線粒體腦病的研究進展

黃 紅 綜述，鄧義娟，史 源，馬 娟△ 審校

(1.重慶北部寬仁醫院兒科 401121；2.重慶醫科大學附屬兒童醫院新生兒診療中心/兒童發育疾病研究教育部重點實驗室/國家兒童健康與疾病臨床醫學研究中心/兒童發育重大疾病國家國際科技合作基地/兒科學重慶市重點實驗室 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的最新研究進展，尤其是將磁共振波譜分析(magnetic resonance spectroscopy，MRS)、彌散加權成像(diffusion weighted imaging,DWI)等技術運用于ME的診斷，旨在提高兒科醫生對ME的認識，減少漏診、誤診。

1 病理基礎

線粒體是人體細胞內一個重要的細胞器，具有參與合成體內糖、脂、蛋白代謝及體內多種酶的功能，同時也參與維持機體內環境穩定、調控細胞凋亡和提供氧自由基等重要的生命活動[1]。機體內每一個細胞均具有線粒體，它是除細胞核以外唯一具有遺傳物質的半自主性細胞器，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)共同調控。

nDNA參與mtDNA的復制、表達和損傷修復的同時，還可以參與調控呼吸鏈功能、線粒體相關細胞功能等。因此，影響mtDNA或nDNA的結構或功能都可以影響線粒體功能，從而引起臨床表現。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生[2]。

2 遺傳學基礎

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，且發病較早，其遵循孟德爾遺傳定律的遺傳方式，表現為常染色體或性染色體遺傳。相比之下，mtDNA突變導致的線粒體疾病病情較輕，出現較遲，甚至成年期發病，并且會出現隨著年齡增長，病情進行性加重的表現。由于每個細胞中mtDNA拷貝數目有數千個，mtDNA突變所致疾病有以下特性。(1)呈進行性加重：突變的mtDNA數目會隨時間累積及機體增長，在細胞中逐日累積，故可能出生時不發病，出生后一定時間基礎上逐漸出現臨床表現，且癥狀可呈進行性加重趨勢。(2)異質性：當細胞中mtDNA發生突變時，在一個組織或細胞中存在野生型與突變型mtDNA，稱為異質性。(3)閾值效應：隨著突變的mtDNA數目逐日累積，當突變的mtDNA達到一定值時，就會引起不同的臨床表現，程度也不一；且每個組織、器官的閾值也不盡相同，中樞神經系統對氧需求大、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：通過細胞分裂逐代遺傳，每個細胞擁有的mtDNA不均，而且不同組織對同一mtDNA也可以產生不同的排斥現象，然后出現遺傳漂變表現，漂變的速度取決于組織、臟器對突變mtDNA的排斥程度和突變mtDNA分布的組織及細胞。(5)母系遺傳：絕大部分的mtDNA來自母體的卵細胞，而精子只提供極少線粒體，因此來源于精子的mtDNA突變對機體表現影響力甚小[4]。

目前有越來越多的mtDNA突變已被發現，其所致疾病幾乎涉及人體的所有組織、器官，且隨著對線粒體認識的深入，越來越多既往病因不明的臨床表現、綜合征等也都被相繼證實與mtDNA突變關聯[5]。由于腦組織對有氧氧化的依賴程度高于其他組織[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是常見的類型之一，可獨立存在，也可同時合并其他組織、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血管細胞損傷的發病機制[7-8]。在2015年中華醫學會神經病學分會發表的《中國神經系統線粒體病的診治指南》中，把ME分為3個類型:(1)彌漫性進行性腦灰質變性綜合征；(2)亞急性壞死性脊髓病；(3)脊髓小腦共濟失調伴癲癇發作綜合征[9]。

3 臨床表現

ME的臨床表型取決于基因型，但相同的臨床表型可能來自不同的基因型，具有異質性特點[10]，同樣的基因型由于其閾值效應，也可表達出不一樣的臨床表現。因此，ME的臨床表現呈現復雜多樣性，各臟器均可受累，缺乏特異性，誤診率高，目前報道的病例中多表現出頭痛、嘔吐、步態不穩、肢體乏力、智力障礙(倒退、發育遲緩)、癲癇、肌力異常、視覺及聽覺異常[1]，癥狀進行性加重[11]，甚至部分患者出現線粒體心肌病表現[12]。而上述表現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ME的認識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常見的頭顱MRI表現不一，不同類型ME具有不同的影像學特征，總結其特點包括：(1)部位為頂葉、枕葉、顳葉的皮質及皮質下、基底節區，多不對稱。(2)病灶可呈單發或多發，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，出現軟化灶少見，并伴有基底節異常信號及鈣化；新病灶以腦組織水腫為表現，由于ME的病理生理基礎，具有腦皮層組織相對代謝快、缺氧耐受差等特點，首先表現為細胞毒性水腫，早期表現為DWI高信號、表觀彌散系數(ADC)低信號，病情進展隨后出現血管源性水腫，即DWI呈稍高信號，ADC為云絮狀高信號改變，而上述信號特征可持續存在[13]。(4)病變所累積的范圍與腦動脈供血區無明顯關系。(5)增強掃描病灶無強化[11]。

隨著醫學影像技術的發展，將MRS、DWI等技術應用于臨床高度疑診的患者，可以更加快速地輔證ME。MRS作為一種無創檢查，得到越來越多的學者認可，其可檢測腦組織細胞的多種代謝產物[14]，由于大部分ME患者腦組織因異常代謝會引起乳酸增高，腦組織MRS出現特異性升高的第1個乳酸峰(Lacte peak)[15]是ME特異性較高的征象。由于中樞神經系統中異常氧化代謝所產生的乳酸主要通過腦脊液清除，繼發于腦細胞損傷后所引起反應性腦實質乳酸水平升高，由損傷的腦細胞代謝至細胞間隙，進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蛛網膜顆粒回流入血，最終轉運至肝臟氧化為丙酮酸。INAO等[16]已證實，乳酸經蛛網膜顆粒回流入血的速度明顯慢于其由損傷的腦細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病變區，腦脊液MRS會出現第2個乳酸峰。另外，由于腦脊液區一般無N-乙酰天門冬氨酸(NAA)、膽堿(Cho)等腦內代謝物的干擾[17]，理論上測定腦脊液區乳酸峰的靈敏度將高于腦實質病變區。周志凌等[18]學者研究顯示：對于ME分析，聯合腦脊液區及病灶區MRS串聯試驗的靈敏度低，特異度高，但串聯試驗、并聯試驗的正確指數和符合率均低于單獨腦脊液區MRS；因此，腦脊液區MRS出現乳酸峰的診斷價值要優于腦內病變區的乳酸峰，而單獨的腦脊液區MRS更有助于ME的診斷。乳酸峰水平高低與臨床表現輕重程度相關，即乳酸峰越高，提示腦代謝異常明顯，臨床表現也越重。此外，MRS亦能發現NAA峰，其降低提示神經元受損。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都會出現乳酸峰。因此，對于ME的診斷，除MRS檢查外，仍需要結合臨床表現及其他輔助檢查。

4.2 遺傳分子學檢查

隨著基因診斷技術的發展及對疾病的認知，遺傳分子病因逐漸被認識，且不斷有新的突變基因被找到。近期有學者研究101例確診患兒明確了23種新型ME相關nDNA和4種新型mtDNA突變[19]，且臨床表現不一。基因技術的發展給臨床醫生及患者帶來了福音，有更多新的致病基因逐漸被報道，部分漏診及疑難病例可以通過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分系統[22]，>6分可疑診為線粒體疾病，>8分可確診為線粒體疾病，并進一步完善基因檢查。

5 診 斷

對ME的診斷需結合臨床表現、家族史、代謝分析及酶活性水平，并運用電生理學、MRI、MRS和基因分析，如合并其他臟器功能障礙需完善相關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；如累積骨骼肌系統或可出現肌電圖異常；伴有癲癇發作患者腦電圖陽性率較高；組織病理學結果大部分可發現異常，主要表現為線粒體顯著增多及結構異常，甚至發現破碎紅纖維[13]。

6 治 療

目前線粒體疾病還沒有治愈的方法，由于ME多為遺傳代謝類疾病，目前治療仍以對癥為主，肌酸、葉酸、輔酶Q10、肉堿、部分鎮靜/鎮痛類等藥物均是安全的，未見明顯不良反應報道。近年來有研究者表明，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)伴有癲癇發作的患者，有研究表明，大部分的抗癲癇藥對癲癇發作有效，而且托吡酯的應用對于早期發作癲癇患者控制率高；而廣泛抗癲癇藥物丙戊酸鈉對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致神經病變，故臨床上對高度疑似病例使用抗病毒藥物應謹慎。(3)神經肌肉阻斷劑對伴隨肌肉系統病變者不推薦；m.1555A=G和m.1494C=T這兩種突變也是氨基糖苷類的使用禁忌[25]。(4)由于腎損傷是許多ME患者的常見臨床表現，且常常伴隨代謝異常引起的乳酸增高，因此經由腎臟清除的藥物需慎重考慮，調整藥物劑量。由于有代謝酸中毒(乳酸中毒為主)，醫生使用具有酸中毒副作用的藥物時應小心謹慎，需常規行臨床檢查并定期監測血液酸堿平衡情況[26]。

除此之外，生酮飲食是一種高脂肪、低碳水化合物、適量蛋白質的飲食，可以刺激線粒體β氧化利用脂肪酸，由于酮的供應量增加，大腦和其他組織應擁有較葡萄糖更為有效的另一種能量來源[27]，以有效降低ME癲癇發作頻率，但目前沒有證據表明可最終逆轉ME患者的病情進展。根治治療仍考慮基因治療，有學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]。也有學者在研究應用藥物控制改善線粒體呼吸功能，從而改善疾病[29]。還有學者從疾病的源頭治療出發，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]。為延長患者的生命及提高生活質量，應加強患者的管理，包括預防和治療可能影響相關器官的早期并發癥，如創傷、手術或使用對線粒體有毒的藥物等[30]，避免反復發病。

綜上所述，ME是由各種原因導致的線粒體結構和功能異常，導致線粒體功能障礙，從而引起腦組織功能障礙。其臨床表現相對無特異性，診斷難度非常大。較常規顱腦MRI而言，MRS作為一種檢測腦組織代謝性功能異常的檢查手段，對ME的診斷和鑒別診斷價值更大，尤其在急性期，MRS能檢測到常規MRI顯示正常的腦組織、病灶區域及腦脊液中異常的乳酸峰，甚至雙乳酸峰現象。遺傳分子學的應用仍為必不可少的檢查，早期應用MRS聯合遺傳分子學檢查可能對患者的診斷、病因分析、用藥及疾病進程評估有非常重要的作用[31]。對于臨床高度疑診的ME，也建議有檢查資質的醫院積極完善MRS。