A mitokondriális betegségek diagnózisa

Az öröklődés jellegének és a mitokondriális betegségek klinikai tüneteinek megnyilvánulásának értékelése

Mivel a miotokondriális betegségeket bizonyos esetekben a nukleáris genom károsodása okozhatja, a betegség átvitele a Mendel-féle öröklődési törvényeknek felel meg. Azokban az esetekben, amikor a betegség kialakulását a mitokondriális DNS mutációi okozzák, az öröklődés a mitokondriális típusnak felel meg, azaz anyai vonalon keresztül öröklődik. Végül, amikor a patológia a nukleáris és a mitokondriális genom génjeinek egyidejű károsodásával alakul ki, az öröklődés összetett lesz, és különböző tényezők határozzák meg. E tekintetben a genealógiai elemzés során egy formális jellemző (az öröklődés jellege a családfa alapján) alapján a legkülönbözőbb öröklődéstípusokat lehet megállapítani: autoszomális domináns, autoszomális recesszív, X-hez kötött, mitokondriális.

Az olyan myotokondriális betegségek kialakulása, mint a piruvósav-anyagcserezavar vagy a zsírsavak béta-oxidációja, a Krebs-ciklus, a nukleáris genom génjeinek mutációival jár. Ezeket a patológiákat autoszomális recesszív öröklődés jellemzi, amikor a szülők a mutációk hordozói (heterozigóták), a gyermek pedig mind az apától, mind az anyától öröklött mutációk hordozója (homozigóta). A szülők általában külsőleg egészségesek, és hasonló betegséget vagy annak mikrojeleit a beteg gyermek testvéreinél (proband sibs), valamint anyai és apai ágon rokonoknál (unokatestvérek) kell keresni.

Recesszív, X-kromoszómához kötött öröklődéstípus esetén (pl. újszülöttkori glutársav-aciduria II. típusú vagy a piruvikus komplex E1 alegységének hiánya, Menkes-kór stb.) a fiúk gyakrabban érintettek, az anyák pedig a mutációk hordozói, és azokat fiaiknak örökítik. Az anyai öröklődés abban különbözik az X-kromoszómához kötött öröklődéstől, hogy mindkét nem érintett. Ezekben az esetekben a családfa elemzésekor elemezni kell a betegség előfordulását férfiaknál, mivel nőknél nem jelentkezik. A családfa nem mutatja a betegség apa-fia vonalon történő átadását, mivel az apa csak az Y kromoszómát örökítheti át fiának.

Amikor egy betegség a mitokondriális genom károsodása miatt alakul ki (például számos légzési lánc betegség, Leber-féle optikus neuropátia, MELAS, MERF, NARP szindrómák stb.), az anyai öröklődés nyomon követhető, mivel a gyermek az anyától örökli a mitokondriumokat, és azokat mind fiúknak, mind lányoknak átadhatja. Így mindkét nem egyformán érintett. E tekintetben a betegség anyai vonalon történő átvitelét a családfában kell nyomon követni.

A családfa elemzése és a mitokondriális betegségek tüneteinek keresése során a rokonoknál nem szabad elfelejteni, hogy a betegség súlyossága (a jel kifejezettsége) széles skálán mozoghat, ami a sérült mitokondriumok eltérő számának, károsodásuk jellegének, a mutációk sejtekben való eltérő eloszlásának stb. tudható be. Így nem mindig lehetséges a betegségek nyilvánvaló jeleit kimutatni. Bizonyos esetekben akár egyedi, törölt tüneteket, akár olyan jeleket észlelnek, amelyek célzott keresés során kimutathatók.

A mitokondriális patológia kialakulása összefüggésben állhat a mitokondriumok nagy területeinek károsodásával, az úgynevezett mikrodeléciókkal (például Kearns-Sayre-szindróma, Pearson-szindróma, a süketséggel járó cukorbetegség egyes formái, progresszív külső szemészeti bénulás stb.). Ezekben az esetekben a jellemző tünetek gyakran nem fordulnak elő a rokonoknál, mivel a betegségek kialakulása a petesejt megtermékenyítése után azonnal bekövetkező új mutációk megjelenésével jár ( de novo mutáció). A betegség szórványos. Gyakran ezek mellett a betegségek mellett számos, a mitokondriális DNS többszörös mutációjával összefüggő állapot öröklődik autoszomális domináns módon: például az encephalomyopathia egyes formái, a szemkárosodással járó myopathia, az mtDNS-mutációk (többszörös deléciók) jelenléte ellenére, autoszomális domináns típusú öröklődést mutatnak.

A mendeli öröklődésmóddal ellentétben azonban a mitokondriális patológiában az autoszomális domináns öröklődéstípust a következő generációkban nagyszámú érintett egyén jellemzi.

Végül, néhány mitokondriális betegség, amelyek gyakran a mtDNS mitokondriumok kimerülésével vagy hiányával járnak a sejtekben, autoszomális recesszív módon öröklődhet. Ilyenek például a myopathia veleszületett formái, a kardiomiopátia, a neurodistressz szindróma, a tejsavas acidózis, a májkárosodás stb.

A betegség örökletes átvitelének természetének vizsgálata fontos az orvosi és genetikai prognózis szempontjából, és a klinikai tünetek mélyreható elemzését igényli, a mitokondriális patológia kialakulásának mechanizmusainak és öröklődésének típusainak ismeretével.

A klinikai tünetek megnyilvánulása az élet első napjaitól a felnőttkorig széles skálán mozog. Ennek a mutatónak az elemzésekor figyelembe kell venni a nozológiai formákat, mivel mindegyiküknek van egy bizonyos debütálási kora.

A mitokondriális betegségekben megfigyelt anyagcserezavarok az esetek túlnyomó többségében progresszívek. A kezdeti tünetek gyakran enyhék, majd súlyosbodnak, és jelentős rokkantságot okozó rendellenességekhez vezethetnek. A patológiák ritka formái, mint például a jóindulatú csecsemőkori myopathia és a Leber-féle optikus neuropátia egyes formái, jóindulatúak lehetnek, és visszafejlődhetnek.

Laboratóriumi vizsgálatok során figyelmet fordítanak a mitokondriális betegségek jellegzetes jeleire:

• acidózis jelenléte;
• emelkedett laktát- és piruvátszint a vérben, a laktát/piruvát index 15-nél nagyobb mértékű emelkedése, különösen glükózterhelés vagy fizikai aktivitás hatására;
• hiperketonémia;
• hipoglikémia;
• hiperammonémia;
• megnövekedett acetoacetát- és 3-hidroxibutirát-koncentrációk;
• megnövekedett 3-hidroxivajsav/acetoecetsav arány a vérben;
• az aminosavak szintjének emelkedése a vérben és a vizeletben (alanin, glutamin, glutaminsav, valin, leucin, izoleucin);
• emelkedett zsírsavszint a vérben;
• szerves savak túlzott kiválasztása a vizeletben;
• a karnitin szintjének csökkenése a vérben;
• a mioglobin tartalmának növekedése a biológiai folyadékokban;
• a mitokondriális enzimek aktivitásának csökkenése a miocitákban és a fibroblasztokban.

Ezeknek a mutatóknak a diagnosztikai értéke magasabb az étel terhelésekor, mint üres gyomorban. A gyakorlatban egy diagnosztikai teszt jól bevált: a vér laktátjának meghatározása glükózterhelés hátterében, amely lehetővé teszi a légzési lánc további glükózterhelésre adott kudarcának pontosabb kimutatását.

A mitokondriális diszfunkció és specifikus nozológiai formáinak laboratóriumi diagnosztikájához a hagyományos, rutinszerű biokémiai kutatási módszerek nem elegendőek; speciális vizsgálatok elvégzésére van szükség. Különösen kényelmes az enzimek aktivitásának elemzése a vázizombiopsziákban, mint más szövetekben. Meghatározható a légzési lánc enzimjeinek, különösen a citrát-szintetáz, a szukcinát-dehidrogenáz és a citokróm-C-oxidáz aktivitása.

Morfológiai és molekuláris genetikai vizsgálatokból származó adatok

A morfológiai vizsgálatok különösen fontosak a mitokondriális patológia diagnosztizálásában. Nagy informatív értékük miatt gyakran szükség van izomszövet-biopsziára és a vett biopsziák hisztokémiai vizsgálatára. Fontos információk nyerhetők az anyag fény- és elektronmikroszkópos egyidejű vizsgálatával.

A mitokondriális betegségek egyik fontos markere az 1963-ban megállapított „rongyos” vörös rostok jelensége [RRF jelenség (ragged red fibers)]. Ez az izomrost szélén genetikailag megváltozott, rendellenes mitokondriumok kialakulásával jár összefüggésben, amelyek a proliferáció és a fokális felhalmozódás következtében alakulnak ki. Ezt a jelenséget fénymikroszkóppal, speciális Gomori festékkel detektálják, de az utóbbi években különféle mitokondriális markereket és különféle immunológiai módszereket alkalmaznak erre a célra.

A mitokondriális patológia egyéb morfológiai jelei a következők:

• a mitokondriumok méretének hirtelen növekedése;
• glikogén, lipidek és kalcium-konglomerátumok felhalmozódása a szubarkolemmában;
• a mitokondriális enzimek csökkent aktivitása;
• a szukcinát-dehidrogenáz (SDH), az NADH-oxidoreduktáz, a citokróm-C-oxidáz stb. enzimek aktivitásának granulátumainak eloszlásának zavara

Mitokondriális betegségekben szenvedő betegeknél az izomszövet fénymikroszkópos vizsgálata nem specifikus morfológiai tüneteket mutathat ki: az izomrostok lokális nekrózisa, szarkoplazmatikus tömegek felhalmozódása, a szarkoplazma szubarkolemmális területeinek lízise, a szarkoplazma bazofíliája, az izommagok számának növekedése, a regenerációs folyamatok aktiválódása stb.

A „rongyos” vörös rostok jelenségének szerepének vizsgálata kimutatta jelentőségét olyan állapotok diagnosztizálásában, mint a MELAS, MERRF, Kearns-Sayre szindrómák, krónikus progresszív oftalmoplegia és más, mtDNS-mutációkkal összefüggő állapotok. Ez a jelenség más betegségekben is kialakulhat: Duchenne-izomdisztrófia, dermatomyositis, miotóniás disztrófia, gyógyszerek (klofibrát) szedése és más kóros állapotok. Így az elsődleges mitokondriális betegségek mellett az RRF jelenség másodlagos mitokondriális diszfunkciókat is kísérhet.

Jelenleg széles körben elterjedt az izomszövet hisztokémiai és elektronmikroszkópos vizsgálata a mitokondriális elégtelenség jeleinek kimutatására. Bizonyos esetekben segítenek a diagnózisban, különösen az izomszövet normális morfológiai képe esetén a fénymikroszkópos adatok alapján.

Elektronmikroszkópos jelek - mitokondriális proliferáció kimutatása, alakjuk és méretük megváltozása, a cristae dezorganizációja és megnagyobbodása, abnormális mitokondriumok felhalmozódása a szarkolemma alatt, lipidek és abnormális parakristályos (főként fehérjéből álló) vagy ozmofil zárványok felhalmozódása a belső és külső membránok között vagy a cristae-n belül, gömb alakú klaszterek, gyakran a mátrixban helyezkednek el (főként trigliceridekből állnak) stb.

Egyes betegeknél citokémiai eltérések mutathatók ki a leukocitákban.

A biokémiai és morfológiai vizsgálatok komplexumát a molekuláris diagnosztika modern módszerei (nukleáris vagy mitokondriális mutációk kimutatása) egészítik ki, amelyeket speciális DNS-diagnosztikai laboratóriumokban végeznek. Mitokondriális betegségek esetén különféle típusú mutációkat észlelnek: pontmutációkat, deléciókat, duplikációkat, kvantitatív DNS-anomáliákat stb.

Ha mtDNS-ben mutációk hiányában mitokondriális patológia gyanúja merül fel, nukleáris DNS-vizsgálatot végeznek.

Diagnosztikai kritériumok

A mitokondriális betegségek diagnosztikai kritériumainak két csoportja van. Fő diagnosztikai kritériumok (első csoport).

• Klinikai:
  • megállapított diagnózisok: MERRF, MELAS, NARP, MNGIE, Pearson-szindrómák, Leber-neuropátia, Leigh- és Alpers-kórok;
  • a következő két vagy több tünet kombinációjának jelenléte:
    • multiszisztémás elváltozás, a légúti lánc betegségeinek patognomonikus jele;
    • progresszív lefolyás exacerbáció epizódjaival vagy mitokondriális mutációk jelenlétével a családban;
    • anyagcsere- és egyéb betegségek kizárása megfelelő vizsgálatok elvégzésével.
• Hisztológiai - az RRF jelenség kimutatása az izomszövet több mint 2%-ában.
• Enzimatikus:
  • citokróm c-oxidáz-negatív rostok;
  • a légzési lánc komplex enzimjeinek csökkent aktivitása (a normál érték <20%-a szövetben, <30% sejtekben vagy több szövetben).
• Funkcionális - az ATP szintézis csökkenése a fibroblasztokban több mint 3 standard deviációval.
• Molekuláris genetikai - patogenetikailag jelentős mutációk a nukleáris vagy mtDNS-ben.

További diagnosztikai kritériumok (második csoport).

• Klinikai - nem specifikus tünetek, amelyek a légzőlánc betegségeiben jelentkeznek (halvaszületés, a magzat csökkent motoros aktivitása, korai újszülöttkori halál, mozgászavarok, fejlődési rendellenességek, károsodott izomtónus az újszülöttkori időszakban).
• Hisztológiai - az RRF jelenség kis százaléka, a mitokondriumok szubsarcolemmális felhalmozódása vagy azok anomáliái.
• Enzimatikus - a légzőszervi komplex enzimek alacsony aktivitása (a normának 20-30%-a szövetben, 30-40% sejtekben vagy sejtvonalakban).
• Funkcionális - az ATP szintézis csökkenése fibroblasztokban 2-3 standard deviációval vagy fibroblaszt növekedés hiánya galaktózos közegben.
• Molekuláris genetika - mutációk kimutatása nukleáris vagy mtDNS-ben feltételezett patogenetikai kapcsolattal.
• Metabolikus - egy vagy több metabolit kimutatása, amely a sejtek bioenergetikájának zavarára utal.

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