线粒体肌病及线粒体脑肌病
【概述】
线粒体病是指由线粒体DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）或核DNA（nuclear DNA，nDNA）缺陷引起线粒体呼吸链氧化磷酸化功能障碍为特点的一组代谢性疾病。线粒体病的临床表现涉及人体许多系统，其中神经系统线粒体病包括线粒体脑病、线粒体肌病、线粒体脑肌病、线粒体神经病。此处对线粒体肌病及线粒体脑肌病进行概述，前者包括慢性进行性眼外肌瘫痪（chronic progressive external ophthalmoplegia，CPEO）、线粒体肢带型肌病（mitochondrial limb girdle myopathy，MLGM），后者包括线粒体脑肌病伴高乳酸血症和卒中样发作（mitochondrial encephalomyopathy with lactate acidosis and stroke-like episode，MELAS）、肌阵挛性癫痫伴破碎红纤维综合征（myoclonic epilepsy with ragged red fiber，MERRF）、Kearns-Sayre综合征（Kearns-Sayre's syndrome，KSS）和线粒体神经胃肠脑肌病（mitochondrial neurogastrointestinal encephalomyopathy，MNGIE）。
1.线粒体脑肌病
（1）MELAS母系遗传。散发少见，发病年龄跨度很大，从幼年到老年的任何年龄均可发病，发病高峰年龄在10～30岁，40岁以后首次发病的晚发成年型MELAS偶有报道。反复卒中样发作出现在所有患者中，存在多种类型的癫痫发作、认知与精神障碍、头痛、运动不耐受和（或）肌无力、听力下降是该病常见症状，部分患者伴周围神经病、胃肠道不适、身材矮小等。少数患者伴糖尿病、心肌病、肾病、视网膜病表现，可以重叠Leigh综合征等线粒体肌病。MELAS发病后10～15年死亡。
（2）MERRF母系遗传。多见于儿童，表现为肌阵挛、全面性癫痫发作、肌无力、共济失调、耳聋、智力低下、视力下降，偶尔伴发多发性对称性脂肪瘤。
（3）KSS母系遗传。20岁前发病。先出现持续性眼外肌瘫痪，而后出现视网膜色素变性导致的视力下降以及心脏传导阻滞导致的心慌胸闷症状，部分患者存在肢体无力、小脑性共济失调、神经性耳聋及智能减退。易因心脏病而猝死。
（4）MNGIE常染色体隐性遗传。发病年龄多在青少年期。多先出现胃肠神经病，表现为腹泻、便秘或周期性的假性肠梗阻或胃瘫，导致消瘦或恶病质。伴随或随后出现眼外肌瘫痪，表现为眼睑下垂和眼球活动障碍。常存在周围神经病和感音神经性聋。
2.线粒体肌病
（1）CPEO母系或常染色体遗传。多在青少年期缓慢发病，主要表现为对称性持续性眼睑下垂和眼球活动障碍。其中，隐性遗传性DNAγ-聚合酶相关性眼外肌瘫痪以眼外肌慢性进行性发展的无力为主，发病数年后出现其他表现。显性遗传性DNAγ-聚合酶相关性眼外肌瘫痪出现全身无力，伴随听力下降、轴索性神经病、共济失调、抑郁、PD、性腺功能低下和白内障。
（2）MLGM母系遗传。多在儿童或青少年期发病，主要表现为四肢近端肌无力、运动不耐受及肌痛，休息后好转，可以伴其他系统受累表现。
【典型病例】
患者女性，54岁，因“头痛1d”入院。现病史：患者入院前1d无明显诱因出现头痛，眼眶疼痛，伴有恶心、呃逆，自服止痛药物后头痛缓解。发病前8d有感冒症状，全身不适，精神状态欠佳。病程中无发热、咳嗽、咳痰，无言语不清，无饮水呛咳、吞咽困难，无肢体活动不灵，无肢体抽搐，为进一步治疗入院。既往史及个人史：糖尿病病史20年；脑梗死病史10余年，无后遗症；双耳耳聋10余年，和家属写字交流。患者为乙型肝炎病毒携带者。流产4次，育有1女。家族史：否认遗传病家族史。入院查体：左侧血压140/90 mmHg，右侧血压142/90 mmHg，发育不良，身材矮小，身高150 cm，体重40 kg，躁动不安，偶有自发言语。双眼向左同向性偏斜，双耳听力严重下降，四肢肌张力正常，四肢可见自主活动，左侧Chaddock征、Babinski征阳性，余神经系统查体无阳性体征。辅助检查：随机血糖11.6 mmol/L；尿常规为，尿酮体（++），葡萄糖（+++）；血酮体4.6 mmol/L；心肌酶为，乳酸脱氢酶347 U/L（正常值109～245 U/L）；心肌损伤标志物：肌钙蛋白0.70 ng/mL（正常值0～0.04 ng/mL）；次日复查心肌损伤标志物，肌酸激酶同工酶8.8 ng/mL（正常值0.6～6.3 ng/mL），肌钙蛋白0.74 ng/mL，肌红蛋白133.2 ng/mL（正常值14.365.8 ng/mL）。心电图：窦性心律，右房及左、右心室肥大，Q-T间期延长。头颅CT示双侧颞叶可见小片状低密度影。双侧侧脑室略扩大。头颅MRI：右侧颞顶枕叶及左侧颞叶可见片状长T1、长T2信号，邻近脑沟变浅，右侧丘脑可见斑片状长T1、长T2信号，中线结构居中。弥散加权成像（DWI）：右侧颞顶叶可见斑片状高信号（图12-3-1）。头颅MRA：颅内血管管壁边缘欠光滑。基底动脉局部轻度变窄。右侧颈内动脉局部中度变窄。左侧大脑中动脉M1段局部轻度变窄。双侧大脑前动脉、右大脑中动脉及大脑后动脉未见明显狭窄征象。双侧椎动脉不对称，右侧较细。头颅MRV：右侧横窦局部略细，信号不均。上矢状窦后部局部信号不均。脑电图示枕部α波明显减少，不规则4～7 Hz中高波幅θ波及2～4Hzδ波增多，全头部弥漫尤以额部、中央、颞部明显，调节差。腰穿检查：压力50 mmH2O（静脉滴注甘露醇）。常规：外观淡黄色，潘氏试验弱阳性，白细胞总数18×106/L；生化检测：乳酸脱氢酶79.00 U/L，葡萄糖6.61 mmol/L（血糖8.45 mmol/L），氯117.00 mmol/L，脑脊液总蛋白0.46g/L。脑脊液病毒抗体系列检测阴性。血和脑脊液自身免疫性脑炎抗体系列阴性。患者入院后出现精神症状，烦躁，不认识家属，大声叫喊，夜间胡言乱语，进食时吐出食物。入院第3d出现低热，体温37.4℃，患者不能看清左侧的物体，间断出现左上肢抖动。入院第7d家属发现患者左侧肢体活动减少。查体：左侧肢体肌张力降低，左上肢扬鞭征阳性，左下肢外旋位，不能支离床面，右侧肢体可见自主活动，左侧病理反射阳性。复查头颅CT：双侧颞叶及右侧顶枕叶可见片状低密度影。双侧额叶可见多发斑片状模糊低密度影。双侧侧脑室略扩大。经家属同意后，采集患者抗凝静脉血5 mL进行线粒体疾病相关基因检测。基因检测报告提示：线粒体DNA m.3234A→G改变，m.3252，m.3271和m.13513位点不存在突变（图12-3-2）。入院诊断：线粒体脑肌病，糖尿病，糖尿病酮症。诊疗经过：入院后给予大量补液、调整血糖及支持对症治疗。患者经治疗27 d后头痛、发热症状消失，无肢体抖动，夜间吵闹减轻，能认识家人，偶能识字，偶能与家属交流，能看清左侧物体，左侧肢体力量好转，能独立行走。查体：血压118/68 mmHg，意识清楚，言语流利，眼位居中，视野查体不配合，双耳听力严重下降。四肢肌张力正常，左手握力差，余肢体肌力5级，左侧病理反射阳性。患者经治疗后好转出院。随访：8个月后随诊，患者精神症状明显好转，能与家属交流，生活可自理。
图12-3-1 颅脑MRI
A、B：T2像示右侧顶叶及左侧颞叶、右侧丘脑片状高信号；C、D：MRI液体衰减反转恢复序列成像示右侧颞顶叶及左侧颞叶、右侧丘脑高信号；E、F：MRI弥散加权成像示右侧颞顶叶片状高信号。
图12-3-2 线粒体基因测序
【诊断思路】
（一）病例特点和疾病临床表现
1.病例特点
患者中年女性，主要表现为头痛、低热，逐渐出现精神症状、癫痫发作、左侧偏盲及左侧肢体瘫痪。既往有糖尿病、脑梗死及双耳耳聋病史，否认家族史。查体可见发育迟滞、精神烦躁、进展性左侧肢体中枢性瘫痪、左侧偏盲。CT及MRI提示不符合血管分布的颞枕叶病灶，随着病程发展，病灶范围在短时间此消彼长地游走性、可逆性改变。基因检测示线粒体DNA m.3234A→G突变。故可明确诊断。结合生化检测、脑电图、心电图等支持该诊断。
2.疾病临床表现
（1）卒中样发作。核心症状，可出现在所有患者的任何病程阶段。发病越早，病情越严重，主要表现为偏盲或皮质盲、癫痫发作、头痛、精神症状、失语和轻偏瘫等，上述症状可以相继或同时出现，卒中样发作数天后症状逐渐缓解，部分患者可以完全恢复。但随着发作次数增加，神经系统功能障碍逐次叠加而出现不同程度的残疾。
（2）癫痫。出现在90%的患者中，在卒中样发作期或发作间期均可以出现。同一个患者可有多种癫痫发作形式，其中单纯部分性发作伴或不伴继发全面性发作最常见。部分患者出现多种类型的癫痫持续状态。
（3）认知与精神障碍。出现在70%～90%的患者中。认知障碍以记忆和理解力减退为主，伴随词语流畅性下降以及视空间障碍。精神症状主要表现为幻听、幻视、偏执和躁狂等。认知与精神障碍随卒中样发作出现阶梯性加重，在发作缓解期也缓慢进行性发展。
（4）头痛。出现在54%～91%的患者中，常出现在卒中样发作期，以典型偏头痛或无视觉先兆的普通型偏头痛为主。
（5）运动不耐受和（或）肌无力。出现在73%～89%的患者中。运动不耐受可以是首发症状，尤其是儿童患者，常伴随心率加快和呼吸急促。少数患者出现四肢近端无力，个别患者出现眼睑下垂、眼外肌瘫痪，偶见呼吸肌受累。
（6）感音神经性聋。出现在75%的患者中，常起病隐匿，可以是首发症状，多为双侧，主要影响高频听力，随着年龄的增长呈进行性加重。
（7）周围神经病。部分患者可见周围神经病，表现为长度依赖性感觉或感觉运动性神经病，肢体远端的感觉异常以深感觉受累为主，出现感觉性共济失调，伴随腱反射消失；以及食欲缺乏、腹胀、便秘等胃肠道功能障碍；还可合并生长发育迟滞、糖尿病、内分泌水平下降、多毛等。
（8）叠加综合征。个别患者可合并出现其他类型的线粒体病综合征。
（二）辅助检查
1.头颅影像学检查
卒中样发作期头颅CT显示大脑的颞、顶、枕叶皮质和邻近皮质下低密度病灶，少数患者累及双侧大脑半球。头颅MRI显示病灶位于皮质和皮质下，呈长T1、长T2异常信号，枕叶和颞叶最容易受累，病灶不符合颅内单支大动脉流域分布。卒中样发作急性期病灶弥散加权成像（DWI）多弥散受限，皮质受累尤为明显，呈现类花边征样改变。病灶具有进展性、可逆性、多发性以及呈现此消彼长的游走性特点，卒中样发作之后常遗留局部脑萎缩、局部脑室扩大及皮质下白质异常信号。头颅MRI波谱分析显示病灶部位和脑室内脑脊液出现高乳酸峰。
2.基因检测
基因检测阳性率可达95%以上，肌肉组织、尿沉渣细胞和毛囊较外周血细胞具有更高的阳性率。可进行热点突变筛查，包括mtDNA3243A＞G、13513G＞A及3271T＞C等变异位点。也可进行mtDNA全长测序和（或）相关nDNA检查。少数临床病理确诊MELAS患者，找不到致病性突变。
3.肌肉活检
基因检测未发现致病变异者或未明确是否存在肌肉病时需要做该检查，阳性率可达到95%以上，个别患者亦可能并无明显肌肉病理改变。
4.生化检测
患者血清肌酸激酶正常或增高，肌酸激酶/乳酸脱氢酶比例倒置，血和脑脊液乳酸升高（静息空腹状态下≥2 mmol/L或180 mg/L）。用新鲜活检组织或培养的皮肤成纤维细胞测定线粒体酶复合体活性，可见多数为复合体I活性降低，特别对肌肉活检阴性患者具有诊断提示价值。
5.电生理检查(https://www.daowen.com)
可通过脑电图、肌电图、神经传导速度、电测听、脑干听觉诱发点位、心电图等发现多系统损害的证据。
（三）诊断依据与定位定性诊断
1.诊断依据
①确诊MELAS：至少1项核心证据+至少1项确诊证据；②很可能MELAS：至少1项核心证据+至少2项支持证据；③可能MELAS：至少1项核心证据+至少1项支持证据；④疑诊MELAS：符合2项核心证据。仅出现相关基因变异而无任何临床表现者，为基因变异无症状携带者。
（1）核心证据。有卒中样发作（包括头痛伴或不伴呕吐、癫痫发作、偏盲或皮质盲、失语、偏身感觉障碍或偏瘫）；颅脑影像学显示局限于皮质和（或）皮质下、不符合单一血管支配的病灶，随访复查病灶可完全或部分可逆。
（2）支持证据。以下临床表现至少满足1条：认知/精神障碍、癫痫发作、感觉神经性耳聋、糖尿病、身材矮小、毛发异常、运动不耐受、胃肠功能障碍、心肌病/心脏传导异常、肾病等；血/脑脊液乳酸显著增高或磁共振波谱成像显示病灶/脑脊液乳酸峰；≥2次卒中样发作；家系成员临床表现为1种或多种支持证据下第1项，且符合母系遗传。
（3）确诊证据。骨骼肌活体组织检查病理发现线粒体异常的证据：即改良Gomori三色染色发现不整红边纤维（大于2%），和（或）琥珀酸脱氢酶染色发现琥珀酸脱氢酶活性异常肌纤维和（或）琥珀酸脱氢酶深染的小血管，或电镜发现异常线粒体；基因检测检出明确的线粒体脑肌病伴高乳酸血症和卒中样发作相关的线粒体DNA或核DNA致病突变。
2.定位定性诊断
（1）定位：线粒体功能障碍导致的中枢神经系统、骨骼肌、周围神经、内分泌系统、消化系统等单独或重叠受累。
（2）定性：代谢性基因疾病。
（3）诊断：线粒体脑肌病，糖尿病，糖尿病酮症。
（四）鉴别诊断
MELAS的鉴别诊断主要包括具有类似临床和影像学改变的疾病，在没有进行基因检测和肌肉活检前需要排除脑小血管炎、心源性脑栓塞、大脑皮质静脉血栓形成、病毒性脑炎、自身免疫性脑炎、甲基丙二酸血症、高氨血症、癫痫后脑部MRI可逆性信号改变、可逆性后部脑病综合征等。在鉴别诊断中应当依据医疗经济学原则结合疾病危重程度安排针对性辅助检查。
【治疗】
无特异性治疗。治疗原则为通过药物、饮食调节和运动管理等改善或纠正不正常的病理和生理过程，及时治疗各个系统的损害以及预防各种并发症。
1.综合管理
在日常生活中保持能量代谢的均衡和连续，防止能量代谢危象的发生，既要避免饥饿导致能量的缺乏，也要避免精神刺激、过度劳累、熬夜、感染导致能量消耗增加。在消化功能异常、腹泻或感冒不能正常进食时需要及时静脉补充能量。在一日三餐之间适当增加蛋白质的摄入，在非饥饿状态进行轻到中量的有氧锻炼可以增加肌肉力量。生酮饮食对难治性癫痫可能有效。及时治疗影响生活质量的其他系统损害。
2.基础药物治疗
药物治疗是否有效目前缺乏循证医学证据。长期选择服用下列药物可能有益，包括核黄素、辅酶Q10、艾地苯醌、维生素E、硫辛酸、维生素C、谷胱甘肽、左旋肉碱、天冬氨酸、维生素B1、亚叶酸、牛磺酸。其中辅酶Q10和艾地苯醌的最大剂量均为10 mg/（kg·d）、L-精氨酸的剂量为（0.150.50）g/（kg·d）、牛磺酸为9g/d。
3.主要症状的处理
（1）卒中样发作。静脉注射L-精氨酸的最大剂量为0.5g/（kg·d），可维持滴注3～7 d后改为口服，使用时需要检测患者的生命体征及肝、肾功能，在40岁以上患者还应密切监测血气和血压。病灶大、水肿重者可短期使用糖皮质激素及甘油果糖等脱水药物，也可短期使用依达拉奉、α-硫辛酸等自由基清除剂。
（2）癫痫发作。首选左乙拉西坦、拉莫三嗪和苯二氮䓬类药物，在卒中样发作期尤应注意癫痫的控制。早发病患者常难治而需要两种抗癫痫药物。对有明显呼吸肌受累的患者尽量避免使用苯二氮䓬类药物。
（3）认知与精神障碍。多奈哌齐、加兰他敏及美金刚对部分患者有效。精神异常可以使用奥氮平。焦虑抑郁障碍可使用选择性5-羟色胺再摄取抑制剂或三环类抗抑郁药。严重精神障碍患者请专科医师协助治疗。
（4）偏头痛。辅酶Q10、艾地苯醌有效。钙通道滞剂，如氟桂利嗪在大多数患者可有效预防偏头痛发作。避免使用曲普坦类药物。
4.避免使用的药物
许多药物可能影响线粒体功能，包括影响mtDNA复制的异环磷酰胺、卡铂、拉米夫定、替比夫定和齐多夫定、干扰素、卡维地洛、丁哌卡因、阿替卡因、吩噻嗪等；抑制非竞争性三磷酸腺苷酶的β阻滞剂；抑制呼吸链电子传递的阿司匹林、七氟醚；抑制内源性辅酶Q合成的他汀类药物；抑制脂肪酸β氧化的四环素、胺碘酮；降低线粒体蛋白质合成及减少线粒体的数量的苯巴比妥、氯霉素；降低肉碱水平及降低呼吸链酶复合体活性的阿霉素、丙戊酸钠；导致乳酸酸中毒的双胍类药物及利奈唑胺。但上述药物并非对所有线粒体病患者都有害，在临床使用时应综合权衡药物的药效、不良反应和性价比，并结合患者的具体病情进行个体化治疗，可以在综合评判的前提下谨慎地使用这些药物，一旦发生不良反应，立即停用。
【预后】
预后与发病年龄和临床表现密切相关，发病越早，临床症状越多，预后越差。MELAS的主要死亡原因是卒中样发作和癫痫持续状态，多在发病后10～15年死亡。
【病因及发病机制】
线粒体疾病是一种由mtDNA或nDNA缺陷突变导致的多系统代谢性疾病，基因突变导致线粒体呼吸链酶复合体蛋白功能缺陷，尤其是酶复合体I和Ⅳ的活性下降，进而引发线粒体功能障碍，导致三磷酸腺苷生成减少、氧自由基增多和乳酸堆积。在能量需求高的器官或组织（脑、心肌、骨骼肌）更易出现损害。
表12-3-1为不同类型疾病基因突变位点。
表12-3-1 不同类型疾病基因突变位点
【病理】
一般取肢体近端肌肉标本进行冰冻切片的组织学和酶组织化学染色，可见破碎红纤维、琥珀酸脱氢酶深染的肌纤维或血管、细胞色素氧化酶C阴性肌纤维以及深染的肌纤维，上述改变也出现在其他神经肌肉病。年龄大于40岁的健康人可以出现个别细胞色素氧化酶C阳性的破碎红纤维、琥珀酸脱氢酶深染肌纤维以及细胞色素氧化酶C阴性肌纤维，不能单独依靠肌肉活体组织检查确定是线粒体病，许多核基因突变导致的线粒体病没有骨骼肌的形态学改变。
【健康管理】
当MELAS的基因变异位于nDNA时，其遗传咨询同其他单基因病相同。当MELAS的基因变异位于mtDNA时，遵从母系遗传规律。由于含有不同突变负荷的线粒体在女性生殖细胞内分布是随机的，对携带致病突变的妊娠女性，胎儿携带变异mtDNA的概率难以确定，产前诊断仍存在很大难度。
一般认为，对于母亲携带突变比例较低者，可以通过母孕中早期的产前诊断评估胎儿的突变比例并结合突变比例与疾病的相关性，给予一定的咨询建议作为参考，也可以通过植入前诊断挑选未见突变或突变比例很低的胚胎植入；对于母亲携带率较高或纯质性突变者，可以通过供卵的方式进行生育或线粒体移植的体外生殖方式防止突变的线粒体传递。线粒体移植是将携带mtDNA突变的卵细胞或受精卵的细胞核，移植到去除细胞核的捐赠卵细胞内，从而保留了来自双亲的细胞核遗传物质，而突变的线粒体基因被去除。但是该方法还有伦理学上的限制，而且对于胎儿远期的健康问题还没有研究。
（李润楠 郝永岗）