线粒体ND4基因11777C>A突变致Leigh综合征1例家系分析

岳璇，刘晓鸣，陈娇，桑艳，刘莉

(徐州市儿童医院，江苏徐州221000)

Leigh综合征是由于线粒体DNA突变使细胞色素C氧化酶(COX)及丙酮酸脱氢酶复合物缺乏导致细胞氧化磷酸化功能障碍、ATP不能合成而产生不同临床症状的神经疾病，又称亚急性坏死性脑脊髓病[1]。Leigh综合征多于婴儿早期发病，对中枢神经系统具有极大破坏作用[2]。临床表现多以进行性精神运动损害、喂养困难、呼吸异常为主，其影像学特征是基底节、丘脑、脑干和脊髓的对称性病变。Leigh综合征呈线粒体遗传(又称母系遗传，由线粒体基因突变引起)、常染色体隐性遗传、常染色体显性遗传、X-连锁遗传(后三种为核基因突变引起)，具有临床表型和遗传异质性，故易造成漏诊或误诊。国内外研究表明，线粒体呼吸链5种酶复合物(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ)缺陷、丙酮酸脱氢酶复合物缺陷及线粒体tRNA突变等均可引起Leigh综合征[3]。国外研究显示，核基因突变导致的Leigh综合征占90%，而线粒体DNA突变导致的Leigh综合征只占10%。Leigh综合征发病相关基因多为ND亚基因和COX基因[4]。国外研究发现并证实ND亚基因中ND2、ND3、ND5、ND6突变与Leigh发病具有直接关系[5]，但国内关于ND基因突变的报道较少。现将1例线粒体ND4基因11777C>A突变导致Leigh综合征患儿及其家系资料报告如下。

1 资料分析

患儿7岁余，男。患儿为第一胎、第一产，智力正常，自幼运动发育智力较同龄儿童稍落后，1岁10个月能独走，2岁会叫“爸爸、妈妈”，3岁左右会说简单句子。3岁半患儿出现眼斜视，平时喜静不喜动。3个月前家长发现患儿说话含糊不清，声音小，未予重视。半个月前出现吃固体食物困难，进而出现吃流质食物困难，伴呛咳，拟诊“支气管肺炎”输液治疗10 d，症状逐渐加重，出现流涎，为排除食管异物，拟行食管镜入院。入院后查体：神志清，呼吸浅快，偶有叹气样呼吸，面部表情僵硬，转头及耸肩无力，左眼外斜视，双眼眼球震颤阳性，流涎明显，说话声音小，吐词不清，咽反射消失，伸舌居中，鼻唇沟对称，心肺查体无特殊，四肢肌张力稍高，肌力四级，膝反射活跃，巴宾斯基征阴性。

入院后查血氨、血乳酸正常，血常规、肝肾功能、电解质、心肌酶、免疫球蛋白正常，血尿遗传代谢筛查均阴性。心脏彩超未见异常，脑电图示正常脑电图。脑脊液细胞数及生化正常，脑脊液寡克隆蛋白阴性，自身免疫性脑炎抗体阴性，血沉、自身免疫指标均正常。肌电图示四肢近端肌肉运动单位时限缩短，四肢神经运动和感觉传导功能正常。头颅MRI示右侧尾状核体部、小脑半球及脑干可见多发片状稍长T1、稍长T2、稍高flair信号，DW1呈不均匀高信号，以脑干及左侧小脑半球明显，脑干异常信号呈轻度强化(图1)。脊髓MRI未见明显异常。患儿弟弟行头颅MRI检查示小脑半球、脑干、尾状核丘脑等异常信号(图2)。根据患儿临床表现，结合头颅MRI检查结果，认为符合Leigh综合征表现。给予能量、辅酶Q10支持治疗。患儿出现咳嗽、流涎、吞咽困难后转至重症监护室，后家长放弃治疗3 d后死亡。

图1 患儿头颅MRI影像

图2 患儿弟弟头颅MRI影像

通过DNA芯片结合直接行线粒体测序，在患儿线粒体基因发现了18个突变位点，其中17个突变位点为已报道的多态性位点，只有DN4基因11777C>A是已证实的致病性突变，并有相关报道。患儿ND4基因11777C>A，突变率>62.36%；患儿弟弟ND4基因11777C>A，突变率>67.73%；患儿母亲ND4基因11777C>A，突变率>6.40%。患儿弟弟已发病，口服辅酶Q10等治疗。患儿母亲尚无临床表现。患儿家系图见图3。

图3 Leigh综合征患儿家系图

2 讨论

Leigh综合征是一种多发于婴幼儿期的线粒体脑病之一，成人罕见。该病临床表现复杂多样，其中对神经系统损害最为严重，主要表现为精神运动发育落后、眼球震颤、眼肌麻痹、共济失调、肌张力障碍、肌无力等。因Leigh综合征临床表现复杂，涉及多系统损害，临床医生对该病认识不足，使得该病的诊断存在一定困难。目前Leigh综合征尚无公认的诊断标准，主要依据临床表现、神经影像学特征等。本例患儿为男性，7岁余，病情进展缓慢，出生时无异常，自幼运动发育落后，逐渐出现眼斜视、眼球震颤、吞咽困难、言语不清、肌张力障碍、肌无力，同时伴有面部僵直、毛发增多等，涉及多系统损害，其中对神经系统损害最大，符合线粒体疾病的临床表现。该患儿已因呼吸衰竭死亡。患儿弟弟现4岁余，临床表现和病程经过与先证者类似，现已出现眼斜视；与先证者相同，头颅MRI表现为基底节、脑干、小脑等部位长T1、长T2信号。大多数Leigh综合征患者血或脑脊液中乳酸水平升高，但这不是特异性指标，有研究发现25%的患者血或脑脊液中乳酸水平正常[6～8]。本例患儿查血乳酸正常，未做脑脊液中乳酸检查。该患儿未做肌肉活检，行肌电图检查示存在肌源性损害同时伴有面部神经源性损害，证实了Leigh综合征损害累及多个系统。患儿行血尿遗传代谢疾病检测，排除了氨基酸、有机酸、脂肪酸代谢病及炎症、中毒和维生素B1缺乏、血管性疾病[9，10]。

首例线粒体基因突变疾病于1962年被首次报道[11]，学者推测其可能致病机制为线粒体呼吸链电子传递缺陷，导致细胞ATP合成受阻。这一学说随后也得到了Holt、Wallace等[12]的证实并进一步完善。Bourgeront等[13]发现并首次报道核基因缺陷同样也可导致线粒体呼吸链功能障碍并引起不同的临床表型。因此，导致线粒体疾病的基因突变不仅包括核基因突变和核修饰基因突变，还包含线粒体自身的tRNA、rRNA和蛋白编码基因的突变。由于线粒体氧化磷酸化受自身基因和核基因的双重调控，故线粒体DNA有其独特的遗传模式。第一类是核基因遗传模式，可分为常染色体显性遗传、常染色体隐性遗传、X-连锁遗传。第二类属于母系遗传。母系遗传是线粒体DNA的主要遗传方式，线粒体DNA在复制和分离过程产生突变，当子代突变的线粒体DNA达到一定比例或阈值后就会发病。研究发现，由于突变的异质性、个体差异及不同器官对线粒体突变的敏感性和阈值不同，线粒体疾病可出现多样的临床症状[14]。

目前认为Leigh综合征主要由线粒体呼吸链酶缺乏及能量代谢障碍所致[15，16]。由于Leigh综合征与多种核基因和线粒体基因突变相关，其病因诊断困难。研究表明，接近90%的Leigh综合征患者存在核基因突变，SURF1基因突变常见，其可导致COX缺陷，从而造成呼吸链障碍；线粒体DNA突变约占Leigh综合征的10%，其中以点突变最多见。张尧等[17]对国内28省145例Leigh综合征患者筛查发现线粒体基因突变阳性率达到8.3%，其中T10191C最多见，突变率与国外报道相近。国外学者[18]曾报道线粒体ND4基因11777C>A突变导致的Leigh综合征。本研究中1例患儿的家系基因检测结果显示，该患儿为母系遗传，线粒体DNA为其主要遗传方式，其母亲存在ND4基因11777C>A突变，突变率>6.40%，传下一代(患儿及其弟弟)均携带相同致病基因(ND411777C>A)，突变率分别为62.36%、67.73%，均来自其母亲线粒体基因突变。患儿及其弟弟已先后出现临床症状，现患儿已死亡，但患儿母亲目前未有任何临床表现，考虑与其突变率低有关，或由于突变的异质性、个体差异及不同器官对线粒体突变的敏感性和阈值不同而产生差异。

Leigh综合征的预后与发病年龄有很大关系，常见的死亡原因是中枢性呼吸衰竭。磁共振灌注成像可以全面评价Leigh综合征中枢神经系统受累情况，对早期诊断、病情监测及预后评价具有重要意义[19]。DWI、MRS、FAIR及视路DTI可用于检出Leigh综合征患者脑部、脊髓及视路病变，并进行量化分析。目前Leigh综合征尚无有效治疗方法，主要是改善临床症状、提高生活质量，治疗原则主要是补充线粒体氧化呼吸链中的相关辅酶，如各种维生素、辅酶Q10、左旋肉碱等疗法。最近，有学者[20]设计了一段针对线粒体DNA突变tRNAlys m.8344A>G和ND5m.13513G>A的motiTALENs基因片段，通过实验发现，在后续的基因转录中，其可修复目标位置缺陷导致的线粒体DNA突变，使线粒体氧化磷酸化功能恢复，这为Leigh综合征的基因治疗开辟了新的思路。

总之，Leigh综合征病因复杂多样，涉及线粒体呼吸链多种酶复合物，与核基因组和线粒体基因组的多种基因突变相关。本研究发现了线粒体ND4基因11777C>A突变，明确了患者的病因，进一步充实了人类Leigh综合征致病基因库，将有助于今后Leigh综合征家系的遗传咨询。