA，et al.Leber’s hereditary optic neuropathy:correlations between mitochondrial genotype and visual outcome[J].J Med Genet，1994，31（4）:280-286.

14 Newman NJ， Lott MT， Wallace DC.The clinical characteristics of pedigrees of Leber’s hereditary optic neuropathy with the 11778 mutation[J].Am J Ophthalmol， 1991，111（6）:750-762.

15 Chuman H， Nao-ⅠT，Sawada A， et al.Leber’s hereditary optic nruropathy:a case with 5 differrent episodes of visual disturbances[J].Neuro-Ophthalmology， 1999，22:195-198.

16 Carelli V， Ross-Cisneros FN，Sadun AA.Optic nerve degeneration and mitochondrial dysfunction:genetic and acquired optic neuropathies[J].Neurochem Ⅰnt，2002，40（6）:573-584.

17 Sadun AA，Win PH，Ross-Cisneros FN， et al.Leber’s hereditary optic neuropathy differentially affects smaller axons in the optic nerve[J].Trans Am Ophthalmol Soc，2000，98:223-232;discussion 232-235.

18 Danielson SR，Wong A，Carelli，V，et al.Cells bearing mutations causing Leber’s hereditary optic neuropathy are sensitized to Fas-induced apoptosis[J].J Biol Chem，2002，Feb 22;277（8）:5810-5815.

19 Ghelli A，Zanna C，Porcelli AM，et al.Leber’s hereditary optic neuropathy（LHON） pathogenic mutations induce mitochondrial-dependent apoptotic death in transmitochondrial cells incubated with galactose medium[J].J Biol Chem，2003， 278（6）:4145-4150.

20 Zanna C，Ghelli A，Porcelli AM，et al.Apoptotic celi death of cybrid cells bearing Leber’s hereditary optic neuropathy mutations is caspase independent[J].Ann NY Acad Sci， 2003， 1010:213-217.

21 Bristow EA，Griffiths PG，Andrews RM，et al.The distribution of mitochondrial activity in relation to optic nerve structure[J].Arch Ophthalmol，2002， 120（6）:791-796.

22 Cullom ME， Heher KL， Miller NR， et al.Leber’s hereditary optic neuropathy masquerading as tobacco-alcohol amblyopia[J].Arch Ophthalmol，1993，111 （11）:1482-1485.

23 Sadun F，De Negri AM，Carelli V，et al.Ophthalmologic findings in a large pedigree of 11778 haplogroup J Leber hereditary optic neuropathy[J].Am J Ophthalmol，2004，137（2）:271-277.

24 Kerrison JB，Howell N，Miller NR，et al.Leber hereditary optic neuropathy.Electron microscopy and molecular genetic analysis of a case[J].Ophthalmology，1995， 102（10）:1509-1516.

25 Guy J，Qi X，Pallotti F，et al.Rescue of a mitochondrial deficiency causing Leber hereditary optic neuropathy[J].Ann Neurol， 2002，52（5）:534-542.

26 Seedorff T.The inheritance of Leber’s disease.A genealogical followup study[J].Acta Ophthalmol（Copenh） 1985，63（2）:135-145.

27 Neufeld AH， Sawada A，Becker B.Ⅰnhibition of nitric-oxide synthase 2 by aminoguanidine provides neuroprotection of retinal ganglion cells in a rat model of chronic glaucoma[J].Proc Natl Acad Sci U S A，1999，96（17）:9944-9948.

28 Goldberg JL，Klassen MP，Hua Y，et al..Amacrine-signaled loss of intrinsic axon growth ability by retinal ganglion cells[J].Science，2002， 296（5574）:1860-1864.