线粒体病

朱星华

(中国医科大学附属第四医院神经内科，沈阳 110032)

线粒体病是遗传缺损引起线粒体代谢酶缺陷，致使ATP合成障碍、能量来源不足导致的一组异质性病变。线粒体脑肌病的不同类型发病年龄不同。

1 病因

线粒体是细胞内提供能量的细胞器，人类mtDNA是长16 569 bp的环状双链分子，分轻链和重链，含37个基因，主要编码呼吸链及与能量代谢有关的蛋白。mtDNA缺失或点突变使编码线粒体氧化代谢过程必需的酶或载体发生障碍，糖原和脂肪酸等不能进入线粒体充分利用和产生足够的ATP，导致能量代谢障碍和产生复杂的临床症状。

2 临床表现及常见的亚型

由于线粒体广泛存在于人体的组织细胞中(成熟红细胞除外)，其主要功能是为细胞提供能量。因此，当线粒体功能障碍时，可导致多器官系统出现复杂多样的临床表现。①中枢神经系统表现：如精神发育迟滞，痫性发作，认知障碍，共济失调，偏头痛，脊髓病，急性卒中样表现如失语、偏盲等，以及运动异常如肌阵挛、肌张力障碍等。②肌病：表现为运动不能耐受，肌无力和骨骼肌溶解等。③眼外肌麻痹：出现眼球活动受限或眼睑下垂等。④眼部表现：可见色素性视网膜病、视神经病及白内障等。⑤听力丧失。⑥周围神经病：如感觉神经病和交感神经病等。⑦其他系统性损害：诸如身材矮小、糖尿病、心肌病、胃肠道症状、肝衰竭等。

线粒体病的亚型：并非所有的线粒体病患者都表现为多系统受累，有的患者可以仅表现为单个组织或器官的病变，下面是最典型的综合征。

2.1 线粒体肌病主要侵犯骨骼肌，因通常不累及其他系统，也称为单纯的线粒体肌病或孤立的线粒体肌病。本病多在青年期起病，主要表现近端肌无力，常以双上肢为著；超过半数的患者以骨骼肌不能耐受疲劳为主要特征，往往在轻度活动后即成到极度疲乏，休息后好转，症状颇似重症肌无力；也有的患者在成人发病，但若仔细追问病史，通常可发现青少年期可能有乏力、耐力差、劳力性呼吸困难及心动过速等，这些症状较轻微且进展缓慢，患者能相对正常生活数十年。有些患者肌无力呈面-肩-肱或肢带型分布，易误诊为肌营养不良，常伴肌肉酸痛和压痛，偶在剧烈运动后出现肌红蛋白尿，肌肉活检可发现RRF。婴儿孤立的线粒体肌病有两种类型，严重致死型及良性可逆型，均在生后很快发病，表现严重的全身肌无力、呼吸困难、喂养困难及乳酸酸中毒。可逆型患儿在5个月后随血乳酸水平逐渐下降，病情随之改善；严重致死型患儿肌无力持续进展，病情进行性恶化，导致患儿早期夭折。

2.2 慢性进行性眼外肌麻痹(CPEO)和Kearns-Sayre综合征(KSS)

2.2.1 C P E O 多于儿童或青少年期发病，呈散发性，表现为眼睑下垂及眼外肌麻痹，通常不伴复视、斜视，或只有短暂的复视，眼外肌麻痹进行性发展，最终可导致眼球固定；患者从起病到就诊间隔的时间可能很长，大多数CPEO患者症状始终局限于眼外肌，少数患者发病数年后可出现四肢力弱；血乳酸水平一般正常，脑MRI常无特殊发现。本病需注意与重症肌无力和眼咽型肌营养不良等鉴别。

2.2.2 KSS 由Kearns和Sayre在1958年首次报道。KSS为多系统病变，包括20岁前起病、进行性眼外肌瘫痪(PEO)及视网膜色素变性等三联症，且具有以下三项中至少一项：小脑性共济失调，心脏传导阻滞，CSF蛋白含量＞1 000 mg/L；此外，智能障碍、神经性耳聋、身材矮小、癫痫、锥体束征、锥体外系症状，以及内分泌异常如甲状旁腺功能减退、性腺功能减退、性成熟延迟等也常见于KSS患者；脑脊液和血乳酸水平常增高，脑MRI可见双侧半球皮质下白质、苍白球、丘脑及小脑齿状核对称性T2WI高信号病变。

2.3 线粒体脑肌病、乳酸酸中毒及卒中样发作(MELAS)Pavlakis于1984首次将一组身材矮小、癫痫及反复偏瘫或偏盲患者命名为MELAS综合征。研究发现，MELAS综合征是最常见的线粒体病之一，MELAS多为母系遗传，散发病例也不少见。在同一家系中有的成员表现为MELAS，有的成员仅出现耳聋或糖尿病，还有的成员为无症状的基因突变携带者。MELAS多在儿童期起病，以头痛、呕吐为突出特点。患者婴儿期通常无症状，之后出现生长缓慢、局灶或全身性癫痫以及反复发生类似脑梗死的卒中样发作；卒中样发作表现为视野缺损、失语、精神症状、轻偏瘫及偏身感觉障碍等；脑卒中样发作导致的功能缺失一般可逐渐恢复，但随病程延长及发作次数增多，常导致认知功能减退。部分患者在卒中样发作前有感染或发热诱因，常被误诊为病毒性脑炎，部分患者合并神经性耳聋、糖尿病、眼外肌麻痹、乏力或运动不耐受等，血乳酸含量常明显增高，脑脊液蛋白正常。脑影像学检查对MELAS诊断有重要价值。脑CT常见双侧基底节区对称性钙化。脑MRI在MELAS的卒中样发作期可见脑内病灶多位于顶、枕、频叶等脑后部区，主要局限于大脑皮质，但不符合脑血管供血分布区是MELAS特征性影像学改变。此外，随着病程的演变，卒中样发作的病灶常表现为进展性、可逆性和游走性。

2.4 肌阵挛性癫痫发作伴肌肉破碎红纤维(MERRF)主要表现肌阵挛、癫痫发作、共济失调和肌无力。儿童期或青少年出现的肌阵挛是其典型特征，惊吓等刺激因素易诱发肌阵挛；癫痫发作包括跌倒发作、局灶性摘痫、强直阵挛等，常表现光反射性癫痫。一些患者共济失调进行性恶化，可成为主要症状；肌病通常表现隐匿出现或轻度乏力。MERRF综合征的其他表现包括耳聋、智力减退、视神经萎缩、眼肌麻痹、颈部脂肪瘤、身材矮小或周围神经病。

3 诊断

线粒体病的诊断依据患者的临床表现、生化测，电生理检查、影像学检查、肌肉病理活检及公遗传学检查等综合确定。

3.1 症状评估线粒体病的临床表现呈明显的异质性和多样性，给临床诊断造成困难。尽管如此，临床表现仍然是诊断的基石，可为诊断提供重要的线索。线粒体病的神经系统体征包括：①典型的MERRF综合征合并共济失调、癫痫发作和肌阵挛；②MELAS综合征的偏头痛样发作、反复的癫痫及卒中样发作；③KSS的渐进性眼外肌麻痹、视网脑色素变性、心脏传导阻滞或耳聋；④Leber遗传性视神经病的视神经萎缩；⑤缓慢渐进或波动的线粒休肌病等；这些线粒体病亚型可合并痴呆、乳酸酸中毒、身材矮小、糖尿病、眼睑下垂及多发对称的脂肪瘤等，周围神经受累也较常见，但通常是无症状的。

其他器官或系统的功能障碍也不少见，包括铁粒幼细胞贫血、肾小管缺陷、肝病、心肌病、反复呕吐伴假性肠梗阻，以及内分泌疾病，主要是糖尿病，也包括甲状腺功能减退或生长激素缺乏，糖尿病是早期起病的MELAS和MERRF的重要标志。此外，对一些无明显病因的孤立的临床表现，如痴呆、肌无力、癫痫、神经性耳聋、偏头痛伴卒中、身材矮小、肌阵挛性癫痫及心肌病也应想到线粒体病的可能。

当疑诊线粒体病时家族史调查非常重要，应询问家族中有无儿童罹患不寻常疾病的情况，包括部生儿死亡、原因不明的癫痫以及上述渐进性神经系统障碍。如家族中发现不明原因的耳聋或家族性排尿病患者也应怀疑线粒体疾病的可能。当这些特征表明为母系遗传时，更应怀疑线粒体病的诊断；部分线粒体病是因核基因缺陷所致，也可为孟德尔遗传模式。

3.2 生化检测包括

3.2.1 肌酶谱 约30%的线粒体病患者 CK、LDH、SGOT增高；尤其当临床无明显肌无力而化验发现肌酶升高时，提示肌肉存在亚临床受累的可能。

3.2.2 血清及脑脊液乳酸测定 ①在安静状态下，血清乳酸正常值为0.56～2.2 mmol/L，血清乳酸/丙酮酸比值正常＜20；血和脑脊液中乳酸浓度、乳酸/丙酮酸比值升高均提示呼吸链功能异常；某些线粒体病患者首发症状是运动、感染、发热等诱发酮症昏迷。②血乳酸/丙酮酸最小运动量试验：运动前抽取患者静脉血2.5 mL，在自行车功量计上运动，功率限制在15 W，时间15 min，运动后即刻和5 min分别采血2.5 mL，分析运动前后乳酸、丙酮验含量，运动前乳酸、内酮酸水平高于正常值，或运动后5 min尚不能恢复到正常水平均为异常；乳酸/丙酮酸比值在运动前＜7或＞17，运动后＜7或＜22均有诊断意义；幼儿或瘫痪患者也可采用葡萄糖刺激试验：试验前采血检测乳酸，口服葡萄糖2 g/kg后90 min乳酸升高2倍以上为异常；但这种有氧能力测试有局限性，静息和运动诱发后乳酸与丙酮酸浓度正常，并不能除外线粒体病。

3.2.3 酶学检测 从新鲜肌肉标本或培养的成纤维细胞分离线粒体，测定氧化磷酸化过程中各种酶复合体活性也是协助本病诊断的重要依据。明确何种酶复合体缺陷还可为进一步筛查致病基因提供线索。不同的酶复合体缺陷与临床症状无相关性，相同的酶复合体缺陷可有完全不同的临床表现，推测存在某些潜在因素决定临床表型。

3.3 电生理检查①肌电图检查可以发现肌肉有无肌源性损害或神经源性损害；神经传导速度检查有助于发现亚临床的周围神经病变。②诱发电位检查对各种脑病综合征的病变部位有辅助诊断价值，听力图检查可证明神经性耳聋。③脑电图对线粒体脑病伴癫痫样发作有意义，以皮质损害为主的MELAS、MERRF病不仅有弥散性全脑异常的脑电图，也可有局灶性改变，可见癫痫脑电图特有的棘慢波综合征、尖慢波综合征等。

3.4 影像学检查CT、MRI的某些特征性发现对线粒体病的临床诊断有辅助作用，如MELAS、Leigh和KSS可见相应的特征性影像学改变。磁共振波谱(MRS)分析如检测到病灶区或脑脊液乳酸峰增高， 对本病诊断也有重要提示价值。

3.5 肌肉病理活体检查是诊断本组疾病的必要手段，常取材肱二头肌、三角肌或股四头肌。

光镜检查：常规伊红-苏木素(HE)染色显示病变轻微是本病的特点，可见少数染色暗或嗜碱性肌纤维和少数轻度萎缩或核内移肌纤维。

电镜检查：较组织化学染色敏感，用超薄切片及铅铀染色，可见肌膜下和肌原纤维间大量异常线粒体堆积，形态大小不一，线粒体嵴变平或延长，旋绕成同心圆状，线粒体内出现嗜锇小体及类结晶包涵体。该包涵体可分为两型，Ⅰ型呈短棒状结晶样包涵体，排列颇似停车场；Ⅱ型呈长条形结晶样包涵体，排列整齐。发现大量脂滴或糖原颗粒堆积对诊断有重要价值，用胶体金标记抗体的免疫技术可检出酶复合体的缺陷部位。

3.6 分子遗传学检查如mtDNA及核基因突变检测，发现基因突变是诊断本组疾病的可靠依据，并可提供疾病分类的证据。

mtDNA突变检测检测：如前所述，mtDNA突变包括大片段缺失和点突变，两者检测方法不同。当常见突变位点为阴性而临床上高度疑诊线粒体病时可行mtDNA全长测序。对测序发现的新的核苷酸变异判断其是否为致病突变，可参考以下6条标准：①在种系发生中具有高度保守性，或此位点在mtDNA结构上具有明显的重要性；②突变以杂质性状态存在，是致病性mtDNA突变的普遍特点；③在大量正常人群中未发现相同突变；④在来自不同家系、具有类似临床表现的患者中均发现此相同突变；⑤突变型mtDNA的比例与临床及生化表型的严重程度呈正相关；⑥使用p0细胞系(无mtDNA的细胞)的细胞融合实验证实，该突变足以引起呼吸链功能缺损。

核基因突变检测：当mtDNA检测发现存在多发性片段缺失或mtDNA拷贝数量下降时，应进一步查ANTI、POLGI、C1Oorf2、TP等核基因有无突变。呼吸链酶复合体活性下降时，可以进行相应的复合体亚单位编码基因的突变筛查。

总之，线粒体病诊断是由临床综合征、家族史、确凿的线粒体病证据或遗传表现构成，但上述辅助检查中某一项阴性，包括肌肉活检，都不能完全排除线粒体病。

4 治疗

尽管线粒体病的分子病理机制研究已经取得了长足的进展，但迄今为止，对本病仍无确切的有效疗法。目前对线粒体病的治疗主要包括对症治疗、药物治疗和基因治疗等三方面。

4.1 对症治疗是非常必要的和经常有效的措施。线粒体病是多系统受累的疾病，对不同器官系统的症状可给予相应的对症处理。

中枢神经系统：癫痫是线粒体病的常见症状，目前使用的大部分抗癫痫药可用来控制线粒体病的癫痫，但应慎重使用丙戊酸类，因丙戊酸可抑制肉碱的摄取。

骨骼肌：针对骨骼肌运动不耐受，有氧训练可提高线粒体病患者肌肉运动能力、增加肌肉对氧摄取及利用；对原发性辅酶Q10缺乏导致的线粒体肌病，应予补充辅酶Q10。

眼：眼脸下垂明显的患者可行整形手术改善症状，常用方法是额肌悬吊术。

心脏：KSS患者严重的心脏传导阻滞应及时安装起搏器，心肌病变严重时可考虑心脏移植术。

耳：听力丧失患者佩戴助听器或施行人工耳蜗植入术。控制血糖、肠内或肠外营养支持、处理酸中毒、防治肾衰等对患者均可能是挽救生命的治疗。

4.2 药物治疗由于线粒体病是基因突变引起线粒体氧化磷酸化障碍，降低氧摄取、呼吸链电子流和导致线粒体不能产生足够的ATP，同时伴无氧代谢增加，氧自由基产生增加。针对上述代谢紊乱的不同环节，可从以下几方面改善能量代谢。

补充代谢辅酶或增加旁路电子传递，改善线粒体氧化磷酸化功能：包括辅酶Q10、艾地苯醌、琥珀酸盐、维生素K、肌酸、肉碱、烟酰胺、硫胺素(维生素B1)、核黄素(维生素B2)等。

减少体内毒性代谢产物：二氯乙酸曾用来试验性治疗MELAS的乳酸酸中毒，尽管降低乳酸效果确切，但因其周围神经毒性而终止临床试验。

清除氧自由基：包括辅酶Q10、艾地苯醌维生素C、维生素E及硫辛酸等。

MELAS卒中样发作的治疗和预防：除了应用上述药物改善能量代谢，还可使用精氨酸、依达拉奉和糖皮质激素。糖皮质激素可减轻卒中样发作急性期脑水肿，但长期使用存在争议。

4.3 基因治疗核基因突变所致的线粒体病，基因治疗与其他孟德尔遗传病的基因治疗方法相同，即选择适当的病毒或非病毒载体，将目的基因导入受累组织中表达。

mtDNA突变导致的线粒体病，目前基因治疗有三种途径。①降低mDNA突变率：通过各种方法使线粒体内突变mtDNA降解或停止复制，并促使野生型mtDNA拷贝数上调。②异位表达野生型mtDNA：将野生型mtDNA的功能基因导入细胞核内，核内表达的产物进入线粒体替代缺陷的功能。③直接纠正mtNDA突变：将野生型DNA转染入线粒体内，弥补或纠正突变型mtDNA的缺陷。这些方法除了运动诱导的基因型漂移在临床有实践意义，其他方法尚处于试验阶段。

4.4 饮食措施生酮饮食(高脂肪、低碳水化合物)用以治疗丙酮酸脱氢酶复合物缺陷患者。但考虑到脂肪代谢障碍在线粒体病中并不少见，长期高脂饮食是心脑血管病的危险因素，生酮饮食在线粒体病治疗中应慎用。

4.5 避免诱发因素对线粒体病患者，感染、过度劳累或精神刺激均可导致机体能量消耗增加而发病。

5 预后

线粒体病的预后与发病年龄、症状多寡、严重程度、基因突变类型及突变比例等多种因素有关。发病年龄愈早，临床症状愈多，预后愈差；如以眼症状为主对生命威胁不大，心脏传导阻滞常可导致猝死，脑损伤症状较多可引起致残、昏迷甚至死亡。