Diagnosis penyakit mitokondria

Penilaian sifat pewarisan dan manifestasi tanda klinikal penyakit mitokondria

Oleh kerana penyakit miotokondria dalam beberapa kes boleh disebabkan oleh kerosakan pada genom nuklear, penghantaran penyakit itu akan sepadan dengan undang-undang warisan Mendelian. Dalam kes-kes di mana perkembangan penyakit itu disebabkan oleh mutasi dalam DNA mitokondria, warisan akan sesuai dengan jenis mitokondria, iaitu, ia akan dihantar melalui garis ibu. Akhirnya, apabila patologi berkembang dengan kerosakan serentak pada gen genom nuklear dan mitokondria, warisan akan menjadi kompleks dan ditentukan oleh pelbagai faktor. Dalam hal ini, dalam analisis genealogi dengan ciri formal (sifat pewarisan mengikut silsilah), adalah mungkin untuk menyatakan jenis warisan yang paling berbeza: dominan autosomal, resesif autosomal, berkaitan X, mitokondria.

Perkembangan penyakit miotokondria seperti gangguan metabolisme asid piruvat atau beta-pengoksidaan asid lemak, kitaran Krebs, dikaitkan dengan mutasi gen genom nuklear. Patologi ini dicirikan oleh warisan resesif autosomal, apabila ibu bapa adalah pembawa mutasi (heterozigot), dan kanak-kanak itu adalah pembawa kedua-dua mutasi yang diwarisi yang diterima daripada bapa dan ibu (homozigot). Ibu bapa biasanya sihat luaran, dan penyakit yang sama atau tanda-tanda mikronya harus dicari pada adik-beradik anak yang sakit (adik-beradik proband) dan saudara-mara di sebelah ibu dan bapa (sepupu).

Dalam kes jenis warisan berkait-X yang resesif (cth neonatal glutaric aciduria jenis II atau kekurangan subunit E1 kompleks piruvik, penyakit Menkes, dsb.), kanak-kanak lelaki lebih kerap terjejas, dan ibu adalah pembawa mutasi dan mewariskannya kepada anak lelaki mereka. Warisan ibu berbeza daripada warisan berkaitan X kerana kedua-dua jantina terjejas. Dalam kes ini, apabila menganalisis silsilah, adalah perlu untuk menganalisis kejadian penyakit pada lelaki, kerana ia tidak akan nyata pada wanita. Silsilah tidak menunjukkan penularan penyakit di sepanjang garis bapa-anak, kerana bapa hanya boleh mewariskan kromosom Y kepada anaknya.

Apabila penyakit berkembang akibat kerosakan pada genom mitokondria (contohnya, beberapa penyakit rantai pernafasan, neuropati optik Leber, MELAS, MERF, sindrom NARP, dll.), pewarisan ibu dikesan, kerana anak itu mewarisi mitokondria daripada ibu, dan dia boleh mewariskannya kepada lelaki dan perempuan. Oleh itu, kedua-dua jantina dipengaruhi sama. Dalam hal ini, penularan penyakit di sepanjang garis ibu harus dikesan dalam silsilah.

Apabila menganalisis salasilah keluarga dan mencari gejala penyakit mitokondria dalam saudara-mara, harus diingat bahawa keterukan penyakit (ekspresif tanda) boleh berbeza-beza secara meluas, yang mungkin disebabkan oleh bilangan mitokondria yang rosak yang berbeza, sifat kerosakan mereka, taburan mutasi yang berbeza dalam sel, dan lain-lain. Oleh itu, tidak selalu mungkin untuk mengesan tanda-tanda penyakit yang jelas. Dalam sesetengah kes, sama ada individu, gejala atau tanda yang dipadamkan dikesan yang boleh dikesan semasa carian disasarkan.

Perkembangan patologi mitokondria mungkin dikaitkan dengan kerosakan pada kawasan besar mitokondria, apa yang dipanggil mikrodelesi (contohnya, sindrom Kearns-Sayre, sindrom Pearson, beberapa bentuk diabetes mellitus dengan pekak, oftalmoplegia luaran progresif, dll.). Dalam kes ini, gejala ciri sering tidak dijumpai dalam saudara-mara, kerana perkembangan penyakit dikaitkan dengan kemunculan mutasi baru yang berlaku dalam zigot sejurus selepas persenyawaan telur ( mutasi de novo ). Penyakit ini bersifat sporadis. Selalunya, bersama-sama dengan penyakit ini, beberapa keadaan yang berkaitan dengan pelbagai mutasi DNA mitokondria diwarisi dengan cara dominan autosomal: contohnya, beberapa bentuk ensefalomiopati, miopati dengan kerosakan mata, walaupun terdapat mutasi mtDNA (pelbagai penghapusan), mempunyai jenis pewarisan dominan autosomal.

Walau bagaimanapun, tidak seperti warisan Mendelian, jenis warisan dominan autosomal dalam patologi mitokondria dicirikan oleh sejumlah besar individu yang terjejas dalam generasi berikutnya.

Akhir sekali, beberapa penyakit mitokondria, sering dikaitkan dengan kekurangan mitokondria mtDNA atau ketiadaannya dalam sel, boleh diwarisi secara autosomal resesif. Ini termasuk bentuk kongenital myopathy, kardiomiopati, sindrom neurodistress, asidosis laktik, kerosakan hati, dsb.

Kajian tentang sifat penularan penyakit keturunan adalah penting untuk prognosis perubatan dan genetik dan memerlukan analisis mendalam tentang tanda-tanda klinikal dengan pengetahuan tentang mekanisme pembentukan patologi mitokondria dan jenis warisannya.

Manifestasi manifestasi klinikal berbeza-beza dari hari-hari pertama kehidupan hingga dewasa. Apabila menganalisis penunjuk ini, perlu mengambil kira bentuk nosologi, kerana setiap daripada mereka mempunyai usia debut tertentu.

Gangguan metabolik yang diperhatikan dalam penyakit mitokondria adalah progresif dalam kebanyakan kes. Simptom awal selalunya ringan, kemudian berkembang dan boleh membawa kepada gangguan melumpuhkan yang ketara. Bentuk patologi yang jarang berlaku, seperti miopati infantil jinak dan beberapa bentuk neuropati optik Leber, boleh menjadi jinak dan tertakluk kepada regresi.

Semasa ujian makmal, perhatian diberikan kepada tanda-tanda ciri penyakit mitokondria:

• kehadiran asidosis;
• peningkatan paras laktat dan piruvat dalam darah, peningkatan dalam indeks laktat/piruvat lebih daripada 15, terutamanya meningkat dengan beban glukosa atau senaman fizikal;
• hiperketonemia;
• hipoglikemia;
• hiperammonemia;
• peningkatan kepekatan acetoacetate dan 3-hydroxybutyrate;
• peningkatan nisbah asid 3-hidroksibutirik/asid acetoacetic dalam darah;
• peningkatan tahap asid amino dalam darah dan air kencing (alanine, glutamin, asid glutamat, valine, leucine, isoleucine);
• tahap tinggi asid lemak dalam darah;
• hiperekskresi asid organik dalam air kencing;
• penurunan tahap karnitin dalam darah;
• peningkatan kandungan mioglobin dalam cecair biologi;
• penurunan aktiviti enzim mitokondria dalam miosit dan fibroblas.

Nilai diagnostik penunjuk ini lebih tinggi dengan beban makanan daripada perut kosong. Dalam praktiknya, ujian diagnostik telah membuktikan dirinya dengan baik: menentukan laktat dalam darah terhadap latar belakang beban glukosa, yang membolehkan pengesanan yang lebih jelas tentang kegagalan rantai pernafasan kepada beban glukosa tambahan.

Untuk diagnostik makmal disfungsi mitokondria dan bentuk nosologi spesifiknya, kaedah penyelidikan biokimia konvensional dan rutin tidak mencukupi; adalah perlu untuk menjalankan ujian khas. Ia amat mudah untuk menganalisis aktiviti enzim dalam biopsi otot rangka berbanding dengan tisu lain. Adalah mungkin untuk menentukan aktiviti enzim rantai pernafasan, terutamanya sitrat sintetase, suksinat dehidrogenase dan sitokrom C oksidase.

Data daripada kajian genetik morfologi dan molekul

Kajian morfologi amat penting dalam diagnosis patologi mitokondria. Oleh kerana nilai maklumatnya yang hebat, biopsi tisu otot dan pemeriksaan histokimia bagi biopsi yang diperolehi sering diperlukan. Maklumat penting boleh diperolehi dengan memeriksa bahan secara serentak menggunakan mikroskop cahaya dan elektron.

Salah satu penanda penting penyakit mitokondria ialah fenomena gentian merah "koyak" [fenomena RRF (serabut merah lusuh)], ditubuhkan pada tahun 1963. Ia dikaitkan dengan pembentukan mitokondria abnormal yang diubah secara genetik di sepanjang pinggir gentian otot akibat percambahan dan pengumpulan fokus. Fenomena ini dikesan oleh mikroskop cahaya menggunakan noda Gomori khas, tetapi dalam beberapa tahun kebelakangan ini pelbagai penanda mitokondria dan pelbagai kaedah imunologi telah digunakan untuk tujuan ini.

Tanda-tanda morfologi lain patologi mitokondria termasuk:

• peningkatan mendadak dalam saiz mitokondria;
• pengumpulan glikogen, lipid dan konglomerat kalsium dalam subsarcolemma;
• penurunan aktiviti enzim mitokondria;
• pengedaran granul aktiviti enzim suksinat dehidrogenase (SDH), NADH oksidoreduktase, sitokrom C oksidase, dsb.

Pada pesakit dengan penyakit mitokondria, mikroskop cahaya tisu otot boleh mendedahkan tanda-tanda morfologi tidak spesifik: nekrosis tempatan gentian otot, pengumpulan jisim sarcoplasmic, kehadiran lisis kawasan subsarcolemmal sarcoplasm, basofilia sarkoplasma, peningkatan bilangan nukleus otot, pengaktifan proses regenerasi, dll.

Kajian tentang peranan fenomena gentian merah "koyak" menunjukkan kepentingannya untuk diagnosis keadaan seperti MELAS, MERRF, sindrom Kearns-Sayre, oftalmoplegia progresif kronik dan lain-lain yang berkaitan dengan mutasi mtDNA. Fenomena ini boleh berkembang dalam penyakit lain: Duchenne muscular dystrophy, dermatomyositis, myotonic dystrophy, mengambil ubat (clofibrate) dan keadaan patologi lain. Oleh itu, bersama dengan penyakit mitokondria primer, fenomena RRF boleh mengiringi disfungsi mitokondria sekunder.

Pada masa ini, pemeriksaan mikroskopik histokimia dan elektron tisu otot untuk mengesan tanda-tanda kekurangan mitokondria telah meluas. Dalam sesetengah kes, ia membantu dalam diagnosis, terutamanya dengan gambaran morfologi normal tisu otot mengikut data mikroskop cahaya.

Tanda-tanda mikroskopik elektron - pengesanan percambahan mitokondria, gangguan bentuk dan saiznya, kekacauan dan pembesaran krista, pengumpulan mitokondria yang tidak normal di bawah sarcolemma, pengumpulan lipid dan parakristalin yang tidak normal (terutamanya terdiri daripada protein) atau kemasukan osmofilik yang dilokalkan di antara gugusan dalam dan osmofilik yang sering dilokalkan antara gugusan dalam dan osmofilik. terletak dalam matriks (terdiri terutamanya daripada trigliserida), dsb.

Dalam sesetengah pesakit, keabnormalan sitokimia dalam leukosit boleh dikesan.

Kompleks kajian biokimia dan morfologi ditambah dengan kaedah moden diagnostik molekul (pengesanan mutasi nuklear atau mitokondria), yang dilakukan di makmal diagnostik DNA khusus. Dalam penyakit mitokondria, pelbagai jenis mutasi dikesan: mutasi titik, penghapusan, duplikasi, anomali DNA kuantitatif, dll.

Sekiranya tiada mutasi dalam mtDNA, jika patologi mitokondria disyaki, kajian DNA nuklear dilakukan.

Kriteria diagnostik

Terdapat 2 kumpulan kriteria diagnostik untuk penyakit mitokondria. Kriteria diagnostik utama (kumpulan pertama).

• Klinikal:
  • diagnosis yang ditetapkan: MERRF, MELAS, NARP, MNGIE, sindrom Pearson, neuropati Leber, penyakit Leigh dan Alpers;
  • kehadiran 2 atau gabungan tanda-tanda berikut:
    • lesi multisistemik, patognomonik untuk penyakit rantai pernafasan;
    • kursus progresif dengan episod eksaserbasi atau kehadiran mutasi mitokondria dalam keluarga;
    • pengecualian penyakit metabolik dan lain-lain dengan menjalankan ujian yang sesuai.
• Histologi - pengesanan fenomena RRF di lebih daripada 2% tisu otot.
• Enzim:
  • gentian cytochrome c oxidase-negatif;
  • penurunan aktiviti enzim kompleks rantai pernafasan (<20% daripada normal dalam tisu, <30% dalam sel atau beberapa tisu).
• Berfungsi - penurunan dalam sintesis ATP dalam fibroblas dengan lebih daripada 3 sisihan piawai.
• Genetik molekul - mutasi penting secara patogenetik nuklear atau mtDNA.

Kriteria diagnostik tambahan (kumpulan kedua).

• Klinikal - gejala tidak spesifik yang berlaku dalam penyakit rantai pernafasan (kelahiran mati, penurunan aktiviti motor janin, kematian neonatal awal, gangguan pergerakan, gangguan perkembangan, nada otot terjejas dalam tempoh neonatal).
• Histologi - peratusan kecil fenomena RRF, pengumpulan subsarcolemmal mitokondria atau anomalinya.
• Enzimatik - aktiviti rendah enzim kompleks pernafasan (20-30% daripada norma dalam tisu, 30-40% dalam sel atau garisan sel).
• Berfungsi - pengurangan dalam sintesis ATP dalam fibroblas sebanyak 2-3 sisihan piawai atau ketiadaan pertumbuhan fibroblas dalam medium dengan galaktosa.
• Genetik molekul - pengesanan mutasi dalam nuklear atau mtDNA dengan pautan patogenetik yang diduga.
• Metabolik - pengesanan satu atau lebih metabolit yang menunjukkan gangguan dalam bioenergetik selular.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ]