Diagnos av mitokondriella sjukdomar

Utvärdering av arvets natur och manifestation av kliniska tecken på mitokondriella sjukdomar

Eftersom myotokondriell sjukdom i vissa fall kan orsakas av skador på kärngenomet, kommer sjukdomsöverföringen att motsvara Mendels arvslagar. I de fall där sjukdomsutvecklingen orsakas av mutationer i mitokondriellt DNA, kommer arvet att motsvara mitokondrietypen, det vill säga att det kommer att överföras genom moderlinjen. Slutligen, när patologin utvecklas med samtidig skada på generna i kärn- och mitokondriegenomet, kommer arvet att vara komplext och bestämmas av olika faktorer. I detta avseende är det vid genealogisk analys utifrån ett formellt drag (arvets natur enligt stamtavlan) möjligt att ange de mest olika typerna av arv: autosomalt dominant, autosomalt recessiv, X-länkad, mitokondriell.

Utvecklingen av sådana myotokondriska sjukdomar som störning i pyrodruvsyrametabolismen eller beta-oxidation av fettsyror, Krebs cykel, är förknippad med mutationer i kärngenomgener. Dessa patologier kännetecknas av autosomalt recessiv nedärvning, när föräldrarna är bärare av mutationer (heterozygoter), och barnet är bärare av både ärftliga mutationer från fadern och modern (homozygot). Föräldrarna är vanligtvis till synes friska, och en liknande sjukdom eller dess mikrotecken bör sökas hos det sjuka barnets syskon (probandsyskon) och hos släktingar på både moderns och faderns sida (kusiner).

Vid recessiv, X-länkad nedärvningstyp (t.ex. neonatal glutarsyrauri typ II eller brist på E1-subenheten i pyruvkomplexet, Menkes sjukdom etc.) drabbas pojkar oftare, och mödrarna är bärare av mutationer och för dem vidare till sina söner. Moderns nedärvning skiljer sig från X-länkad nedärvning genom att båda könen drabbas. I dessa fall är det, vid analys av stamtavlan, nödvändigt att analysera sjukdomens incidens hos män, eftersom den inte kommer att manifestera sig hos kvinnor. Stamtavlan visar inte överföringen av sjukdomen längs far-son-linjen, eftersom fadern bara kan föra vidare Y-kromosomen till sin son.

När en sjukdom utvecklas på grund av skador på mitokondriegenomet (till exempel ett antal sjukdomar i luftvägarna, Lebers optikusneuropati, MELAS, MERF, NARP-syndrom, etc.) spåras moderns arv, eftersom barnet ärver mitokondrier från modern, och hon kan föra dem vidare till både pojkar och flickor. Således drabbas båda könen lika. I detta avseende bör sjukdomens överföring längs moderns linje spåras i stamtavlan.

När man analyserar ett släktträd och söker efter symtom på mitokondriella sjukdomar hos släktingar bör man komma ihåg att sjukdomens svårighetsgrad (tecknets uttrycksgrad) kan variera kraftigt, vilket kan bero på det olika antalet skadade mitokondrier, arten av deras skador, den olika fördelningen av mutationer i celler, etc. Det är således inte alltid möjligt att upptäcka uppenbara tecken på sjukdomar. I vissa fall upptäcks antingen individuella, utraderade symtom eller tecken som kan upptäckas under deras riktade sökning.

Utvecklingen av mitokondriell patologi kan vara förknippad med skador på stora områden av mitokondrier, så kallade mikrodeletioner (till exempel Kearns-Sayre syndrom, Pearson syndrom, vissa former av diabetes mellitus med dövhet, progressiv extern oftalmoplegi, etc.). I dessa fall finns karakteristiska symtom ofta inte hos släktingar, eftersom utvecklingen av sjukdomar är förknippad med uppkomsten av nya mutationer som inträffade i zygoten omedelbart efter befruktning av ägget ( de novo- mutation). Sjukdomen är sporadisk. Ofta, tillsammans med dessa sjukdomar, ärvs ett antal tillstånd associerade med multipla mutationer av mitokondriellt DNA på ett autosomalt dominant sätt: till exempel har vissa former av encefalomyopati, myopati med ögonskador, trots förekomsten av mtDNA-mutationer (multipla deletioner), en autosomalt dominant typ av arv.

Till skillnad från Mendelsk arv kännetecknas dock den autosomalt dominanta typen av arv vid mitokondriell patologi av ett stort antal drabbade individer i efterföljande generationer.

Slutligen kan vissa mitokondriella sjukdomar, ofta förknippade med utarmning av mtDNA-mitokondrier eller deras frånvaro i celler, ärvas autosomalt recessivt. Dessa inkluderar medfödda former av myopati, kardiomyopati, neurodistresssyndrom, laktatacidos, leverskador etc.

Studien av arten av den ärftliga överföringen av sjukdomen är viktig för medicinsk och genetisk prognos och kräver en djupgående analys av kliniska tecken med kunskap om mekanismerna för bildandet av mitokondriell patologi och typerna av dess arv.

Manifestationen av kliniska manifestationer varierar kraftigt från de första dagarna i livet till vuxen ålder. Vid analys av denna indikator är det nödvändigt att ta hänsyn till nosologiska former, eftersom var och en av dem har en viss debutålder.

Metabola störningar som observeras vid mitokondriella sjukdomar är progressiva i de allra flesta fall. De initiala symtomen är ofta milda, sedan progredierar de och kan leda till betydande funktionsnedsättande störningar. Sällsynta former av patologi, såsom benign infantil myopati och vissa former av Lebers optikusneuropati, kan vara benigna och med risk för regression.

Under laboratorietester uppmärksammas de karakteristiska tecknen på mitokondriella sjukdomar:

• närvaro av acidos;
• förhöjda nivåer av laktat och pyruvat i blodet, en ökning av laktat/pyruvatindex på mer än 15, särskilt ökande med glukosbelastning eller fysisk träning;
• hyperketonemi;
• hypoglykemi;
• hyperammonemi;
• ökade koncentrationer av acetoacetat och 3-hydroxibutyrat;
• ökat förhållande mellan 3-hydroxismörsyra och acetättiksyra i blodet;
• förhöjda nivåer av aminosyror i blod och urin (alanin, glutamin, glutaminsyra, valin, leucin, isoleucin);
• förhöjda nivåer av fettsyror i blodet;
• hyperutsöndring av organiska syror i urinen;
• minskade nivåer av karnitin i blodet;
• ökning av myoglobininnehållet i biologiska vätskor;
• minskad aktivitet av mitokondriella enzymer i myocyter och fibroblaster.

Det diagnostiska värdet av dessa indikatorer är högre vid matbelastning än på tom mage. I praktiken har ett diagnostiskt test visat sig väl: bestämning av laktat i blodet mot bakgrund av glukosbelastning, vilket möjliggör en tydligare detektion av andningskedjans fel på grund av ytterligare glukosbelastning.

För laboratoriediagnostik av mitokondriell dysfunktion och dess specifika nosologiska former räcker det inte med konventionella, rutinmässiga biokemiska forskningsmetoder; det är nödvändigt att utföra speciella tester. Det är särskilt bekvämt att analysera enzymaktiviteten i skelettmuskelbiopsier än i andra vävnader. Det är möjligt att bestämma aktiviteten hos enzymer i andningskedjan, särskilt citratsyntetas, succinatdehydrogenas och cytokrom C-oxidas.

Data från morfologiska och molekylärgenetiska studier

Morfologiska studier är av särskild betydelse vid diagnos av mitokondriell patologi. På grund av deras stora informativa värde krävs ofta muskelvävnadsbiopsi och histokemisk undersökning av de erhållna biopsierna. Viktig information kan erhållas genom att samtidigt undersöka materialet med hjälp av ljus- och elektronmikroskopi.

En av de viktiga markörerna för mitokondriella sjukdomar är fenomenet med "ragged" red fibres [RRF-fenomenet (ragged red fibres)], som etablerades 1963. Det är förknippat med bildandet av genetiskt förändrade onormala mitokondrier längs muskelfiberns kant på grund av proliferation och fokal ackumulering. Detta fenomen detekteras med ljusmikroskopi med hjälp av en speciell Gomori-färgning, men på senare år har olika mitokondriella markörer och olika immunologiska metoder använts för detta ändamål.

Andra morfologiska tecken på mitokondriell patologi inkluderar:

• en kraftig ökning av mitokondriernas storlek;
• ansamling av glykogen, lipider och kalciumkonglomerat i subsarkolemma;
• minskad aktivitet av mitokondriella enzymer;
• störd distribution av aktivitetsgranuler från enzymerna succinatdehydrogenas (SDH), NADH-oxidoreduktas, cytokrom C-oxidas, etc.

Hos patienter med mitokondriella sjukdomar kan ljusmikroskopi av muskelvävnad avslöja ospecifika morfologiska tecken: lokal nekros av muskelfibrer, ansamling av sarkoplasmiska massor, förekomst av lys av subsarkolemmala områden av sarkoplasma, basofili av sarkoplasma, ett ökat antal muskelkärnor, aktivering av regenereringsprocesser, etc.

Studien av fenomenet "raggade" röda fibrer har visat dess betydelse för diagnos av tillstånd som MELAS, MERRF, Kearns-Sayre syndrom, kronisk progressiv oftalmoplegi och andra associerade med mtDNA-mutationer. Detta fenomen kan utvecklas vid andra sjukdomar: Duchennes muskeldystrofi, dermatomyosit, myoton dystrofi, läkemedelsanvändning (klofibrat) och andra patologiska tillstånd. Således kan RRF-fenomenet, tillsammans med primära mitokondriella sjukdomar, åtfölja sekundära mitokondriella dysfunktioner.

För närvarande har histokemisk och elektronmikroskopisk undersökning av muskelvävnad för att upptäcka tecken på mitokondriell insufficiens blivit utbredd. I vissa fall hjälper de till vid diagnos, särskilt med normal morfologisk bild av muskelvävnaden enligt ljusmikroskopidata.

Elektronmikroskopiska tecken - detektion av mitokondrieproliferation, störningar i deras form och storlek, desorganisation och förstoring av cristae, ansamling av onormala mitokondrier under sarkolemmat, ansamling av lipid och onormala parakristallina (huvudsakligen bestående av protein) eller osmofila inneslutningar lokaliserade mellan de inre och yttre membranen eller inuti cristae, sfäriska kluster, ofta belägna i matrisen (bestående huvudsakligen av triglycerider), etc.

Hos vissa patienter kan cytokemiska avvikelser i leukocyter detekteras.

Komplexet av biokemiska och morfologiska studier kompletteras av moderna metoder för molekylär diagnostik (detektering av nukleära eller mitokondriella mutationer), vilka utförs i specialiserade DNA-diagnostiska laboratorier. Vid mitokondriella sjukdomar detekteras olika typer av mutationer: punktmutationer, deletioner, duplikationer, kvantitativa DNA-anomalier, etc.

I avsaknad av mutationer i mtDNA, om mitokondriell patologi misstänks, utförs en kärn-DNA-studie.

Diagnostiska kriterier

Det finns två grupper av diagnostiska kriterier för mitokondriella sjukdomar. Huvudsakliga diagnostiska kriterier (första gruppen).

• Klinisk:
  • etablerade diagnoser: MERRF, MELAS, NARP, MNGIE, Pearsons syndrom, Lebers neuropati, Leigh- och Alpers sjukdomar;
  • förekomsten av två eller en kombination av följande tecken:
    • multisystemisk lesion, patognomonisk för sjukdomar i luftvägskedjorna;
    • progressivt förlopp med episoder av exacerbation eller förekomst av mitokondriella mutationer i familjen;
    • uteslutning av metabola och andra sjukdomar genom att utföra lämpliga tester.
• Histologisk - detektion av RRF-fenomenet i mer än 2% av muskelvävnaden.
• Enzymatisk:
  • cytokrom c-oxidasnegativa fibrer;
  • minskad aktivitet av enzymer i respiratoriska kedjekomplexet (<20 % av normal i vävnad, <30 % i celler eller flera vävnader).
• Funktionell - en minskning av ATP-syntesen i fibroblaster med mer än 3 standardavvikelser.
• Molekylärgenetisk - patogenetiskt signifikanta mutationer av nukleärt eller mtDNA.

Ytterligare diagnostiska kriterier (andra gruppen).

• Kliniska - ospecifika symtom som uppstår vid sjukdomar i andningskedjan (dödfödsel, minskad motorisk aktivitet hos fostret, tidig neonatal död, rörelsestörningar, utvecklingsstörningar, nedsatt muskeltonus under nyföddhetsperioden).
• Histologisk - liten andel av RRF-fenomen, subsarkolemmal ansamling av mitokondrier eller deras anomalier.
• Enzymatisk - låg aktivitet av respiratoriska komplexenzymer (20-30% av normen i vävnad, 30-40% i celler eller cellinjer).
• Funktionell - en minskning av ATP-syntesen i fibroblaster med 2-3 standardavvikelser eller frånvaro av fibroblasttillväxt i ett medium med galaktos.
• Molekylärgenetisk - detektion av mutationer i nukleärt eller mtDNA med en förmodad patogenetisk koppling.
• Metabolisk - detektion av en eller flera metaboliter som indikerar en störning i cellulär bioenergetik.

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