细胞生物学之线粒体脑肌病课件.ppt

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1、细胞生物学之线粒体脑肌病细胞生物学之线粒体脑肌病第1页，此课件共66页哦一一 定定 义义 线 粒 体 脑 肌 病(mitochondrial encephalomyopathy)是指由线粒体基因或细胞核基因发生缺失或点突变导致的线粒体结构和功能异常,引起细胞呼吸链及能量代谢障碍,主要累及脑和横纹肌的一类疾病 第2页，此课件共66页哦60年代,Luft等于1962年首次报道了线粒体肌病 由线粒体氧化磷酸化偶联障碍引起的肌病和非甲状腺功能亢由线粒体氧化磷酸化偶联障碍引起的肌病和非甲状腺功能亢进性高代谢状态进性高代谢状态随后,En-gel在光镜下观察不整边红纤维(sRRF)1977年,Shapria

2、首次提出了线粒体脑肌病的诊断80年代,Wallace在Leber遗传性视神经病中证实了线粒体DNA(mitochondrialDNAmtD-NA)的点突变Holt在线粒体脑肌病中证实有mtDNA的减失从而使人们对线粒体病有了崭新的认识。发展历程发展历程第3页，此课件共66页哦二 线粒体线粒体是普遍存在于生物体细胞内进行生物氧化,从而产生能量的细胞器,它通过呼吸链酶系统、氧化磷酸化酶系统、三羧酸循环酶系统,以脂肪酸、丙酮酸为底物,经呼吸链传导系统产生ATP,从而构成人体能量的主要来源第4页，此课件共66页哦线粒体的线粒体的形态形态 一般呈粒状或杆状，也可呈环形，哑铃形、线状、分杈状或其它形状。主

3、要化学成分是蛋白质和脂类，其中蛋白质占线粒体干重的65-70%，脂类占25-30%。第5页，此课件共66页哦线粒体由内外两层膜封闭，包括外膜、内膜、膜间隙和基质四个功能区隔。http:/ 线粒体病的临床特征是由mtDNA的遗传特性决定的每一个细胞有几百甚至几千个线粒体,而每一个线粒体平均有5个mtDNA 分子mtDNA是独立于是独立于细胞核染色体之外胞核染色体之外的又一个基因的又一个基因组第8页，此课件共66页哦与的主要不同之与的主要不同之处处包括包括以下四个方面以下四个方面非孟德尔的母系遗传：为母系遗传，发生在生殖细胞系中的突变能通过女儿传递给子代，引起母系家族性疾病，而在发育过程中体细胞发

4、生的突变则会引起散发性疾病和与年龄相关的氧化磷酸化（）活性降低第9页，此课件共66页哦异质性与阈值效应：线粒体几乎存在于人体的所有细胞中，且每个细胞中含有成百上千个线粒体，有害的突变基因常常仅影响部分，这就使细胞、组织中同时存在野生型和突变型，这种野生型和突变型同时存在的现象称为异质性。当突变数目达到某一数量时，可引起某组织或器官的功能异常而出现临床症状，这就是阈值效应。阈值的高低与该组织器官对线粒体产生的的依赖程度而定。对有氧代谢依赖程度高的组织其突变的病理阈值低于依赖于无氧糖代谢的组织第10页，此课件共66页哦半自主复制与协同作用：虽有自我复制、转录和编码功能，但该过程还需要数十种编码的酶

5、参加，如聚合酶、聚合酶与蛋白质合成酶等，因此基因的表达同时也受的制约，两者具有协同作用。线粒体编码基因排列紧凑、无间隔区且部分区域存在重叠，因此，任何突变都会累及到基因组中的重要功能区域。同时，缺乏有效的修复系统及组蛋白的保护，加之位于线粒体的内膜，很容易受自由基侵害而发生突变，因此其突变频率约为的倍，此外对突变的固定也比快倍，而且体细胞新生突变会随着年龄的上升而逐渐积累。第11页，此课件共66页哦nDNA改变引起的线粒体功能障碍呈孟德尔遗传呈孟德尔遗传编码线粒体蛋白的基因缺陷 线粒体蛋白质转运的缺陷 基因组间交流的缺损 大多由nDNA突变造成的线粒体病（包括Leigh综合征、MNGIE、MD

6、S）都是常染色体隐性的，意味着这类线粒体病的发生需要父母双方提供的基因拷贝都含有相同的点突变。第12页，此课件共66页哦上述mtDNA的遗传和突变特征决定了线粒体病的临床表现具有以下特点:多呈母性遗传特征,但核基因突变导致的线粒体病可呈常染色体显性或常染色体隐性遗传;儿童好发,多伴有体格和智能发育迟滞;脑和骨骼肌等对能量依赖程度较高的器官容易同时受累;可合并神经肌肉以外的其他系统的症状和体征;进行性的病程,但某些症状可有不同程度的缓解甚至完全消失,与此同时又有其他新的症状出现;同一症状和体征也可有多次缓解、复发;线粒体病也可以表现为单一器官受累,如耳蜗神经、视神经、脂肪组织、骨骼肌或心肌。第1

7、3页，此课件共66页哦 线粒体疾病主要分为两大类：遗传性和获得性疾病，前者病因包括核DNA损害、线粒体DNA损害和基因组间的通讯障碍，后者主要由毒素、药物和衰老引起。目前的主要研究集中于线粒体DNA突变与线粒体疾病临床表型的相互关系上。三三 线粒体脑肌病线粒体脑肌病第14页，此课件共66页哦 许多人类疾病的发生与许多人类疾病的发生与线粒体功能缺陷相关线粒体功能缺陷相关，如线粒体肌病和脑肌病、线粒体眼病，老如线粒体肌病和脑肌病、线粒体眼病，老年性痴呆、帕金森病、年性痴呆、帕金森病、型糖尿病、心肌病型糖尿病、心肌病及衰老等，有人统称为线粒体疾病。及衰老等，有人统称为线粒体疾病。第15页，此课件共6

8、6页哦 线粒体结构、功能异常可以导致多系统损害,其中以脑和肌肉受累最为多见第16页，此课件共66页哦1.神经系统：惊厥、痉挛、发育迟缓、听力障碍、痴呆、40岁之前的中风症状、视觉系统损害、平衡功能障碍以及周神经病变等。2.眼：眼睑下垂（上睑下垂）、眼球运动动障碍（眼外肌麻痹）、失明（视网膜炎、视神经萎缩）、白内障。3.心脏：原发性心肌病（心肌衰弱）、传导阻滞。多系统损害第17页，此课件共66页哦4.肝：肝功能衰竭（仅在mtDNA缺失综合征患儿中常见）。5.肾：范可尼综合征（尿基本代谢产物丧失）、肌红蛋白尿。6.骨骼肌：肌无力、运动不能、抽筋7.消化道：反酸、呕吐、慢性腹泻、肠梗阻。8.胰腺：糖

9、尿病。9.耳：神经性耳聋（mtDNA 的突变有可能导致内耳毛细胞、血管纹听神经元的线粒体功能障碍而影响听觉功能）多系统损害第18页，此课件共66页哦 Kearns-Sayre综合征（KSS）Leigh综合征 线 粒 体DNA缺 失 综 合 征（mitochondrial DNA depletion syndrome，MDS）线粒体脑肌病、乳酸中毒以及卒中样发作（mitochondrial encephalomyopathy,lactic acidosis and strokelike episodes，MELAS）肌阵挛性癫痫发作伴破碎红纤维（myoclonus epilepsy with r

10、agged red fibers，MERRF）临床分型第19页，此课件共66页哦 线粒体神经消化道脑肌病（mitochondrial neurogastrointestinal encephalomyopathy，MNGIE）神经病、共济失调及色素性视网膜炎（neuropathy,ataxia and retinitis pigmentosa，NARP）Pearson综合征 进行性眼外肌麻痹（progressive external ophthalmoplegia，PEO）临床分型第20页，此课件共66页哦三种最常见类型线粒体脑肌病伴乳酸中毒和卒中样发作综合症（MELAS）Kearns-Say

11、re综合症（KSS）肌阵挛癫痫伴不整边红纤维综合症(MER-RF)第21页，此课件共66页哦线粒体脑肌病伴乳酸中毒和卒中样发作综合症（MELAS）线粒体脑肌病第22页，此课件共66页哦MELAS临床特点：母系遗传1040岁发病，10岁前发育正常。首发症状为运动不耐受、卒中样发作、偏轻瘫、失语、皮层盲或聋。并有肢体无力、抽搐或阵发性头痛、智能低下痴呆及乳酸血症第23页，此课件共66页哦MELAS影像学CT可见30%70%苍白球钙化MRI皮层有层状异常信号的特征所见。第24页，此课件共66页哦第25页，此课件共66页哦第26页，此课件共66页哦http:/ 乙酰天门冬氨酸/肌酸(/)比值降低乳酸/

12、肌酸(/)比值升高临床症状被控制后,其/比值仍持续增加,脑实质乳酸呈弥漫升高。其根源在于线粒体机能障碍导致呼吸链缺陷,病灶区低代谢和继发性低灌注,使乳酸水平持续增加受累细胞产生的乳酸产物和(或)许多异常线粒体经无氧糖酵解,造成乳酸清除率缓慢。第31页，此课件共66页哦http:/ Kearns-Sayre综合症 （KSS）第38页，此课件共66页哦KSS临床特点多在20岁前发病视网膜色素变性心脏传导阻滞眼外肌麻痹其他发病症状可有头痛发作、肢体无力、矮小、智能低下,少数有内分泌功能低下、甲状旁腺功能低。肌活检少数病人可见RRF和异常线粒体,CT和MRI有的可见基底节钙化和白质病变。第39页，此课

13、件共66页哦完全型 KSS：眼外肌瘫痪，视网膜色素变性，心脏传导阻滞三联征不全型 KSS：眼外肌瘫痪或伴有其他一项。第40页，此课件共66页哦KSS影像CT:苍白球钙化MRI:皮层和白质异常信号。第41页，此课件共66页哦KSS基因基因检测特点为mtDNA缺失或大量重排。第42页，此课件共66页哦KSS的CNS组织病理学改变（1）海绵状脑病神经元退行性变星形细胞增生第43页，此课件共66页哦KSS的CNS组织病理学改变（2）海绵状脑病 按发生频率的多少排序依次为:脑干被盖、小脑和大脑白质、颈段脊髓、基底节和间脑。发生于白质的海绵状改变,通常为弥漫性病变,第44页，此课件共66页哦KSS的CNS

14、组织病理学改变（3）神经元退行性变：其发生频率仅次于海绵状脑病病变部位以脑干和小脑为主,部分病例有丘脑和基底节的神经元退行性变。脑干最易发生神经元退行性变的部位是黑质、红核、前庭神经核及动眼神经核小脑的病变常表现为蒲肯野氏细胞的脱失,很少发生齿状核细胞数目减少或分子层萎缩。第45页，此课件共66页哦KSS的CNS组织病理学改变（4）星形细胞增生：常在上述的病变区域内有星形胶质细胞增生,而较少出现脱髓鞘性病变。即使出现脱髓鞘改变,也常与海绵状脑病的严重程度有关,并多分布在大脑和小脑的白质,以及脊髓后索。铁质沉着：有报道了苍白球及黑质中的铁质沉着,丘脑也可以发生这种改变,通常的表现是在毛细血管周和

15、动脉壁周有颗粒状的钙铁物质沉积。很少发生灶状坏死的改变。第46页，此课件共66页哦肌阵挛癫痫伴破碎红纤维综合症 (MER-RF)第47页，此课件共66页哦MER-RF临床特点肌阵挛癫痫发作小脑共济失调乳酸血症RRF少数有智能低下、痴呆,有神经聋、矮小、弓形足等畸形。脑电图显示为棘慢波综合,肌活检见RRF、异常线粒体和包涵体。第48页，此课件共66页哦MER-RF影像学CT和MRI可见小脑萎缩和大脑白质病变。第49页，此课件共66页哦MER-RF基因基因检测可见8344或8356核苷酸点突变。8090%MERRF患者mtDNA的tRNA基因的第8344位存在AG突变，小部分患者在同一基因的8 3

16、56位存在TC突变。主要影响线粒体呼吸链的酶复合物和，该突变使蛋白质合成受阻。第50页，此课件共66页哦MERRF的CNS组织病理学改变（1）神经元进行性退变星形胶质细胞增生有髓神经纤维束的变性。第51页，此课件共66页哦MERRFMERRF的CNS组织病理学改变（2）神经元进行性退变：小脑:齿状核的神经元退行性变,神经元减少、脱失,蒲肯野氏细胞只有少量轻度的脱失,颗粒细胞层很少发生神经元的脱失脑干:橄榄核下方是发生神经元退行性变最重的部位,其次为红核及黑质,薄核和楔核神经元的脱失也比较常见,而前庭核和蓝斑却很少发生。脊髓：Clarke核的神经细胞减少,而前角、后角的病变很轻微。第52页，此课

17、件共66页哦MERRFMERRF的CNS组织病理学改变（3）在神经元退行性变的区域内,常有胶质细胞增生。脱髓鞘性病变主要发生于小脑脚上脚和脊髓小脑后束。仅有个别病例报道了大脑半球和皮层下白质的海绵状改变。MERRF一般不发生铁质沉着。第53页，此课件共66页哦辅助检查方法辅助检查方法 1.血液生化检查 血乳酸、丙酮酸最小运动量试验约80以上的病人表现异常,如血乳酸、丙酮酸含量升高,运动后10分钟仍不降至正常,对诊断价值较大。线粒体呼吸链复合体活性及测定载体肉毒碱的水平,是诊断的一种可靠的方法。第54页，此课件共66页哦辅助检查方法辅助检查方法 2.神经电生理检查 为肌原性损害,有些线粒体脑肌病

18、的病人,无力症状虽不明显,但也可示有肌原性改变,部分病人还可见有周围神经或神经肌肉接头处受累的征象。3.线粒体DNA分析 运用分子生物学方法检测线粒体DNA,可发现有缺失及点突变等,为诊断该病最可靠的依据。第55页，此课件共66页哦北大医院北大医院 mtDNA nt8344 AG mtDNA nt8344 AG突变（与突变（与MERRFMERRF有关）有关）mtDNA nt8993 TGmtDNA nt8993 TG、TCTC突变（与母系遗突变（与母系遗传传Leigh Leigh 综合征有关）综合征有关）mtDNA nt3243 AGmtDNA nt3243 AG突变（与突变（与MELASME

19、LAS有关）有关）mtDNA nt1555 AGmtDNA nt1555 AG突变（与氨基甙类抗生突变（与氨基甙类抗生素致聋有关）素致聋有关）与与KSS/CPEOKSS/CPEO有关的有关的mtDNAmtDNA片段缺失片段缺失 第56页，此课件共66页哦4.肌肉活检 冰冻切片组织化学染色,显示碎红纤维及糖、脂肪异常堆积,如碎红纤维超过4则有重要的诊断价值。电镜下观察,除有大量形态异常的线粒体外,并在这些线粒体内有结晶状、板层状及同心圆样的包涵体,同时尚发现大量脂滴或糖原颗粒堆积。5、CT或MRI检查：线粒体脑肌病患者可见白质脑病、基底节钙化、脑软化、脑萎缩和脑室扩大等。辅助检查方法辅助检查方法

20、 第57页，此课件共66页哦诊断诊断根据四肢近端极度不能耐受的疲劳、身体矮小和神经性耳聋等，伴有各亚型临床特征；血乳酸、丙酮酸增高，肌肉活检发现RRF，mtDNA缺失或点突变等。第58页，此课件共66页哦线粒体病的所有并发症肌肉无力、运动不耐受、听力障碍、共济失调、惊厥、学习障碍、白内障、心脏缺陷、糖尿病以及发育迟缓都不是线粒体病所特有的。当然，如果某患者明显地表现出其中的三至多项病症，特别是当症状显现在不止一个器官系统中时，那么应怀疑是线粒体病患者。第59页，此课件共66页哦鉴别诊断鉴别诊断 需要舆多发性肌炎、重症肌无力、周期性瘫痪和眼咽型进行性肌营养不良等鉴别 第60页，此课件共66页哦鉴

21、 别 诊 断病毒性脑炎：病毒性脑炎：病毒感染造成的颅内炎症可以以皮层损害为主，多以额叶、颞叶为主。第61页，此课件共66页哦重症肌无力：肌无力和不能耐受疲肌无力和不能耐受疲劳需与线粒体肌病鉴别，本病肌电劳需与线粒体肌病鉴别，本病肌电图出现低频电刺激递减现象，乙酰图出现低频电刺激递减现象，乙酰胆碱受体抗体阳性。胆碱受体抗体阳性。第62页，此课件共66页哦肌营养不良：多见于儿童，男性多见于儿童，男性为主，进行性加重的肌无力和萎缩，为主，进行性加重的肌无力和萎缩，肌酶升高，但血或脑脊液乳酸水平肌酶升高，但血或脑脊液乳酸水平不高，肌肉病理提示肌纤维坏死、不高，肌肉病理提示肌纤维坏死、变性和间质增生，大

22、小不等，无变性和间质增生，大小不等，无RRFRRF，NADHNADH、SDHSDH及及COXCOX染色正常。染色正常。第63页，此课件共66页哦线粒体脑肌病的治疗一 一般治疗二 代谢治疗三 基因治疗第64页，此课件共66页哦一般治疗一般治疗 给予高热量、低脂肪、富含维生素的饮食，特别应限制长、中链脂肪酸的摄入。少量多餐，或在进行剧烈运动前后补充高碳水化合物，可预防横纹肌溶解。丙酮酸羧化酶缺少的患者推荐高蛋白、高碳水化合物和低脂肪饮食第65页，此课件共66页哦代谢治疗代谢治疗肌酸、L-肉毒碱和coQ10补充疗法通常混合为“鸡尾酒”来使用以治疗线粒体病，是人体内三种参与ATP合成的自然物质 肌酸，可形成一种称为肌酸磷酸盐的高能化合物而成为ATP的储备产物。当某细胞对ATP的需求量超过其本身线粒体的负荷时，肌酸可释放磷酸盐（即ATP中的“P”）迅速加强ATP的供应。实际上，肌酸磷酸盐（亦称为磷酸肌酸）是肌肉做需要大量ATP的爆发运动时首要的供能物质。第66页，此课件共66页哦