線粒體腦病的研究進(jìn)展

黃 紅 綜述，鄧義娟，史 源，馬 娟△ 審校

(1.重慶北部寬仁醫(yī)院兒科 401121；2.重慶醫(yī)科大學(xué)附屬兒童醫(yī)院新生兒診療中心/兒童發(fā)育疾病研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/國(guó)家兒童健康與疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心/兒童發(fā)育重大疾病國(guó)家國(guó)際科技合作基地/兒科學(xué)重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 400014)

線粒體腦病(mitochondrial encephalopathy，ME)是一組以線粒體功能障礙為特征的遺傳代謝性疾病，在兒童疾病中識(shí)別難度大，誤診率高，治療難度大。本文主要闡述ME的最新研究進(jìn)展，尤其是將磁共振波譜分析(magnetic resonance spectroscopy，MRS)、彌散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging,DWI)等技術(shù)運(yùn)用于ME的診斷，旨在提高兒科醫(yī)生對(duì)ME的認(rèn)識(shí)，減少漏診、誤診。

1 病理基礎(chǔ)

線粒體是人體細(xì)胞內(nèi)一個(gè)重要的細(xì)胞器，具有參與合成體內(nèi)糖、脂、蛋白代謝及體內(nèi)多種酶的功能，同時(shí)也參與維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定、調(diào)控細(xì)胞凋亡和提供氧自由基等重要的生命活動(dòng)[1]。機(jī)體內(nèi)每一個(gè)細(xì)胞均具有線粒體，它是除細(xì)胞核以外唯一具有遺傳物質(zhì)的半自主性細(xì)胞器，因此，其生物合成和功能受線粒體基因組(mitochondrial DNA，mtDNA)和核基因組(nuclear DNA，nDNA)共同調(diào)控。

nDNA參與mtDNA的復(fù)制、表達(dá)和損傷修復(fù)的同時(shí)，還可以參與調(diào)控呼吸鏈功能、線粒體相關(guān)細(xì)胞功能等。因此，影響mtDNA或nDNA的結(jié)構(gòu)或功能都可以影響線粒體功能，從而引起臨床表現(xiàn)。目前，已知的線粒體疾病中70%～85%的病因均為nDNA突變，基因突變主要破壞了線粒體呼吸鏈復(fù)合物的活性，其次是明顯的線粒體功能障礙和氧自由基的產(chǎn)生[2]。

2 遺傳學(xué)基礎(chǔ)

線粒體疾病有3種遺傳方式，即：母系遺傳、常染色體隱性遺傳和X連鎖遺傳[3]。nDNA突變引起的線粒體疾病病情較mtDNA突變致病病情重，且發(fā)病較早，其遵循孟德?tīng)栠z傳定律的遺傳方式，表現(xiàn)為常染色體或性染色體遺傳。相比之下，mtDNA突變導(dǎo)致的線粒體疾病病情較輕，出現(xiàn)較遲，甚至成年期發(fā)病，并且會(huì)出現(xiàn)隨著年齡增長(zhǎng)，病情進(jìn)行性加重的表現(xiàn)。由于每個(gè)細(xì)胞中mtDNA拷貝數(shù)目有數(shù)千個(gè)，mtDNA突變所致疾病有以下特性。(1)呈進(jìn)行性加重：突變的mtDNA數(shù)目會(huì)隨時(shí)間累積及機(jī)體增長(zhǎng)，在細(xì)胞中逐日累積，故可能出生時(shí)不發(fā)病，出生后一定時(shí)間基礎(chǔ)上逐漸出現(xiàn)臨床表現(xiàn)，且癥狀可呈進(jìn)行性加重趨勢(shì)。(2)異質(zhì)性：當(dāng)細(xì)胞中mtDNA發(fā)生突變時(shí)，在一個(gè)組織或細(xì)胞中存在野生型與突變型mtDNA，稱(chēng)為異質(zhì)性。(3)閾值效應(yīng)：隨著突變的mtDNA數(shù)目逐日累積，當(dāng)突變的mtDNA達(dá)到一定值時(shí)，就會(huì)引起不同的臨床表現(xiàn)，程度也不一；且每個(gè)組織、器官的閾值也不盡相同，中樞神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)氧需求大、閾值最低，故最易被波及，其次是骨骼肌、心臟、胰腺、腎臟及肝臟等臟器。(4)漂變性：通過(guò)細(xì)胞分裂逐代遺傳，每個(gè)細(xì)胞擁有的mtDNA不均，而且不同組織對(duì)同一mtDNA也可以產(chǎn)生不同的排斥現(xiàn)象，然后出現(xiàn)遺傳漂變表現(xiàn)，漂變的速度取決于組織、臟器對(duì)突變mtDNA的排斥程度和突變mtDNA分布的組織及細(xì)胞。(5)母系遺傳：絕大部分的mtDNA來(lái)自母體的卵細(xì)胞，而精子只提供極少線粒體，因此來(lái)源于精子的mtDNA突變對(duì)機(jī)體表現(xiàn)影響力甚小[4]。

目前有越來(lái)越多的mtDNA突變已被發(fā)現(xiàn)，其所致疾病幾乎涉及人體的所有組織、器官，且隨著對(duì)線粒體認(rèn)識(shí)的深入，越來(lái)越多既往病因不明的臨床表現(xiàn)、綜合征等也都被相繼證實(shí)與mtDNA突變關(guān)聯(lián)[5]。由于腦組織對(duì)有氧氧化的依賴(lài)程度高于其他組織[6]，同一異常突變的mtDNA或nDNA引起的線粒體功能障礙易波及腦組織，致中樞性傷害的概率較高。線粒體遺傳病中，ME是常見(jiàn)的類(lèi)型之一，可獨(dú)立存在，也可同時(shí)合并其他組織、臟器功能受損，從而與其他線粒體病并存。其病理生理符合非缺血性神經(jīng)血管細(xì)胞損傷的發(fā)病機(jī)制[7-8]。在2015年中華醫(yī)學(xué)會(huì)神經(jīng)病學(xué)分會(huì)發(fā)表的《中國(guó)神經(jīng)系統(tǒng)線粒體病的診治指南》中，把ME分為3個(gè)類(lèi)型:(1)彌漫性進(jìn)行性腦灰質(zhì)變性綜合征；(2)亞急性壞死性脊髓?。?3)脊髓小腦共濟(jì)失調(diào)伴癲癇發(fā)作綜合征[9]。

3 臨床表現(xiàn)

ME的臨床表型取決于基因型，但相同的臨床表型可能來(lái)自不同的基因型，具有異質(zhì)性特點(diǎn)[10]，同樣的基因型由于其閾值效應(yīng)，也可表達(dá)出不一樣的臨床表現(xiàn)。因此，ME的臨床表現(xiàn)呈現(xiàn)復(fù)雜多樣性，各臟器均可受累，缺乏特異性，誤診率高，目前報(bào)道的病例中多表現(xiàn)出頭痛、嘔吐、步態(tài)不穩(wěn)、肢體乏力、智力障礙(倒退、發(fā)育遲緩)、癲癇、肌力異常、視覺(jué)及聽(tīng)覺(jué)異常[1]，癥狀進(jìn)行性加重[11]，甚至部分患者出現(xiàn)線粒體心肌病表現(xiàn)[12]。而上述表現(xiàn)在臨床上難以與病毒性腦炎、免疫性腦炎、各臟器炎癥等疾病鑒別，常常被誤診，故對(duì)ME的認(rèn)識(shí)和診斷方法顯得尤為重要，尤其是在病程的早期。

4 檢 查

4.1 頭顱磁共振成像(MRI)及MRS

ME常見(jiàn)的頭顱MRI表現(xiàn)不一，不同類(lèi)型ME具有不同的影像學(xué)特征，總結(jié)其特點(diǎn)包括：(1)部位為頂葉、枕葉、顳葉的皮質(zhì)及皮質(zhì)下、基底節(jié)區(qū)，多不對(duì)稱(chēng)。(2)病灶可呈單發(fā)或多發(fā)，有新舊病灶共同存在的可能。(3)舊病灶以腦組織萎縮為主要表現(xiàn)，出現(xiàn)軟化灶少見(jiàn)，并伴有基底節(jié)異常信號(hào)及鈣化；新病灶以腦組織水腫為表現(xiàn)，由于ME的病理生理基礎(chǔ)，具有腦皮層組織相對(duì)代謝快、缺氧耐受差等特點(diǎn)，首先表現(xiàn)為細(xì)胞毒性水腫，早期表現(xiàn)為DWI高信號(hào)、表觀彌散系數(shù)(ADC)低信號(hào)，病情進(jìn)展隨后出現(xiàn)血管源性水腫，即DWI呈稍高信號(hào)，ADC為云絮狀高信號(hào)改變，而上述信號(hào)特征可持續(xù)存在[13]。(4)病變所累積的范圍與腦動(dòng)脈供血區(qū)無(wú)明顯關(guān)系。(5)增強(qiáng)掃描病灶無(wú)強(qiáng)化[11]。

隨著醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的發(fā)展，將MRS、DWI等技術(shù)應(yīng)用于臨床高度疑診的患者，可以更加快速地輔證ME。MRS作為一種無(wú)創(chuàng)檢查，得到越來(lái)越多的學(xué)者認(rèn)可，其可檢測(cè)腦組織細(xì)胞的多種代謝產(chǎn)物[14]，由于大部分ME患者腦組織因異常代謝會(huì)引起乳酸增高，腦組織MRS出現(xiàn)特異性升高的第1個(gè)乳酸峰(Lacte peak)[15]是ME特異性較高的征象。由于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中異常氧化代謝所產(chǎn)生的乳酸主要通過(guò)腦脊液清除，繼發(fā)于腦細(xì)胞損傷后所引起反應(yīng)性腦實(shí)質(zhì)乳酸水平升高，由損傷的腦細(xì)胞代謝至細(xì)胞間隙，進(jìn)而由乳酸的清除途徑聚集于腦脊液中，這部分升高的乳酸再經(jīng)蛛網(wǎng)膜顆粒回流入血，最終轉(zhuǎn)運(yùn)至肝臟氧化為丙酮酸。INAO等[16]已證實(shí)，乳酸經(jīng)蛛網(wǎng)膜顆?；亓魅胙乃俣让黠@慢于其由損傷的腦細(xì)胞清除至腦脊液中的速度，因此乳酸將大量堆積于腦脊液中，其乳酸濃度甚至高于腦內(nèi)病變區(qū)，腦脊液MRS會(huì)出現(xiàn)第2個(gè)乳酸峰。另外，由于腦脊液區(qū)一般無(wú)N-乙酰天門(mén)冬氨酸(NAA)、膽堿(Cho)等腦內(nèi)代謝物的干擾[17]，理論上測(cè)定腦脊液區(qū)乳酸峰的靈敏度將高于腦實(shí)質(zhì)病變區(qū)。周志凌等[18]學(xué)者研究顯示：對(duì)于ME分析，聯(lián)合腦脊液區(qū)及病灶區(qū)MRS串聯(lián)試驗(yàn)的靈敏度低，特異度高，但串聯(lián)試驗(yàn)、并聯(lián)試驗(yàn)的正確指數(shù)和符合率均低于單獨(dú)腦脊液區(qū)MRS；因此，腦脊液區(qū)MRS出現(xiàn)乳酸峰的診斷價(jià)值要優(yōu)于腦內(nèi)病變區(qū)的乳酸峰，而單獨(dú)的腦脊液區(qū)MRS更有助于ME的診斷。乳酸峰水平高低與臨床表現(xiàn)輕重程度相關(guān)，即乳酸峰越高，提示腦代謝異常明顯，臨床表現(xiàn)也越重。此外，MRS亦能發(fā)現(xiàn)NAA峰，其降低提示神經(jīng)元受損。然而，腦代謝異常疾病有很多，所以異常的乳酸峰并非ME所特有，也并非所有的ME都會(huì)出現(xiàn)乳酸峰。因此，對(duì)于ME的診斷，除MRS檢查外，仍需要結(jié)合臨床表現(xiàn)及其他輔助檢查。

4.2 遺傳分子學(xué)檢查

隨著基因診斷技術(shù)的發(fā)展及對(duì)疾病的認(rèn)知，遺傳分子病因逐漸被認(rèn)識(shí)，且不斷有新的突變基因被找到。近期有學(xué)者研究101例確診患兒明確了23種新型ME相關(guān)nDNA和4種新型mtDNA突變[19]，且臨床表現(xiàn)不一?；蚣夹g(shù)的發(fā)展給臨床醫(yī)生及患者帶來(lái)了福音，有更多新的致病基因逐漸被報(bào)道，部分漏診及疑難病例可以通過(guò)基因檢查找到病因及治療方向[20-21]。

ME的診斷難度大，誤診率高，可以借鑒線粒體疾病的診斷評(píng)分系統(tǒng)[22]，>6分可疑診為線粒體疾病，>8分可確診為線粒體疾病，并進(jìn)一步完善基因檢查。

5 診 斷

對(duì)ME的診斷需結(jié)合臨床表現(xiàn)、家族史、代謝分析及酶活性水平，并運(yùn)用電生理學(xué)、MRI、MRS和基因分析，如合并其他臟器功能障礙需完善相關(guān)病理檢查綜合分析診斷。部分患兒提示伴有乳酸脫氫酶、肌酸磷酸激酶增高、血乳酸增高；如累積骨骼肌系統(tǒng)或可出現(xiàn)肌電圖異常；伴有癲癇發(fā)作患者腦電圖陽(yáng)性率較高；組織病理學(xué)結(jié)果大部分可發(fā)現(xiàn)異常，主要表現(xiàn)為線粒體顯著增多及結(jié)構(gòu)異常，甚至發(fā)現(xiàn)破碎紅纖維[13]。

6 治 療

目前線粒體疾病還沒(méi)有治愈的方法，由于ME多為遺傳代謝類(lèi)疾病，目前治療仍以對(duì)癥為主，肌酸、葉酸、輔酶Q10、肉堿、部分鎮(zhèn)靜/鎮(zhèn)痛類(lèi)等藥物均是安全的，未見(jiàn)明顯不良反應(yīng)報(bào)道。近年來(lái)有研究者表明，間苯二酚甲酸(β-Resorcylic acid,β-RA)也可治療ME[23]。但值得注意的是幾種特殊情況：(1)伴有癲癇發(fā)作的患者，有研究表明，大部分的抗癲癇藥對(duì)癲癇發(fā)作有效，而且托吡酯的應(yīng)用對(duì)于早期發(fā)作癲癇患者控制率高；而廣泛抗癲癇藥物丙戊酸鈉對(duì)POLG基因突變患者所致的癲癇有致肝衰竭及癲癇加重的可能，故因POLG基因突變的線粒體疾病被列為丙戊酸鈉的禁忌證[24]。(2)抗病毒藥物大部分可導(dǎo)致神經(jīng)病變，故臨床上對(duì)高度疑似病例使用抗病毒藥物應(yīng)謹(jǐn)慎。(3)神經(jīng)肌肉阻斷劑對(duì)伴隨肌肉系統(tǒng)病變者不推薦；m.1555A=G和m.1494C=T這兩種突變也是氨基糖苷類(lèi)的使用禁忌[25]。(4)由于腎損傷是許多ME患者的常見(jiàn)臨床表現(xiàn)，且常常伴隨代謝異常引起的乳酸增高，因此經(jīng)由腎臟清除的藥物需慎重考慮，調(diào)整藥物劑量。由于有代謝酸中毒(乳酸中毒為主)，醫(yī)生使用具有酸中毒副作用的藥物時(shí)應(yīng)小心謹(jǐn)慎，需常規(guī)行臨床檢查并定期監(jiān)測(cè)血液酸堿平衡情況[26]。

除此之外，生酮飲食是一種高脂肪、低碳水化合物、適量蛋白質(zhì)的飲食，可以刺激線粒體β氧化利用脂肪酸，由于酮的供應(yīng)量增加，大腦和其他組織應(yīng)擁有較葡萄糖更為有效的另一種能量來(lái)源[27]，以有效降低ME癲癇發(fā)作頻率，但目前沒(méi)有證據(jù)表明可最終逆轉(zhuǎn)ME患者的病情進(jìn)展。根治治療仍考慮基因治療，有學(xué)者研究出慢病毒載體，可靶向治療核線粒體基因突變的ME[28]。也有學(xué)者在研究應(yīng)用藥物控制改善線粒體呼吸功能，從而改善疾病[29]。還有學(xué)者從疾病的源頭治療出發(fā)，研究靶向治療突變的DNA，刪除或替換致病DNA或許是一種有效的治療方法，但仍需更多的研究及支持[4]。為延長(zhǎng)患者的生命及提高生活質(zhì)量，應(yīng)加強(qiáng)患者的管理，包括預(yù)防和治療可能影響相關(guān)器官的早期并發(fā)癥，如創(chuàng)傷、手術(shù)或使用對(duì)線粒體有毒的藥物等[30]，避免反復(fù)發(fā)病。

綜上所述，ME是由各種原因?qū)е碌木€粒體結(jié)構(gòu)和功能異常，導(dǎo)致線粒體功能障礙，從而引起腦組織功能障礙。其臨床表現(xiàn)相對(duì)無(wú)特異性，診斷難度非常大。較常規(guī)顱腦MRI而言，MRS作為一種檢測(cè)腦組織代謝性功能異常的檢查手段，對(duì)ME的診斷和鑒別診斷價(jià)值更大，尤其在急性期，MRS能檢測(cè)到常規(guī)MRI顯示正常的腦組織、病灶區(qū)域及腦脊液中異常的乳酸峰，甚至雙乳酸峰現(xiàn)象。遺傳分子學(xué)的應(yīng)用仍為必不可少的檢查，早期應(yīng)用MRS聯(lián)合遺傳分子學(xué)檢查可能對(duì)患者的診斷、病因分析、用藥及疾病進(jìn)程評(píng)估有非常重要的作用[31]。對(duì)于臨床高度疑診的ME，也建議有檢查資質(zhì)的醫(yī)院積極完善MRS。