Diagnostisering av mitokondriesykdommer

Evaluering av arvens natur og manifestasjon av kliniske tegn på mitokondrielle sykdommer

Siden myotokondrielle sykdommer i noen tilfeller kan være forårsaket av skade på kjernegenomet, vil overføringen av sykdommen samsvare med Mendels arvelover. I de tilfellene der utviklingen av sykdommen er forårsaket av mutasjoner i mitokondrielt DNA, vil arven samsvare med mitokondrietypen, det vil si at den vil bli overført gjennom morslinjen. Til slutt, når patologien utvikler seg med samtidig skade på genene i kjerne- og mitokondriegenomene, vil arven være kompleks og bestemt av ulike faktorer. I denne forbindelse er det i genealogisk analyse ved et formelt trekk (arvens natur i henhold til stamtavlen) mulig å identifisere de mest forskjellige arvetypene: autosomal dominant, autosomal recessiv, X-bundet, mitokondriell.

Utviklingen av slike myotokondrielle sykdommer som pyrodruesyremetabolismeforstyrrelser eller beta-oksidasjon av fettsyrer, Krebs syklus, er assosiert med mutasjoner i kjernegenomgener. Disse patologiene er karakterisert ved autosomal recessiv arv, når foreldrene er bærere av mutasjoner (heterozygoter), og barnet er bærer av både arvelige mutasjoner mottatt fra far og mor (homozygot). Foreldrene er vanligvis tilsynelatende friske, og en lignende sykdom eller dens mikrotegn bør søkes hos brødre og søstre til det syke barnet (probandsøsken) og hos slektninger på både mors- og farssiden (søskenbarn).

Ved recessiv, X-bundet arvemåte (f.eks. neonatal glutarsyreuri type II eller mangel på E1-subenheten i pyruveksirkulasjonen, Menkes sykdom, osv.), rammes gutter oftere, og mødrene er bærere av mutasjoner og overfører dem til sønnene sine. Morslig arv skiller seg fra X-bundet arv ved at begge kjønn rammes. I disse tilfellene er det nødvendig å analysere forekomsten av sykdommen hos menn når man analyserer stamtavlen, siden den ikke vil manifestere seg hos kvinner. Stamtavlen viser ikke overføring av sykdommen langs far-sønn-linjen, siden faren bare kan overføre Y-kromosomet til sønnen sin.

Når en sykdom utvikler seg på grunn av skade på mitokondriegenomet (for eksempel en rekke respirasjonskjedesykdommer, Lebers optiske nevropati, MELAS, MERF, NARP-syndromer, etc.), spores mors arv, siden barnet arver mitokondrier fra moren, og hun kan overføre dem til både gutter og jenter. Dermed påvirkes begge kjønn likt. I denne forbindelse bør overføringen av sykdommen langs mors linje spores i stamtavlen.

Når man analyserer et slektstre og søker etter symptomer på mitokondrielle sykdommer hos slektninger, bør man huske at alvorlighetsgraden av sykdommen (tegnets uttrykksgrad) kan variere mye, noe som kan skyldes det forskjellige antallet skadede mitokondrier, arten av skaden deres, den forskjellige fordelingen av mutasjoner i celler, osv. Dermed er det ikke alltid mulig å oppdage åpenbare tegn på sykdommer. I noen tilfeller oppdages enten individuelle, slettede symptomer eller tegn som kan oppdages under målrettet søk.

Utviklingen av mitokondriell patologi kan være assosiert med skade på store områder av mitokondriene, de såkalte mikrodelesjonene (for eksempel Kearns-Sayre syndrom, Pearson syndrom, noen former for diabetes mellitus med døvhet, progressiv ekstern oftalmoplegi, etc.). I disse tilfellene finnes karakteristiske symptomer ofte ikke hos slektninger, siden utviklingen av sykdommer er assosiert med fremveksten av nye mutasjoner som oppsto i zygoten umiddelbart etter befruktning av egget ( de novo- mutasjon). Sykdommen er sporadisk. Ofte, sammen med disse sykdommene, arves en rekke tilstander assosiert med flere mutasjoner av mitokondrielt DNA på en autosomal dominant måte: for eksempel har noen former for encefalomyopati, myopati med øyeskade, til tross for tilstedeværelsen av mtDNA-mutasjoner (flere delesjoner), en autosomal dominant arvetype.

I motsetning til Mendelsk arv er imidlertid den autosomalt dominante arvetypen ved mitokondriell patologi preget av et stort antall berørte individer i påfølgende generasjoner.

Til slutt kan noen mitokondrielle sykdommer, ofte assosiert med utarming av mtDNA-mitokondrier eller deres fravær i celler, arves autosomalt recessivt. Disse inkluderer medfødte former for myopati, kardiomyopati, nevrodistresssyndrom, laktacidose, leverskade, osv.

Studiet av arten av arvelig overføring av sykdommen er viktig for medisinsk og genetisk prognose og krever en grundig analyse av kliniske tegn med kunnskap om mekanismene for dannelse av mitokondriell patologi og typene av dens arv.

Manifestasjonen av kliniske manifestasjoner varierer mye fra de første dagene i livet til voksen alder. Når man analyserer denne indikatoren, er det nødvendig å ta hensyn til nosologiske former, siden hver av dem har en viss debutalder.

Metabolske forstyrrelser observert ved mitokondrielle sykdommer er progressive i de aller fleste tilfeller. De første symptomene er ofte milde, deretter utvikler de seg og kan føre til betydelige funksjonshemmende lidelser. Sjeldne former for patologi, som benign infantil myopati og noen former for Lebers optikusnevropati, kan være benigne og underlagt regresjon.

Under laboratorietesting rettes oppmerksomhet mot de karakteristiske tegnene på mitokondrielle sykdommer:

• tilstedeværelse av acidose;
• forhøyede nivåer av laktat og pyruvat i blodet, en økning i laktat/pyruvat-indeksen på mer enn 15, spesielt økende med glukosebelastning eller fysisk trening;
• hyperketonemi;
• hypoglykemi;
• hyperammonemi;
• økte konsentrasjoner av acetoacetat og 3-hydroksybutyrat;
• økt forhold mellom 3-hydroksysmørsyre/acetoeddiksyre i blodet;
• økte nivåer av aminosyrer i blod og urin (alanin, glutamin, glutaminsyre, valin, leucin, isoleucin);
• forhøyede nivåer av fettsyrer i blodet;
• hyperekskresjon av organiske syrer i urinen;
• reduserte nivåer av karnitin i blodet;
• økning i myoglobininnhold i biologiske væsker;
• redusert aktivitet av mitokondrielle enzymer i myocytter og fibroblaster.

Den diagnostiske verdien av disse indikatorene er høyere med matbelastning enn på tom mage. I praksis har en diagnostisk test vist seg godt: bestemmelse av laktat i blodet mot bakgrunnen av glukosebelastning, noe som muliggjør en tydeligere deteksjon av svikt i respirasjonskjeden ved en ekstra glukosebelastning.

For laboratoriediagnostikk av mitokondriell dysfunksjon og dens spesifikke nosologiske former er ikke konvensjonelle, rutinemessige biokjemiske forskningsmetoder tilstrekkelige; det er nødvendig å utføre spesielle tester. Det er spesielt praktisk å analysere aktiviteten til enzymer i skjelettmuskelbiopsier enn i andre vev. Det er mulig å bestemme aktiviteten til respirasjonskjedeenzymer, spesielt citratsyntetase, succinatdehydrogenase og cytokrom C-oksidase.

Data fra morfologiske og molekylærgenetiske studier

Morfologiske studier er av spesiell betydning i diagnostiseringen av mitokondriell patologi. På grunn av deres store informative verdi er det ofte nødvendig med muskelvevsbiopsi og histokjemisk undersøkelse av de innhentede biopsiene. Viktig informasjon kan innhentes ved samtidig undersøkelse av materialet ved hjelp av lys- og elektronmikroskopi.

En av de viktigste markørene for mitokondrielle sykdommer er fenomenet med «ragged» røde fibre [RRF-fenomenet (ragged red fibres)], etablert i 1963. Det er assosiert med dannelsen av genetisk endrede unormale mitokondrier langs kanten av muskelfiberen på grunn av proliferasjon og fokal akkumulering. Dette fenomenet oppdages ved lysmikroskopi ved bruk av en spesiell Gomori-farging, men i de senere år har ulike mitokondrielle markører og ulike immunologiske metoder blitt brukt til dette formålet.

Andre morfologiske tegn på mitokondriell patologi inkluderer:

• en kraftig økning i størrelsen på mitokondrier;
• akkumulering av glykogen, lipider og kalsiumkonglomerater i subsarkolemmaet;
• redusert aktivitet av mitokondrielle enzymer;
• forstyrret fordeling av aktivitetsgranuler av enzymer succinatdehydrogenase (SDH), NADH-oksidoreduktase, cytokrom C-oksidase, etc.

Hos pasienter med mitokondrielle sykdommer kan lysmikroskopi av muskelvev avsløre uspesifikke morfologiske tegn: lokal nekrose av muskelfibre, akkumulering av sarkoplasmiske masser, tilstedeværelse av lysis av subsarkolemmale områder av sarkoplasma, basofili av sarkoplasma, økt antall muskelkjerner, aktivering av regenereringsprosesser, etc.

Studien av rollen til fenomenet med "ragged" røde fibre viste dets betydning for diagnostisering av tilstander som MELAS, MERRF, Kearns-Sayre syndromer, kronisk progressiv oftalmoplegi og andre assosiert med mtDNA-mutasjoner. Dette fenomenet kan utvikle seg ved andre sykdommer: Duchennes muskeldystrofi, dermatomyositt, myotonisk dystrofi, bruk av medisiner (klofibrat) og andre patologiske tilstander. Sammen med primære mitokondrielle sykdommer kan dermed RRF-fenomenet følge sekundære mitokondrielle dysfunksjoner.

For tiden har histokjemisk og elektronmikroskopisk undersøkelse av muskelvev for å oppdage tegn på mitokondriell insuffisiens blitt utbredt. I noen tilfeller hjelper de med diagnosen, spesielt med normalt morfologisk bilde av muskelvev i henhold til lysmikroskopidata.

Elektronmikroskopiske tegn - deteksjon av mitokondrieproliferasjon, forstyrrelse av form og størrelse, uorganisering og forstørrelse av cristae, akkumulering av unormale mitokondrier under sarkolemmaet, akkumulering av lipid og unormale parakrystallinske (hovedsakelig bestående av protein) eller osmofile inneslutninger lokalisert mellom de indre og ytre membranene eller i cristae, sfæriske klynger, ofte plassert i matrisen (bestående hovedsakelig av triglyserider), etc.

Hos noen pasienter kan cytokjemiske abnormaliteter i leukocytter oppdages.

Komplekset av biokjemiske og morfologiske studier suppleres av moderne metoder for molekylær diagnostikk (påvisning av nukleære eller mitokondrielle mutasjoner), som utføres i spesialiserte DNA-diagnostiske laboratorier. Ved mitokondrielle sykdommer oppdages ulike typer mutasjoner: punktmutasjoner, delesjoner, duplikasjoner, kvantitative DNA-anomalier, etc.

I fravær av mutasjoner i mtDNA, hvis det er mistanke om mitokondriell patologi, utføres en kjerne-DNA-studie.

Diagnostiske kriterier

Det finnes to grupper med diagnostiske kriterier for mitokondrielle sykdommer. Hoveddiagnostiske kriterier (første gruppe).

• Klinisk:
  • etablerte diagnoser: MERRF, MELAS, NARP, MNGIE, Pearson syndromer, Lebers nevropati, Leigh og Alpers sykdommer;
  • tilstedeværelsen av to eller en kombinasjon av følgende tegn:
    • multisystemisk lesjon, patognomonisk for luftveissykdommer;
    • progressivt forløp med episoder med forverring eller tilstedeværelse av mitokondrielle mutasjoner i familien;
    • utelukkelse av metabolske og andre sykdommer ved å utføre passende tester.
• Histologisk - deteksjon av RRF-fenomenet i mer enn 2% av muskelvevet.
• Enzymatisk:
  • cytokrom c oksidase-negative fibre;
  • redusert aktivitet av enzymer i respirasjonskjedekomplekset (<20 % av normal i vev, <30 % i celler eller flere vev).
• Funksjonell - en reduksjon i ATP-syntese i fibroblaster med mer enn 3 standardavvik.
• Molekylærgenetisk - patogenetisk signifikante mutasjoner av kjerne- eller mtDNA.

Ytterligere diagnostiske kriterier (andre gruppe).

• Klinisk - uspesifikke symptomer som oppstår ved sykdommer i luftveiene (dødfødsel, redusert motorisk aktivitet hos fosteret, tidlig nyfødtdød, bevegelsesforstyrrelser, utviklingsforstyrrelser, nedsatt muskeltonus i nyfødtperioden).
• Histologisk - liten prosentandel av RRF-fenomen, subsarkolemmal akkumulering av mitokondrier eller deres anomalier.
• Enzymatisk - lav aktivitet av respiratoriske komplekse enzymer (20-30% av normen i vev, 30-40% i celler eller cellelinjer).
• Funksjonell - en reduksjon i ATP-syntese i fibroblaster med 2-3 standardavvik eller fravær av fibroblastvekst i et medium med galaktose.
• Molekylærgenetikk - deteksjon av mutasjoner i kjerne- eller mtDNA med en antatt patogenetisk kobling.
• Metabolsk - deteksjon av en eller flere metabolitter som indikerer en forstyrrelse i cellulær bioenergetikk.

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