摘要

基因分析范围

诊断

临床特征

临床描述

线粒体DNA相关性Leigh综合征 (亚急性坏死性脑脊髓病). 症状发作可始于新生儿期至成年期，常介于12月龄至3岁之间，且常继发于病毒感染。25%的患者可出现晚期发病(即发病年龄>1岁，包括成年期发病)及病情进展较缓慢[Goldenberg et al 2003, Huntsman et al 2005]。

Leigh综合征是一种进行性神经退行性疾病。初始特征可无特异性，例如发育停止及持续呕吐。疾病发作间期可出现失代偿（常伴血液和/或CSF乳酸浓度增高），常与精神运动迟缓或倒退有关。初期失代偿后可出现一段恢复期，但患者极少可恢复至发病前的发育状态。

神经系统症状包括肌张力低下、痉挛、肌张力障碍、肌无力、反射减弱或反射亢进、癫痫发作（肌肉阵挛或强直阵挛性发作)、婴儿痉挛症、运动障碍（包括 舞蹈症）、小脑共济失调及周围神经病。脑干病变可引起呼吸困难（呼吸暂停、过度通气或不规则呼吸）、吞咽困难、持续呕吐和体温调节异常（体温过低或过高）。 眼科疾病包括视神经萎缩、视网膜色素变性和眼球运动障碍[Morris et al 1996, Rahman et al 1996, Tsuji et al 2003]。

非神经系统表现可包括心源性（肥厚型心肌病[Agapitos et al 1997]）、肝源性（肝肿大或肝衰竭[Leshinsky-Silver et al 2003a]）或肾源性（肾小管病或弥漫性肾小球囊性病变损伤 [Yamakawa et al 2001, Tay et al 2005]）疾病。

表2列出了Leigh综合征和Leigh样综合征患者各种临床表征的发病率，这些患者体内可存在或不存在mtDNA致病突变(数据已根据Rahman et al [1996]所报告信息进行了更新以反映原始报道中的六名患者mtDNA致病突变的后续检测过程)。一些特征在mtDNA突变患者身上似乎更为常见，例如高达40%的mtDNA8993基因突变患者可出现延髓疾病和（尽管Rahman et al [1996]未曾对其进行专门研究）色素视网膜变性[Santorelli et al 1993]。血缘关系在不存在mtDNA基因突变的个体中更为常见，这些患者多数存在常染色体隐性遗传病（参见鉴别诊断)。然而，对大多数Leigh综合征患者而言，根据某一特定患者的临床特征总结并不能明确得出该疾病潜在的遗传起源（mtDNA vs 核基因致病性突变)。

大多数患病个 体都会在疾病稳定阶段间歇出现疾病恶化，患者在稳定阶段时的发育可相对稳定，甚至可出现好转。这些稳定阶段的持续时间各异，在极罕见的情况下可持续 十年或更久。通常情况下，患者常于2-3岁死亡，主要死因为呼吸或心脏衰竭。对未明确诊断的患者而言，其死亡可能相当突然或意外。

表2.

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表3.

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基因型-表型相关性

对大多数mtDNA致病性突变而言，很难明确区别基因型和表型之间的单因素相关性，因为mtDNA致病突变的临床表达不仅可受到突变本身致病性的影响，也受到突变型和野生型mtDNA相对数量(异质性突变负荷)、不同组织间变异负荷差异及脑部和其他组织的能量需求（可随年龄而变化）的影响。

在所有mtDNA致病性突变中，m.8993T>G突变和m.8993T>C致病突变所显示的基因型-表型关联可能是最为密切的。尤其是它们在突变负荷层面表现出极少的组织依赖性或年龄依赖性差异 [White et al 1999c]，而且突变负荷和疾病严重程度之间具有显著相关性使得White等[1999a]建立了Logistic回归模型用于根据m.8993T>G和m.8993T>C突变负荷测量结果预测个体出现预后较差的可能性 (图 1)。然而，需要注意的是，这种回顾性研究无法完全避免确认偏倚，因而该研究数据仅可作为大体参考而不能作为精确数据。

鉴别诊断

NARP

• 神经源性肌无力和神经病 (参见夏-玛丽-牙遗传性神经病概述)
• 共济失调 (参见遗传性共济失调概述)
• 视网膜色素变性(参见 视网膜色素变性概述)

Leigh综合征. 大多数Leigh综合征患者的疾病都并非由mtDNA致病性突变所引起，而是常染色体隐形遗传或X染色体遗传所致的线粒体能量生成障碍所引起。既往研究者们认为mtDNA致病性突变仅可引起极少部分的Leigh综合征发病 [Morris et al 1996]。然而，在大多关于大量Leigh综合征患病个体的报告中，发现因mtDNA突变而引起的Leigh综合征约占10%-30% [Santorelli et al 1993, Rahman et al 1996, Makino et al 1998]。Rahman等[1996]对67名Leigh或Leigh样综合征患者进行的进一步分析报告称已经明确整个群体中存在mtDNA致病性突变的比例为27%，而37%的个体可符合Leigh综合征的严格诊断标准 (表2) [作者，个人沟通]。

关于引发呼吸链酶复合物缺陷和Leigh综合征的核基因致病性突变的总结可参见表4。也可参见核基因缺陷性Leigh综合征。

表4.

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引发或类似Leigh综合征的其他疾病包括：

• 丙酮酸脱氢酶缺乏症，常由X染色体连锁基因PDHA1突变引起，该基因可编码E1α亚单位 [Rahman et al 1996, Lissens et al 2000]。编码E1β亚单位的PDHB基因突变和编码E3结合蛋白的PDHX基因突变也与Leigh综合征有关 [Schiff et al 2006, Quintana et al 2009]。
• 二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)缺乏症[Grafakou et al 2003]
• LIAS基因[Baker et al 2014]和LIPT1基因[Soreze et al 2013]突变所诱发的硫辛酸生物合成缺陷
• SLC19A3基因[Gerards et al 2013]突变所诱发的硫胺素转运蛋白-2缺陷
• 生物素酶缺乏 [Mitchell et al 1986]
• 有机酸尿症。类似Leigh综合征的双侧对称性基底节病变可见于由ETHE1基因[Mineri et al 2008]突变所诱发的酸性脑病及由HIBCH基因[Ferdinandusse et al 2013]突变所诱发的3-羟基-异丁酰-CoA水解酶缺乏症；目前认为这两种情况下的脑损伤都是由毒性代谢产物累积所致。
• 双侧纹状体坏死 [De Meirleir et al 1995, Thyagarajan et al 1995]。常染色体隐性遗传婴儿双侧纹状体坏死可由下列基因突变引起：
  • SLC25A19基因，编码线粒体焦磷酸硫胺素载体[Spiegel et al 2009]；
  • NUP62基因，编码一种核孔蛋白成分[Basel-Vanagaite et al 2006]；以及
  • ADAR1基因，编码作用于RNA的编辑蛋白腺苷脱氢酶[Livingston et al 2014]。
• 急性坏死性脑病可由病毒感染诱发。近期研究发现可编码另一核孔成分的 RANBP2基因突变与感染诱发性家族性急性坏死性脑病有关[Neilson et al 2009]。
• 病毒性脑炎[Suwa et al 1999]
• 其他具有类似神经影像学改变的神经退行性疾病，包括泛酸激酶相关性神经退行性病变[Curtis et al 2001]、甲基丙二酸血症和丙酸血症。

疾病管理

初步诊断后评估

为了明确疾病范围以及了解mttDNA相关性LS或NARP患者的个体需求，建议对其进行如下评估：

• 发育评估
• 神经学评估、MRI、MRS [Takahashi et al 1999]，EEG (如怀疑癫痫)，以及神经传导检查（如怀疑为神经病）
• 代谢评估，血浆及脑脊液乳酸和丙酮酸浓度、尿有机酸
• 眼科评估
• 心脏评估
• 临床遗传学咨询

症状治疗

目前尚无针对mtDNA相关性LS和NARP的具体治疗方案，支持性疗法包括以下内容：

• 酸中毒：碳酸氢钠或枸橼酸钠可用于酸中毒急性加重期治疗。 
• 癫痫发作：在神经科医师的指导下根据患者的癫痫类型选择适宜的抗癫痫药物进行治疗。由于丙戊酸钠和巴比妥类药物对线粒体呼吸链酶具有抑制作用，治疗时应避免使用这些药物 [Melegh & Trombitas 1997, Anderson et al 2002]。
• 肌张力障碍：
  • 苯海索、巴氯芬、丁苯喹嗪和加巴喷丁单独给药或联合用药可治疗肌张力障碍；治疗应从低剂量给药开始，并逐渐增加给药剂量至控制症状或患者出现了不能耐受的副作用。
  • 肉毒杆菌毒素注射剂也可用于治疗Leigh综合征及患有严重难治性肌张力障碍的患者。
• 心肌病：患者可能需要采用抗心脏充血性治疗，应在心脏科医师的监督下用药。

须对患者每日热量摄入及饮食结构是否合理进行定期评估，包括微营养元素和喂养管理。

对患病个体及其家属提供心理支持十分必要。

疾病监测

定期 (通常为每6-12个月)对患病个体进行随访以监测其疾病进展及有无出现新的症状。另外，建议对其进行神经系统、眼科及心脏学评估。

避免用药/情况

丙戊酸钠和巴比妥类药物应避免使用，因其对线粒体呼吸链酶具有抑制作用[Melegh & Trombitas 1997, Anderson et al 2002]。

麻醉可加重呼吸症状并导致患者出现呼吸衰竭，因而，患者接受麻醉时应谨慎，且应在麻醉操作前、操作过程中及操作完成之后对患者进行密切监测。 [Shear & Tobias 2004, Niezgoda & Morgan 2013]。

二氯乙酸盐(Dichloroacetate，DCA) 可通过激活丙酮酸脱氢酶复合物而降低血液中乳酸水平。

• 轶闻报道已表明DCA可使mtDNA相关的Leigh综合征出现一些短期的临床症状改善[Takanashi et al 1997, Fujii et al 2002]。
• 一项DCA应用于另一种线粒体疾病 MELAS的双盲安慰剂对照试验未发现该药物对治疗疾病有任何益处，却发现DCA对周围神经具有毒副作用[Kaufmann et al 2006]。
• 一项后续报道描述了36名先天性乳酸酸中毒患儿长期接受DCA给药的结局(开放性随机对照试验）[Stacpoole et al 2008]， 该研究总结称年幼先天性乳酸酸中毒患儿对口服DCA耐受良好，无法判定长期DCA给药相关的周围神经病是否应归因于药物作用或归因于潜在的疾病过程。鉴于 在这些情况下存在疾病本身可诱发周围神经病的潜在风险，因此，mtDNA相关的LS或NARP患者避免使用DCA。

亲属风险评估

高危母系亲属接受分子基因检测可发现存在较高突变负荷因而会出现症状的高危个体。然而，目前尚无可靠的干预措施可以改善疾病症状。

 关于高危亲属检测以进行遗传咨询的问题，请参见遗传咨询。

尚在研究中的治疗方案

抗氧化剂, 包括辅酶Q10及其类似物，例如艾地苯醌可增强m.8993T>G突变个体培养细胞的功能及活力[Geromel et al 2001, Mattiazzi et al 2004]，但目前尚无证据表明该药物可用于治疗Leigh综合征。研究者们正在对在培养细胞和动物模型中对氧化应激显示出更强保护作用的新型线粒体靶向抗氧化剂（例如mitoQ) [Jauslin et al 2003, Adlam et al 2005] 进行研究，将其作为治疗一系列氧化应激相关疾病的潜在治疗方案。

EPI-743是辅酶Q10的结构异构体(醌环上的二甲氧基团被二甲基取代，且链长为3个而非10个异戊二烯基单位)，在一次药物筛查中发现与天然辅酶Q10相比，其抗氧化能力增强了1000倍[Enns et al 2012]。在终末坏境下开展的开放性试验显示与自然历史数据相比，该药物似乎可以延缓疾病进展[Enns et al 2012, Martinelli et al 2012]，但是由于Leigh综合征自然史的极其不可预测性，增加了解读开放性研究结果的难度。目前一项关于EP1-743应用于Leigh综合征患儿的随机双盲交叉临床试验正在进行当中[Klein 2012]。

基因疗法为降低个体细胞中突变mtDNA比例提供了一种潜在方法。然而，下文中讨论的所有治疗方法距离临床应用依然还很遥远。

多项关于培养细胞的研究已经表明一种线粒体靶向限制性内切酶可识别并降解在NARP及mtDNA相关的LS中发现的含有m.8993T>G致病突变的mtDNA，而野生型mtDNA则可不受影响而保持完整[Tanaka et al 2002]。

另一项研究使用一种腺病毒载体将限制性内切酶转运至细胞内线粒体，且无证据可表明治疗细胞出现核DNA损伤 [Alexeyev et al 2008]。

近期一种新型疗法使用转录激活因子样效应物核酸酶（Transcription activator-like effector nuclease，TALEN），经过设计可识别定位线粒体及将突变mtDNA从含有m.14459G>A 致病突变的转线粒体细胞中清除，该突变是一种母系遗传突变，可诱发Leigh综合征[Bacman et al 2013]。在异位基因表达中，mtDNA基因被重新编码便于插入及从细胞核中表达。这项技术被成功应用于转换重新编码的线粒体MTATP6基因，从而弥补了含有与母系遗传LS及NARP相关的m.8993T>G致病突变的转线粒体细胞中的ATP 合成缺陷[Manfredi et al 2002]。

研究者们已经通过一项类似的以小鼠为模型关于mtDNA异质性的原理论证研究获得了令人振奋的结果，该研究以改变重组病毒转导的肌肉和大脑mtDNA异质性为目的[Bayona-Bafaluy et al 2005]。对于存在某种异质性mtDNA致病突变的个体而言，该策略或许可起到预防疾病发作或逆转临床症状的作用。

关于更多疾病和病情的临床研究信息，可搜索网址：ClinicalTrials.gov。

其他

各种维生素和其他化合物常用于疾病治疗，以期能够改善线粒体功能。最为常见的药物包括核黄素、硫胺素及辅酶Q10 (给药剂量均为50-100 mg/三次/日) [Panetta et l 2004]。

高脂饮食处方，即每日摄入热量的50%-60%由脂肪提供，可用于治疗由酶复合物Ⅰ缺陷而引起的Leigh综合征患者，但目前尚无证据证明使用该方法可治疗Leigh综合征。

生物素、肌酐、琥珀酸盐及艾地苯醌也曾被用于治疗该疾病。一些较轻微的线粒体疾病患者使用这些药物后可出现部分疗效，但针对NARP或LS的持续治疗效果尚无报道。

目前已有多项研究探讨了上调线粒体生物合成是否可作为线粒体呼吸链酶疾病的有效治疗方法。该方法涉及受体激动剂的使用，例如苯扎贝特或白藜芦醇，以刺激过氧化物酶体增生物激活受体γ（Peroxisome proliferator-activated receptor gamma，PPARγ) 辅激活因子α (PGC-1alpha)通道。 

• 苯扎贝特治疗应用于肌特异性复合物IV缺陷小鼠模型，结果提示该治疗可增加小鼠体内复合物IV的活性及提高其生存率[Wenz et al 2008]。
• 第二项研究以来自各种呼吸链酶缺陷患者的成纤维细胞为研究对象，研究结果令人满意；苯扎贝特治疗后，接受检测的14个患者细胞系中有9个细胞系的缺陷呼吸链酶活性出现显著增加 [Bastin et al 2008]。尽管这些发现将有望促进临床试验发展，但是到目前为止尚无报道显示这些方法可为线粒体疾病患者提供有效治疗。

另一项研究探索使用α-酮戊二酸盐和天冬氨酸盐用于治疗m.8993T>G致病突变所引起的转线粒体胞质异质性[Sgarbi et al 2009]。其理论基础在于这些底物可增加三羧酸循环通量，从而增加独立于氧化磷酸化之外的ATP生成(即所谓的“底物水平磷酸化”)。初步结果令人满意，但在考虑临床应用之前仍须开展进一步研究。

最后，一项近期研究提示了另一种前景较好的方法，即雷帕霉素可明显延缓Leigh综合征在 Ndufs4-/-小鼠模型的发病及症状进展[Johnson et al 2013]。其作用机制尚不明确，似乎并非通过既往已知机制发挥作用，例如免疫抑制、刺激自噬系统或诱发线粒体未折叠蛋白反应。然而，Ndufs4-/-小鼠脑部检查显示哺乳动物雷帕霉素靶向蛋白（Mammalian target of rapamycin，mTOR） 激活，该蛋白是一种营养传感及生长的核心调控物质。雷帕霉素抑制 mTOR激活提示细胞信号通路修复可能是产生疗效的关键。但是雷帕霉素可引起多种副作用(例如免疫抑制、高脂血症、伤口愈合延迟），使其临床应用受到限 制；然而，该报告发现了一种潜在的针对Leigh综合征和其他线粒体疾病的新型靶向通路

遗传咨询

遗传咨询是为个体和家庭提供有关遗传疾病性质、遗传特征及疾病预后信息以便帮助他们做出明智的医疗和个人选择的过程。以下部分将论述遗传风险 评估及如何根据家族史和基因检测以明确家庭成员的遗传状态。这一部分内容并非致力于解决患者可能会面对的所有关乎个人、文化或伦理的问题，也不可代替遗传 学专业人士会诊 —ED。

遗传模式

线粒体DNA相关的Leigh综合征和NARP均通过母系遗传获病。

家族成员风险

先症者父母

• 先症者的父亲不存在出现mtDNA致病突变的风险。
• 先症者的母亲常存在mtDNA致病突变，且可能会出现症状。
  • 多数情况下，母亲体内的致病突变负荷要明显低于先症者，而且常可维持无症状状态或仅出现轻微症状。
  • 有文献显示，偶尔母亲体内会存在大量突变负荷，可在成年期出现严重症状de Vries et al [1993]。
  • 除了m.8993T>G突变和m.8993T>C突变以外，母亲血液中mtDNA致病突变负荷较低并不能排除其体内其他组织中突变负荷较高，例如脑卒中或肌肉组织。
• 另外，先症者可存在原发性线粒体致病突变。

先症者同胞. 先症者同胞的获病风险取决于其母亲的遗传状态。

• 如果先症者存在mtDNA致病突变，则先症者所有同胞都存在遗传该突变的风险。
• 对于m.8993T>G和m.8993T>C这两种致病突变而言，如果先症者母亲的血液中检测不到mtDNA突变，那么先症者的同胞遗传足量突变mtDNA以诱发症状的风险极低 (总体看来低于10%) 。White et al [1999a] 建立了关于m.8993T>G及m.8993T>C突变预测曲线的逻辑回归模型，该模型可根据母亲血液中的突变负荷预测先症者同胞的疾病再发风险(图2)。母亲体内的突变负荷和预测疾病再发风险之间存在强烈的正相关关系。然而，风险预计的95%置信区间较宽，因而这些数据对遗传咨询的作用有限。
• 除了m.8993T>G和m.8993T>C突变以外，在母亲血中检测不到的突变负荷可在其他组织中检出，包括卵母细胞。因此，先症者同胞出现疾病症状的风险取决于 mtDNA致病突变的组织分布及其突变负荷。