Mitochondrijų ligų diagnostika

Mitochondrijų ligų paveldėjimo pobūdžio ir klinikinių požymių pasireiškimo įvertinimas

Kadangi miotochondrijų ligos kai kuriais atvejais gali būti sukeltos branduolio genomo pažeidimo, ligos perdavimas atitiks Mendelio paveldėjimo dėsnius. Tais atvejais, kai ligos vystymąsi lemia mitochondrijų DNR mutacijos, paveldėjimas atitiks mitochondrijų tipą, t. y. jis bus perduodamas per motinos liniją. Galiausiai, kai patologija išsivysto kartu su branduolio ir mitochondrijų genomų genų pažeidimu, paveldėjimas bus sudėtingas ir nulemtas įvairių veiksnių. Šiuo atžvilgiu, atliekant genealoginę analizę pagal formalų požymį (paveldėjimo pobūdį pagal kilmės dokumentą), galima nustatyti pačius skirtingus paveldėjimo tipus: autosominį dominantinį, autosominį recesyvinį, su X chromosoma susijusį, mitochondrinį.

Tokių miotochondrinių ligų, kaip piruvinės rūgšties metabolizmo sutrikimas arba riebalų rūgščių beta oksidacija, Krebso ciklas, išsivystymas yra susijęs su branduolio genomo genų mutacijomis. Šioms patologijoms būdingas autosominis recesyvinis paveldėjimas, kai tėvai yra mutacijų nešiotojai (heterozigotai), o vaikas yra abiejų paveldimų mutacijų, gautų iš tėvo ir motinos, nešiotojas (homozigota). Tėvai paprastai yra išoriškai sveiki, todėl panašios ligos ar jos mikropožymių reikėtų ieškoti sergančio vaiko broliams ir seserims (proband sibs) bei giminaičiams tiek iš motinos, tiek iš tėvo pusės (pusbroliai ir pusseserės).

Recesyvinio, su X chromosoma susijusio paveldėjimo tipo atveju (pvz., naujagimių glutaro acidurija II tipo arba piruvinio komplekso E1 subvieneto trūkumas, Menkeso liga ir kt.) dažniau paveikiami berniukai, o motinos yra mutacijų nešiotojos ir perduoda jas savo sūnums. Motinos paveldėjimas skiriasi nuo su X chromosoma susijusio paveldėjimo tuo, kad pažeidžiamos abi lytys. Tokiais atvejais, analizuojant kilmės dokumentą, būtina išanalizuoti ligos paplitimą vyrams, nes moterims ji nepasireikš. Kilmės dokumente nėra parodytas ligos perdavimas tėvo ir sūnaus linija, nes tėvas gali perduoti sūnui tik Y chromosomą.

Kai liga išsivysto dėl mitochondrijų genomo pažeidimo (pavyzdžiui, daugybė kvėpavimo grandinės ligų, Leberio regos nervo neuropatija, MELAS, MERF, NARP sindromai ir kt.), atsekamas motinos paveldimumas, nes vaikas paveldi mitochondrijas iš motinos, ir ji gali jas perduoti tiek berniukams, tiek mergaitėms. Taigi, abiejų lyčių atstovai paveikiami vienodai. Šiuo atžvilgiu ligos perdavimas motinos linija turėtų būti atsekamas kilmės dokumente.

Analizuojant šeimos medį ir ieškant mitochondrijų ligų simptomų giminaičiuose, reikia nepamiršti, kad ligos sunkumas (požymio išraiškingumas) gali labai skirtis, o tai gali būti dėl skirtingo pažeistų mitochondrijų skaičiaus, jų pažeidimo pobūdžio, skirtingo mutacijų pasiskirstymo ląstelėse ir kt. Taigi ne visada įmanoma aptikti akivaizdžių ligų požymių. Kai kuriais atvejais aptinkami arba pavieniai, išnykę simptomai, arba požymiai, kuriuos galima aptikti tikslinės jų paieškos metu.

Mitochondrijų patologijos vystymasis gali būti susijęs su didelių mitochondrijų plotų pažeidimu, vadinamosiomis mikrodelecijomis (pavyzdžiui, Kearns-Sayre sindromas, Pearsono sindromas, kai kurios cukrinio diabeto formos su kurtumu, progresuojanti išorinė oftalmoplegija ir kt.). Šiais atvejais būdingi simptomai dažnai nebūna giminaičiams, nes ligų vystymasis yra susijęs su naujų mutacijų, kurios atsirado zigotoje iškart po kiaušinėlio apvaisinimo, atsiradimu ( de novo mutacija). Liga yra sporadinė. Dažnai kartu su šiomis ligomis autosominiu dominantiniu būdu paveldimos kelios būklės, susijusios su daugybinėmis mitochondrijų DNR mutacijomis: pavyzdžiui, kai kurios encefalomiopatijos formos, miopatija su akių pažeidimu, nepaisant mtDNR mutacijų (daugybinių delecijų), turi autosominį dominantinį paveldėjimo tipą.

Tačiau, skirtingai nei Mendelio paveldėjimas, autosominis dominuojantis paveldėjimo tipas mitochondrijų patologijoje pasižymi dideliu paveiktų asmenų skaičiumi vėlesnėse kartose.

Galiausiai, kai kurios mitochondrijų ligos, dažnai susijusios su mtDNR mitochondrijų išeikvojimu arba jų nebuvimu ląstelėse, gali būti paveldimos autosominiu recesyviniu būdu. Tai įgimtos miopatijos formos, kardiomiopatija, neurodistreso sindromas, pieno rūgšties acidozė, kepenų pažeidimas ir kt.

Paveldimos ligos perdavimo pobūdžio tyrimas yra svarbus medicininei ir genetinei prognozei ir reikalauja gilios klinikinių požymių analizės, žinant mitochondrijų patologijos formavimosi mechanizmus ir jos paveldėjimo tipus.

Klinikinių apraiškų pasireiškimas labai skiriasi nuo pirmųjų gyvenimo dienų iki pilnametystės. Analizuojant šį rodiklį, būtina atsižvelgti į nozologines formas, nes kiekviena iš jų turi tam tikrą debiuto amžių.

Daugumoje atvejų mitochondrijų ligų metu stebimi medžiagų apykaitos sutrikimai yra progresuojantys. Pradiniai simptomai dažnai būna lengvi, vėliau progresuoja ir gali sukelti rimtų negalią sukeliančių sutrikimų. Retos patologijos formos, tokios kaip gerybinė infantilinė miopatija ir kai kurios Leberio optinės neuropatijos formos, gali būti gerybinės ir linkusios regresuoti.

Laboratorinių tyrimų metu atkreipiamas dėmesys į būdingus mitochondrijų ligų požymius:

• acidozės buvimas;
• padidėjęs laktato ir piruvato kiekis kraujyje, laktato/piruvato indekso padidėjimas daugiau nei 15, ypač didėjant gliukozės kiekiui ar fiziniam krūviui;
• hiperketonemija;
• hipoglikemija;
• hiperamonemija;
• padidėjusi acetoacetato ir 3-hidroksibutirato koncentracija;
• padidėjęs 3-hidroksisviesto rūgšties ir acetoacto rūgšties santykis kraujyje;
• padidėjęs aminorūgščių kiekis kraujyje ir šlapime (alaninas, glutaminas, glutamo rūgštis, valinas, leucinas, izoleucinas);
• padidėjęs riebalų rūgščių kiekis kraujyje;
• organinių rūgščių hiperekskrecija su šlapimu;
• sumažėjęs karnitino kiekis kraujyje;
• padidėjęs mioglobino kiekis biologiniuose skysčiuose;
• sumažėjęs mitochondrijų fermentų aktyvumas miocituose ir fibroblastuose.

Šių rodiklių diagnostinė vertė yra didesnė su maisto apkrova nei tuščiu skrandžiu. Praktiškai diagnostinis tyrimas gerai pasitvirtino: laktato nustatymas kraujyje gliukozės apkrovos fone, kuris leidžia aiškiau nustatyti kvėpavimo grandinės sutrikimą dėl papildomos gliukozės apkrovos.

Mitochondrijų disfunkcijos ir jos specifinių nozologinių formų laboratorinei diagnostikai nepakanka įprastinių, įprastų biocheminių tyrimo metodų, būtina atlikti specialius tyrimus. Ypač patogiau analizuoti fermentų aktyvumą griaučių raumenų biopsijose nei kituose audiniuose. Galima nustatyti kvėpavimo grandinės fermentų, ypač citrato sintetazės, sukcinato dehidrogenazės ir citochromo C oksidazės, aktyvumą.

Morfologinių ir molekulinių genetinių tyrimų duomenys

Morfologiniai tyrimai yra ypač svarbūs mitochondrijų patologijos diagnozei. Dėl didelės informatyvios vertės dažnai reikalinga raumeninio audinio biopsija ir gautų biopsijų histocheminis tyrimas. Svarbios informacijos galima gauti vienu metu tiriant medžiagą šviesos ir elektronų mikroskopija.

Vienas iš svarbių mitochondrijų ligų žymenų yra „suplėšytų“ raudonųjų skaidulų reiškinys [RRF reiškinys (angl. ragged red fibres)], nustatytas 1963 m. Jis siejamas su genetiškai pakitusių nenormalių mitochondrijų susidarymu palei raumeninės skaidulos kraštą dėl proliferacijos ir židinio kaupimosi. Šis reiškinys aptinkamas šviesos mikroskopu, naudojant specialų Gomori dažą, tačiau pastaraisiais metais šiam tikslui naudojami įvairūs mitochondrijų žymenys ir įvairūs imunologiniai metodai.

Kiti mitochondrijų patologijos morfologiniai požymiai yra šie:

• staigus mitochondrijų dydžio padidėjimas;
• glikogeno, lipidų ir kalcio konglomeratų kaupimasis subarkolemoje;
• sumažėjęs mitochondrijų fermentų aktyvumas;
• Sutrikęs sukcinato dehidrogenazės (SDH), NADH oksidoreduktazės, citochromo C oksidazės ir kt. fermentų aktyvumo granulių pasiskirstymas.

Pacientams, sergantiems mitochondrijų ligomis, atliekant raumenų audinio šviesos mikroskopiją, galima nustatyti nespecifinius morfologinius požymius: vietinę raumenų skaidulų nekrozę, sarkoplazminių masių kaupimąsi, sarkoplazmos subarkoleminių sričių lizę, sarkoplazmos bazofiliją, padidėjusį raumenų branduolių skaičių, regeneracijos procesų aktyvaciją ir kt.

Tyrimas, kuriame nagrinėjamas „suplėšytų“ raudonųjų skaidulų reiškinys, parodė jo svarbą diagnozuojant tokias ligas kaip MELAS, MERRF, Kearns-Sayre sindromai, lėtinė progresuojanti oftalmoplegija ir kitas, susijusias su mtDNR mutacijomis. Šis reiškinys gali išsivystyti ir sergant kitomis ligomis: Diušeno raumenų distrofija, dermatomiozitu, miotonine distrofija, vartojant vaistus (klofibratą) ir kitomis patologinėmis būklėmis. Taigi, kartu su pirminėmis mitochondrijų ligomis, RRF reiškinys gali lydėti antrines mitochondrijų disfunkcijas.

Šiuo metu plačiai paplitęs histocheminis ir elektroninis mikroskopinis raumeninio audinio tyrimas mitochondrijų nepakankamumo požymiams nustatyti. Kai kuriais atvejais jie padeda diagnozuoti, ypač esant normaliam raumeninio audinio morfologiniam vaizdui pagal šviesos mikroskopijos duomenis.

Elektronmikroskopiniai požymiai – mitochondrijų proliferacijos nustatymas, jų formos ir dydžio sutrikimas, kristų dezorganizacija ir padidėjimas, nenormalių mitochondrijų kaupimasis po sarkolemma, lipidų ir nenormalių parakristalinių (daugiausia sudarytų iš baltymų) arba osmofilinių intarpų, lokalizuotų tarp vidinės ir išorinės membranų arba kristų viduje, kaupimasis, sferiniai sankaupos, dažnai esančios matricoje (daugiausia sudarytos iš trigliceridų) ir kt.

Kai kuriems pacientams galima nustatyti citocheminius leukocitų pakitimus.

Biocheminių ir morfologinių tyrimų kompleksą papildo modernūs molekulinės diagnostikos metodai (branduolinių arba mitochondrijų mutacijų nustatymas), kurie atliekami specializuotose DNR diagnostikos laboratorijose. Sergant mitochondrijomis, nustatomos įvairių tipų mutacijos: taškinės mutacijos, delecijos, duplikacijos, kiekybinės DNR anomalijos ir kt.

Nesant mtDNR mutacijų, įtarus mitochondrijų patologiją, atliekamas branduolinis DNR tyrimas.

Diagnostiniai kriterijai

Yra 2 mitochondrijų ligų diagnostinių kriterijų grupės. Pagrindiniai diagnostiniai kriterijai (pirmoji grupė).

• Klinikinis:
  • nustatytos diagnozės: MERRF, MELAS, NARP, MNGIE, Pearsono sindromai, Leberio neuropatija, Leigh ir Alperso ligos;
  • dviejų arba kelių šių požymių buvimas:
    • daugiasisteminis pažeidimas, patognomoninis kvėpavimo grandinės ligoms;
    • progresuojanti eiga su paūmėjimo epizodais arba mitochondrijų mutacijų buvimu šeimoje;
    • medžiagų apykaitos ir kitų ligų pašalinimas atliekant atitinkamus tyrimus.
• Histologinis - RRF reiškinio nustatymas daugiau nei 2% raumenų audinio.
• Fermentinis:
  • citochromo c oksidazės neigiamos skaidulos;
  • sumažėjęs kvėpavimo grandinės komplekso fermentų aktyvumas (<20 % normos audiniuose, <30 % ląstelėse arba keliuose audiniuose).
• Funkcinis – ATP sintezės sumažėjimas fibroblastuose daugiau nei 3 standartiniais nuokrypiais.
• Molekulinė genetinė - patogeniškai reikšmingos branduolinės arba mtDNR mutacijos.

Papildomi diagnostiniai kriterijai (antroji grupė).

• Klinikiniai – nespecifiniai simptomai, pasireiškiantys sergant kvėpavimo grandinės ligomis (negyvagimis, sumažėjęs vaisiaus motorinis aktyvumas, ankstyva naujagimio mirtis, judėjimo sutrikimai, vystymosi sutrikimai, sutrikęs raumenų tonusas naujagimių laikotarpiu).
• Histologinis – nedidelis RRF reiškinio procentas, subarkoleminė mitochondrijų sankaupa arba jų anomalijos.
• Fermentinis – mažas kvėpavimo komplekso fermentų aktyvumas (audiniuose 20–30 % normos, ląstelėse arba ląstelių linijose 30–40 %).
• Funkcinis - ATP sintezės sumažėjimas fibroblastuose 2-3 standartiniais nuokrypiais arba fibroblastų augimo nebuvimas terpėje su galaktoze.
• Molekulinė genetinė – branduolinės arba mtDNR mutacijų nustatymas su numatomu patogenetiniu ryšiu.
• Metabolizmas – vieno ar kelių metabolitų, rodančių ląstelių bioenergetikos sutrikimą, aptikimas.

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