母系遗传线粒体糖尿病伴多发耳聋1个家系报告

张勇，郭振奎，丁文宇，王东，刘长青，张宪党

(山东省内分泌与代谢病研究所，济南250062)

线粒体糖尿病是由线粒体基因突变导致胰岛β细胞氧化磷酸化障碍而引起糖尿病，属于一种罕见特殊类型糖尿病。线粒体tRNALeu(UUR)3243A→G点突变是线粒体糖尿病最常见的病因。线粒体糖尿病的特征包括：糖尿病呈母系遗传，合并神经性耳聋，体型偏瘦，发病年龄较早(多在40岁之前)，胰岛细胞功能呈进行性衰退(早期即需要胰岛素治疗)，糖尿病抗体阴性，合并其他神经肌肉病变。由于此类型糖尿病呈现母系遗传并多伴发耳聋症状，因此线粒体糖尿病又被称为母系遗传糖尿病伴耳聋综合征。该病早期临床表现与1型、2型糖尿病不易区分，临床上易造成误诊，不利于该病的及时确诊及家系遗传病的发现。目前，对线粒体糖尿病家系的报道少见。2017年3月，我们发现了1个线粒体糖尿病家系。现报告如下。

1 资料与方法

1.1 临床资料 先证者为女性，36岁，因“视物不清”于2017年3月来我院就诊，确诊为糖尿病。经询问病史，发现其家系成员糖尿病发病呈母系遗传方式，同时伴有耳聋。因此对患者进行线粒体基因突变检测，发现其存在线粒体tRNALeu(UUR)3243A→G点突变。根据文献[1]中的诊断标准，确诊为线粒体糖尿病。进一步收集该先证者的家系成员20例，男10例、女10例，其中糖尿病6例、耳聋7例、糖尿病合并耳聋6例。糖尿病患者中，年龄最小21岁、最大58岁，BMI均<24.0 kg/m2；除1例新发现的患者未接受药物治疗外，其他5例均接受胰岛素治疗。本研究经我院伦理委员会批准，受试者均签署知情同意书。

1.2 临床及家系调查 研究对象进行空腹血糖、糖化血红蛋白、空腹胰岛素、身高、体质量等检测，并调查家系、并发症等情况。

1.3 耳聋的诊断 采用纯音电测听检测听力。耳聋的诊断标准：纯音听阈表现为气导骨导听力同时下降；气骨导差<10 dB；听力曲线呈高频陡降型、平坦型及切迹型等[2]。

1.4 线粒体基因检测 采集受试者外周血3 mL，-20 ℃保存备用。使用TaKaRa基因提取试剂盒提取外周血的基因组DNA，选择线粒体3069～3842片段设计引物，上游引物5′-AGTTCAGACCGGAGTAATCCAG-3′，下游引物5′-CATGATGGCAGGAGTAATCAGA-3′。PCR扩增，取扩增产物行琼脂糖凝胶电泳鉴定，选取合格样本送华大基因进行直接测序，根据测序峰图查找突变位点，绘制突变基因的家系图谱。

2 结果

2.1 家系成员临床资料 见表1。

表1 家系成员的临床资料

注：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为世代序号，“+”为发病，“-”为未发病。

2.2 家系调查结果 家系图谱见图1。

注：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为世代序号； □为正常男性； ○为正常女性； ■为男性糖尿病患者； ●为女性糖尿病患者； 为男性3243A→G点突变携带者； 为女性3243A→G点突变携带者； 为男性死亡患者； 为女性死亡患者。

2.3 基因测序结果 该家系先证者携带3243A→G点突变；20例家系成员中，10例携带3243A→G点突变，分别是Ⅱ5、Ⅱ9、Ⅱ11、Ⅲ3、Ⅲ5、Ⅲ17、Ⅲ19、Ⅲ22、Ⅳ4、Ⅳ11。以同一个小家系中的Ⅱ9、Ⅲ17、Ⅲ19、Ⅳ11为例，其测序结果见图2。

2.4 3243A→G点突变者的糖尿病和耳聋发病情况 Ⅱ5、Ⅱ9、Ⅱ11、Ⅲ5、Ⅲ17、Ⅲ19均为糖尿病伴耳聋，Ⅲ3出现耳聋症状但血糖处于正常范围，Ⅲ22、Ⅳ4、Ⅳ11未发现血糖升高及耳聋症状。

3 讨论

线粒体是细胞核外唯一有遗传物质的细胞器，人类线粒体DNA结构为长16 569 bp的双链闭环超螺旋DNA，包含2个rRNA基因、13个多肽编码基因以及22个tRNA基因。线粒体DNA几乎完全由编码区构成，因缺少组蛋白保护而容易受损，并且缺乏有效的自我修复机制，其突变频率明显高于核基因。1992年，Van den Ouweland等[3]首次报道了线粒体基因tRNALeu(UUR)3243A→G点突变引起的线粒体糖尿病。在全球范围内的线粒体糖尿病人群中，已发现几十个线粒体基因突变位点，其中tRNALeu(UUR)3243A→G点突变最为常见[4]。1995年，项坤三等[5]首次在我国发现携带tRNALeu(UUR)3243A→G点突变位点的线粒体糖尿病。本研究报道的线粒体糖尿病家系3代成员中，发现7例携带该突变位点，其中6例已发生糖尿病，这6例中5例同时合并耳聋。

注：A为Ⅲ17先证者3243A→G点突变；B为Ⅱ9 3243A→G点突变；C为Ⅲ19 3243A→G点突变；D为Ⅳ11 3243A→G点突变。

Olmos等[6]发现，tRNALeu(UUR)3243A→G突变不仅是胰腺细胞分泌胰岛素障碍的基础，还导致了内耳血管边缘细胞腺苷三磷酸的减少，这样就减少了柯蒂氏器外毛细胞放大声波所需要的能量，最终引发听力损伤。本研究发现，该家系先证者体内存在tRNALeu(UUR)3243A→G点突变。该患者有糖尿病病史13年，伴耳聋症状。对其家系调查发现，家系中10例成员具有该变异位点。这种在1个家系中发现10个成员携带线粒体突变位点、连续3代均有多人携带变异位点的病例，国内少有报道。进一步说明tRNALeu(UUR)3243A→G点突变仍然是线粒体糖尿病的高频易感位点。本研究中，发生糖尿病伴耳聋的6例家系成员均携带该突变位点，突变位点与糖尿病伴耳聋出现明显的共分离现象。在这10例家系成员中，4例未发生糖尿病，其中1例年长者(Ⅲ3)已出现耳聋症状但血糖处于正常范围，其余3例均未出现糖尿病或耳聋症状。这4例成员平素生活规律，他们尚未发生糖尿病及耳聋可能与生活方式及年龄有关。另外，Ⅲ20及Ⅳ12线粒体基因测序未发现该突变位点(理论上应该出现)，这可能与细胞杂胞质性有关。细胞杂胞质性是指线粒体内野生型及突变型基因位点混合存在的一种现象。本病特点是所有患者均呈杂胞质性。携带tRNALeu(UUR)3243A→G点突变基因的比例在人体不同组织中会有很大差异，比如白细胞内杂胞质性比例为1%～40%，明显低于骨骼肌中的70%～90%[7～9]。由于本研究所提取的DNA来自外周血白细胞，对于杂胞质性比较低的家庭成员很可能无法发现突变位点，必要时可以行肌肉活检以确诊。

随着测序技术普及，线粒体基因突变糖尿病精准诊断逐步成熟。对于明确诊断的此类患者，其治疗措施与其他类型糖尿病有所不同。由于该病胰岛功能衰减较快，所以确诊后应尽快使用胰岛素治疗。应避免使用二甲双胍，因为二甲双胍可以抑制线粒体呼吸链复合体1的功能。Suzuki等[10]报道，辅酶Q10治疗3年后患者胰岛功能明显提高，听力得到改善。基因治疗从理论上讲是一种对因治疗，国外学者做了不少探索性的研究。Tachibana等[11]从线粒体基因缺陷患者未受精的卵母细胞中把染色体(核遗传物质)分离并移植到另一个去核健康卵母细胞质中，这样新细胞含有健康的线粒体DNA以及其他细胞器、RNA和蛋白质。这一技术在猴子模型中获得了成功。Tonin等[12]通过特别设计的RNA分子，能够选择性地与突变的线粒体基因组退火。在导入培养人体细胞的线粒体后，这些RNA能使线粒体基因中携带致病点突变的DNA比例降低。研究发现，将携带健康目的线粒体基因的质粒包封在纳米颗粒中，然后导入细胞内，使本来存在缺陷的线粒体基因得以正确表达。这些治疗策略将来有可能用来治疗线粒体糖尿病。但由于目前科学技术水平的限制，基因治疗真正走向临床还需要大量研究工作。