Diagnosticering af mitokondriesygdomme

Evaluering af arvens natur og manifestation af kliniske tegn på mitokondrielle sygdomme

Da myotokondrielle sygdomme i nogle tilfælde kan være forårsaget af skader på det nukleare genom, vil sygdommens transmission svare til Mendels arvelove. I de tilfælde, hvor sygdommens udvikling er forårsaget af mutationer i mitokondrielt DNA, vil arven svare til den mitokondrielle type, det vil sige, at den vil blive overført gennem moderlinjen. Endelig, når patologien udvikler sig med samtidig skade på generne i det nukleare og mitokondrielle genom, vil arven være kompleks og bestemt af forskellige faktorer. I denne henseende er det i genealogisk analyse ved hjælp af et formelt træk (arvens natur ifølge stamtavlen) muligt at angive de mest forskellige typer arv: autosomal dominant, autosomal recessiv, X-bundet, mitokondriel.

Udviklingen af myotokondrielle sygdomme, såsom pyrodruesyrestofskifteforstyrrelser eller beta-oxidation af fedtsyrer, Krebs' cyklus, er forbundet med mutationer i kernegenomgener. Disse patologier er karakteriseret ved autosomal recessiv arv, når forældrene er bærere af mutationer (heterozygoter), og barnet er bærer af både arvelige mutationer modtaget fra faderen og moderen (homozygot). Forældrene er normalt tilsyneladende sunde, og en lignende sygdom eller dens mikrotegn bør søges hos det syge barns brødre og søstre (probandsøskende) og hos slægtninge på både moderens og faderens side (kusiner).

I tilfælde af en recessiv, X-bundet arvemåde (f.eks. neonatal glutarsyreuri type II eller mangel på E1-underenheden af pyruviuskomplekset, Menkes sygdom osv.) er drenge oftere ramt, og mødre er bærere af mutationer og giver dem videre til deres sønner. Moderens arv adskiller sig fra X-bundet arv ved, at begge køn er påvirket. I disse tilfælde er det nødvendigt at analysere forekomsten af sygdommen hos mænd, når man analyserer stamtavlen, da den ikke vil manifestere sig hos kvinder. Stamtavlen viser ikke overførsel af sygdommen langs far-søn-linjen, da faderen kun kan give Y-kromosomet videre til sin søn.

Når en sygdom udvikler sig på grund af skader på mitokondriegenomet (for eksempel en række respiratoriske sygdomme, Lebers optiske neuropati, MELAS, MERF, NARP-syndromer osv.), spores moderens arv, da barnet arver mitokondrier fra moderen, og hun kan give dem videre til både drenge og piger. Således påvirkes begge køn ligeligt. I denne henseende bør sygdommens overførsel langs moderens linje spores i stamtavlen.

Når man analyserer et stamtræ og søger efter symptomer på mitokondriesygdomme hos slægtninge, skal man huske på, at sygdommens sværhedsgrad (tegnets udtryksgrad) kan variere meget, hvilket kan skyldes det forskellige antal beskadigede mitokondrier, arten af deres skade, den forskellige fordeling af mutationer i celler osv. Det er således ikke altid muligt at opdage tydelige tegn på sygdomme. I nogle tilfælde opdages enten individuelle, slettede symptomer eller tegn, der kan opdages under deres målrettede søgning.

Udviklingen af mitokondriepatologi kan være forbundet med skader på store områder af mitokondrier, de såkaldte mikrodeletioner (f.eks. Kearns-Sayre syndrom, Pearson syndrom, nogle former for diabetes mellitus med døvhed, progressiv ekstern oftalmoplegi osv.). I disse tilfælde findes karakteristiske symptomer ofte ikke hos slægtninge, da udviklingen af sygdomme er forbundet med fremkomsten af nye mutationer, der opstod i zygoten umiddelbart efter befrugtning af ægget ( de novo- mutation). Sygdommen er sporadisk. Ofte nedarves en række tilstande forbundet med multiple mutationer af mitokondrielt DNA autosomalt dominant sammen med disse sygdomme: for eksempel har nogle former for encefalomyopati, myopati med øjenskade, på trods af tilstedeværelsen af mtDNA-mutationer (multiple deletioner), en autosomal dominant arvemåde.

I modsætning til Mendelsk arv er den autosomalt dominerende type arv i mitokondriel patologi imidlertid karakteriseret ved et stort antal berørte individer i efterfølgende generationer.

Endelig kan nogle mitokondriesygdomme, ofte forbundet med udtømning af mtDNA-mitokondrier eller deres fravær i celler, nedarves autosomalt recessivt. Disse omfatter medfødte former for myopati, kardiomyopati, neurodistresssyndrom, mælkesyreacidose, leverskade osv.

Undersøgelsen af sygdommens art er vigtig for medicinsk og genetisk prognose og kræver en dybdegående analyse af kliniske tegn med kendskab til mekanismerne for dannelse af mitokondriel patologi og dens arvemåder.

Manifestationen af kliniske manifestationer varierer meget fra de første dage af livet til voksenalderen. Ved analyse af denne indikator er det nødvendigt at tage hensyn til nosologiske former, da hver af dem har en vis debutalder.

Metaboliske forstyrrelser observeret ved mitokondrielle sygdomme er progressive i langt de fleste tilfælde. De indledende symptomer er ofte milde, progredierer derefter og kan føre til betydelige invaliderende lidelser. Sjældne former for patologi, såsom benign infantil myopati og nogle former for Lebers optiske neuropati, kan være benigne og underlagt regression.

Under laboratorietestning lægges der vægt på de karakteristiske tegn på mitokondriesygdomme:

• tilstedeværelsen af acidose;
• forhøjede niveauer af laktat og pyruvat i blodet, en stigning i laktat/pyruvat-indekset på mere end 15, især stigende med glukosebelastning eller fysisk træning;
• hyperketonæmi;
• hypoglykæmi;
• hyperammonæmi;
• øgede koncentrationer af acetoacetat og 3-hydroxybutyrat;
• forhøjet forhold mellem 3-hydroxysmørsyre/aceteeddikesyre i blodet;
• forhøjede niveauer af aminosyrer i blod og urin (alanin, glutamin, glutaminsyre, valin, leucin, isoleucin);
• forhøjede niveauer af fedtsyrer i blodet;
• hyperudskillelse af organiske syrer i urinen;
• nedsat niveau af carnitin i blodet;
• stigning i myoglobinindholdet i biologiske væsker;
• nedsat aktivitet af mitokondrielle enzymer i myocytter og fibroblaster.

Den diagnostiske værdi af disse indikatorer er højere ved en fødevarebelastning end på tom mave. I praksis har en diagnostisk test vist sig at være god: bestemmelse af laktat i blodet på baggrund af en glukosebelastning, hvilket muliggør en mere tydelig detektion af svigt i respirationskæden ved en yderligere glukosebelastning.

Til laboratoriediagnostik af mitokondriel dysfunktion og dens specifikke nosologiske former er konventionelle, rutinemæssige biokemiske forskningsmetoder ikke tilstrækkelige; det er nødvendigt at udføre specielle tests. Det er især bekvemt at analysere enzymaktiviteten i skeletmuskelbiopsier end i andre væv. Det er muligt at bestemme aktiviteten af respirationskædeenzymer, især citratsyntetase, succinatdehydrogenase og cytochrom C-oxidase.

Data fra morfologiske og molekylærgenetiske studier

Morfologiske undersøgelser er af særlig betydning i diagnosticeringen af mitokondriepatologi. På grund af deres store informative værdi er muskelvævsbiopsi og histokemisk undersøgelse af de opnåede biopsier ofte nødvendig. Vigtig information kan opnås ved samtidig undersøgelse af materialet ved hjælp af lys- og elektronmikroskopi.

En af de vigtige markører for mitokondriesygdomme er fænomenet med "ragged" red fibre [RRF-fænomenet (ragged red fibres)], der blev etableret i 1963. Det er forbundet med dannelsen af genetisk ændrede, unormale mitokondrier langs kanten af muskelfibrene på grund af proliferation og fokal akkumulering. Dette fænomen detekteres ved lysmikroskopi med en speciel Gomori-farvning, men i de senere år er forskellige mitokondriemarkører og forskellige immunologiske metoder blevet anvendt til dette formål.

Andre morfologiske tegn på mitokondriel patologi omfatter:

• en kraftig stigning i størrelsen af mitokondrier;
• ophobning af glykogen, lipider og calciumkonglomerater i subsarkolemmaet;
• nedsat aktivitet af mitokondrielle enzymer;
• forstyrret fordeling af granuler af aktivitet af enzymer succinatdehydrogenase (SDH), NADH-oxidoreduktase, cytochrom C-oxidase osv.

Hos patienter med mitokondriesygdomme kan lysmikroskopi af muskelvæv afsløre ikke-specifikke morfologiske tegn: lokal nekrose af muskelfibre, ophobning af sarkoplasmiske masser, tilstedeværelsen af lysis af subsarkolemmale områder af sarkoplasma, basofili af sarkoplasma, et øget antal muskelkerner, aktivering af regenereringsprocesser osv.

Undersøgelsen af fænomenet "ragged" røde fibre har vist dets betydning for diagnosticering af tilstande som MELAS, MERRF, Kearns-Sayre syndromer, kronisk progressiv oftalmoplegi og andre forbundet med mtDNA-mutationer. Dette fænomen kan udvikle sig ved andre sygdomme: Duchennes muskeldystrofi, dermatomyositis, myotonisk dystrofi, medicinindtagelse (clofibrat) og andre patologiske tilstande. Sammen med primære mitokondrielle sygdomme kan RRF-fænomenet således ledsage sekundære mitokondrielle dysfunktioner.

I øjeblikket er histokemisk og elektronmikroskopisk undersøgelse af muskelvæv for at detektere tegn på mitokondriel insufficiens blevet udbredt. I nogle tilfælde hjælper de med diagnosen, især med et normalt morfologisk billede af muskelvæv ifølge lysmikroskopidata.

Elektronmikroskopiske tegn - detektion af mitokondrieproliferation, forstyrrelse af deres form og størrelse, desorganisering og forstørrelse af cristae, ophobning af unormale mitokondrier under sarkolemmaet, ophobning af lipid og unormale parakrystallinske (hovedsageligt bestående af protein) eller osmofile inklusioner lokaliseret mellem de indre og ydre membraner eller i cristae, sfæriske klynger, ofte placeret i matrixen (bestående hovedsageligt af triglycerider) osv.

Hos nogle patienter kan cytokemiske abnormiteter i leukocytter påvises.

Komplekset af biokemiske og morfologiske undersøgelser suppleres af moderne metoder til molekylær diagnostik (detektion af nukleare eller mitokondrielle mutationer), som udføres i specialiserede DNA-diagnostiske laboratorier. Ved mitokondrielle sygdomme detekteres forskellige typer mutationer: punktmutationer, deletioner, duplikationer, kvantitative DNA-anomalier osv.

I mangel af mutationer i mtDNA, udføres en nukleær DNA-undersøgelse, hvis der er mistanke om mitokondriel patologi.

Diagnostiske kriterier

Der er 2 grupper af diagnostiske kriterier for mitokondrielle sygdomme. De vigtigste diagnostiske kriterier (første gruppe).

• Klinisk:
  • etablerede diagnoser: MERRF, MELAS, NARP, MNGIE, Pearson syndromer, Leber neuropati, Leigh og Alpers sygdomme;
  • tilstedeværelsen af 2 eller en kombination af følgende tegn:
    • multisystemisk læsion, patognomonisk for respiratoriske kædesygdomme;
    • progressivt forløb med episoder med eksacerbation eller tilstedeværelsen af mitokondrielle mutationer i familien;
    • udelukkelse af metaboliske og andre sygdomme ved at udføre passende tests.
• Histologisk - detektion af RRF-fænomenet i mere end 2% af muskelvævet.
• Enzymatisk:
  • cytochrom c oxidase-negative fibre;
  • nedsat aktivitet af enzymer i respirationskædekomplekset (<20 % af normal i væv, <30 % i celler eller flere væv).
• Funktionel - et fald i ATP-syntese i fibroblaster med mere end 3 standardafvigelser.
• Molekylær genetisk - patogenetisk signifikante mutationer af nukleært eller mtDNA.

Yderligere diagnostiske kriterier (anden gruppe).

• Kliniske - uspecifikke symptomer, der forekommer ved sygdomme i luftvejene (dødfødsel, nedsat motorisk aktivitet hos fosteret, tidlig neonatal død, bevægelsesforstyrrelser, udviklingsforstyrrelser, nedsat muskeltonus i nyfødtperioden).
• Histologisk - lille procentdel af RRF-fænomen, subsarkolemmal ophobning af mitokondrier eller deres anomalier.
• Enzymatisk - lav aktivitet af respiratoriske komplekse enzymer (20-30% af normen i væv, 30-40% i celler eller cellelinjer).
• Funktionel - et fald i ATP-syntese i fibroblaster med 2-3 standardafvigelser eller fravær af fibroblastvækst i et medium med galaktose.
• Molekylærgenetik - påvisning af mutationer i nukleart eller mtDNA med en formodet patogenetisk forbindelse.
• Metabolisk - detektion af en eller flere metabolitter, der indikerer en forstyrrelse i cellulær bioenergetik.

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