Διάγνωση μιτοχονδριακών ασθενειών

Αξιολόγηση της φύσης της κληρονομικότητας και εκδήλωση κλινικών συμπτωμάτων μιτοχονδριακών ασθενειών

Δεδομένου ότι οι μυοτοχονδριακές ασθένειες σε ορισμένες περιπτώσεις μπορούν να προκληθούν από βλάβη στο πυρηνικό γονιδίωμα, η μετάδοση της νόσου θα αντιστοιχεί στους νόμους της κληρονομικότητας του Μεντελίου. Σε εκείνες τις περιπτώσεις όπου η ανάπτυξη της νόσου προκαλείται από μεταλλάξεις στο μιτοχονδριακό DNA, η κληρονομικότητα θα αντιστοιχεί στον μιτοχονδριακό τύπο, δηλαδή θα μεταδίδεται μέσω της μητρικής γραμμής. Τέλος, όταν η παθολογία αναπτύσσεται με ταυτόχρονη βλάβη στα γονίδια του πυρηνικού και του μιτοχονδριακού γονιδιώματος, η κληρονομικότητα θα είναι σύνθετη και θα καθορίζεται από διάφορους παράγοντες. Από αυτή την άποψη, στη γενεαλογική ανάλυση με βάση ένα τυπικό χαρακτηριστικό (τη φύση της κληρονομικότητας σύμφωνα με το γενεαλογικό δέντρο), είναι δυνατόν να αναφερθούν οι πιο διαφορετικοί τύποι κληρονομικότητας: αυτοσωμικός κυρίαρχος, αυτοσωμικός υπολειπόμενος, φυλοσύνδετος, μιτοχονδριακός.

Η ανάπτυξη μυοτοχόνδριων παθήσεων όπως η διαταραχή του μεταβολισμού του πυροσταφυλικού οξέος ή η βήτα-οξείδωση των λιπαρών οξέων, ο κύκλος του Krebs, σχετίζεται με μεταλλάξεις γονιδίων του πυρηνικού γονιδιώματος. Αυτές οι παθολογίες χαρακτηρίζονται από αυτοσωμική υπολειπόμενη κληρονομικότητα, όταν οι γονείς είναι φορείς μεταλλάξεων (ετεροζυγώτες) και το παιδί είναι φορέας και των δύο κληρονομικών μεταλλάξεων που έλαβε από τον πατέρα και τη μητέρα (ομοζυγώτης). Οι γονείς είναι συνήθως εξωτερικά υγιείς και μια παρόμοια ασθένεια ή τα μικροσημάδιά της θα πρέπει να αναζητηθούν στα αδέρφια του άρρωστου παιδιού (πιθανά αδέρφια) και σε συγγενείς τόσο από την πλευρά της μητέρας όσο και από την πλευρά του πατέρα (ξαδέλφια).

Στην περίπτωση ενός υπολειπόμενου, φυλοσύνδετου τύπου κληρονομικότητας (π.χ. νεογνική γλουταρική οξυουρία τύπου II ή ανεπάρκεια της υπομονάδας Ε1 του πυροσταφυλικού συμπλέγματος, νόσος του Menkes, κ.λπ.), τα αγόρια επηρεάζονται συχνότερα και οι μητέρες είναι φορείς μεταλλάξεων και τις μεταδίδουν στους γιους τους. Η μητρική κληρονομικότητα διαφέρει από την φυλοσύνδετη κληρονομικότητα στο ότι επηρεάζονται και τα δύο φύλα. Σε αυτές τις περιπτώσεις, κατά την ανάλυση του γενεαλογικού δέντρου, είναι απαραίτητο να αναλυθεί η συχνότητα εμφάνισης της νόσου στους άνδρες, καθώς δεν θα εκδηλωθεί στις γυναίκες. Το γενεαλογικό δέντρο δεν δείχνει τη μετάδοση της νόσου κατά μήκος της γραμμής πατέρα-γιου, καθώς ο πατέρας μπορεί να μεταδώσει μόνο το χρωμόσωμα Υ στον γιο του.

Όταν αναπτύσσεται μια ασθένεια λόγω βλάβης στο μιτοχονδριακό γονιδίωμα (για παράδειγμα, μια σειρά από ασθένειες της αναπνευστικής αλυσίδας, οπτική νευροπάθεια Leber, σύνδρομα MELAS, MERF, NARP, κ.λπ.), ανιχνεύεται η μητρική κληρονομικότητα, καθώς το παιδί κληρονομεί μιτοχόνδρια από τη μητέρα και μπορεί να τα μεταβιβάσει τόσο σε αγόρια όσο και σε κορίτσια. Έτσι, και τα δύο φύλα επηρεάζονται εξίσου. Από αυτή την άποψη, η μετάδοση της νόσου κατά μήκος της μητρικής γραμμής θα πρέπει να ανιχνεύεται στο γενεαλογικό δέντρο.

Κατά την ανάλυση ενός γενεαλογικού δέντρου και την αναζήτηση συμπτωμάτων μιτοχονδριακών ασθενειών σε συγγενείς, πρέπει να θυμόμαστε ότι η σοβαρότητα της νόσου (η εκφραστικότητα του σημείου) μπορεί να ποικίλλει σημαντικά, κάτι που μπορεί να οφείλεται στον διαφορετικό αριθμό των κατεστραμμένων μιτοχονδρίων, στη φύση της βλάβης τους, στη διαφορετική κατανομή των μεταλλάξεων στα κύτταρα κ.λπ. Έτσι, δεν είναι πάντα δυνατό να ανιχνευθούν εμφανή σημάδια ασθενειών. Σε ορισμένες περιπτώσεις, ανιχνεύονται είτε μεμονωμένα, σβησμένα συμπτώματα είτε σημάδια που μπορούν να ανιχνευθούν κατά την στοχευμένη αναζήτησή τους.

Η ανάπτυξη μιτοχονδριακής παθολογίας μπορεί να σχετίζεται με βλάβη σε μεγάλες περιοχές μιτοχονδρίων, τις λεγόμενες μικροελλείψεις (για παράδειγμα, σύνδρομο Kearns-Sayre, σύνδρομο Pearson, ορισμένες μορφές σακχαρώδους διαβήτη με κώφωση, προοδευτική εξωτερική οφθαλμοπληγία, κ.λπ.). Σε αυτές τις περιπτώσεις, τα χαρακτηριστικά συμπτώματα συχνά δεν εντοπίζονται σε συγγενείς, καθώς η ανάπτυξη ασθενειών σχετίζεται με την εμφάνιση νέων μεταλλάξεων που εμφανίστηκαν στο ζυγωτό αμέσως μετά τη γονιμοποίηση του ωαρίου ( de novo μετάλλαξη). Η ασθένεια είναι σποραδική. Συχνά, μαζί με αυτές τις ασθένειες, ορισμένες καταστάσεις που σχετίζονται με πολλαπλές μεταλλάξεις του μιτοχονδριακού DNA κληρονομούνται με αυτοσωμικό κυρίαρχο τρόπο: για παράδειγμα, ορισμένες μορφές εγκεφαλομυοπάθειας, μυοπάθειας με οφθαλμική βλάβη, παρά την παρουσία μεταλλάξεων μιτοχονδριακού DNA (πολλαπλές ελλείψεις), έχουν αυτοσωμικό κυρίαρχο τύπο κληρονομικότητας.

Ωστόσο, σε αντίθεση με την Μεντελική κληρονομικότητα, ο αυτοσωμικός επικρατής τύπος κληρονομικότητας στη μιτοχονδριακή παθολογία χαρακτηρίζεται από μεγάλο αριθμό προσβεβλημένων ατόμων στις επόμενες γενιές.

Τέλος, ορισμένες μιτοχονδριακές ασθένειες, που συχνά σχετίζονται με την εξάντληση των μιτοχονδρίων του mtDNA ή την απουσία τους στα κύτταρα, μπορούν να κληρονομηθούν με αυτοσωμικό υπολειπόμενο τρόπο. Αυτές περιλαμβάνουν συγγενείς μορφές μυοπάθειας, καρδιομυοπάθεια, σύνδρομο νευροδιαφορετικότητας, γαλακτική οξέωση, ηπατική βλάβη κ.λπ.

Η μελέτη της φύσης της κληρονομικής μετάδοσης της νόσου είναι σημαντική για την ιατρική και γενετική πρόγνωση και απαιτεί μια εις βάθος ανάλυση των κλινικών συμπτωμάτων με γνώση των μηχανισμών σχηματισμού της μιτοχονδριακής παθολογίας και των τύπων κληρονομικότητάς της.

Η εκδήλωση των κλινικών εκδηλώσεων ποικίλλει σημαντικά από τις πρώτες ημέρες της ζωής έως την ενηλικίωση. Κατά την ανάλυση αυτού του δείκτη, είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη οι νοσολογικές μορφές, καθώς καθεμία από αυτές έχει μια συγκεκριμένη ηλικία εμφάνισης.

Οι μεταβολικές διαταραχές που παρατηρούνται στις μιτοχονδριακές ασθένειες είναι προοδευτικές στη συντριπτική πλειονότητα των περιπτώσεων. Τα αρχικά συμπτώματα είναι συχνά ήπια, στη συνέχεια εξελίσσονται και μπορούν να οδηγήσουν σε σημαντικές διαταραχές που προκαλούν αναπηρία. Σπάνιες μορφές παθολογίας, όπως η καλοήθης βρεφική μυοπάθεια και ορισμένες μορφές οπτικής νευροπάθειας Leber, μπορεί να είναι καλοήθεις και να υπόκεινται σε υποχώρηση.

Κατά τη διάρκεια των εργαστηριακών δοκιμών, δίνεται προσοχή στα χαρακτηριστικά σημεία των μιτοχονδριακών ασθενειών:

• παρουσία οξέωσης.
• αυξημένα επίπεδα γαλακτικού και πυροσταφυλικού στο αίμα, αύξηση του δείκτη γαλακτικού/πυροσταφυλικού άνω του 15, ιδιαίτερα αυξανόμενη με την υπερφόρτωση γλυκόζης ή τη σωματική άσκηση·
• υπερκετοναιμία;
• υπογλυκαιμία;
• υπεραμμωνιαιμία;
• αυξημένες συγκεντρώσεις ακετοξικού και 3-υδροξυβουτυρικού οξέος.
• αυξημένη αναλογία 3-υδροξυβουτυρικού οξέος/ακετοξικού οξέος στο αίμα.
• αυξημένα επίπεδα αμινοξέων στο αίμα και τα ούρα (αλανίνη, γλουταμίνη, γλουταμινικό οξύ, βαλίνη, λευκίνη, ισολευκίνη)
• αυξημένα επίπεδα λιπαρών οξέων στο αίμα.
• υπερέκκριση οργανικών οξέων στα ούρα.
• μειωμένα επίπεδα καρνιτίνης στο αίμα.
• αύξηση της περιεκτικότητας σε μυοσφαιρίνη σε βιολογικά υγρά.
• μειωμένη δραστηριότητα των μιτοχονδριακών ενζύμων στα μυοκύτταρα και τους ινοβλάστες.

Η διαγνωστική αξία αυτών των δεικτών είναι υψηλότερη με ένα φορτίο τροφής παρά με άδειο στομάχι. Στην πράξη, ένα διαγνωστικό τεστ έχει αποδειχθεί καλά: ο προσδιορισμός του γαλακτικού οξέος στο αίμα σε σχέση με ένα φορτίο γλυκόζης, το οποίο επιτρέπει μια πιο σαφή ανίχνευση της αποτυχίας της αναπνευστικής αλυσίδας σε ένα πρόσθετο φορτίο γλυκόζης.

Για την εργαστηριακή διάγνωση της μιτοχονδριακής δυσλειτουργίας και των συγκεκριμένων νοσολογικών μορφών της, οι συμβατικές, συνήθεις βιοχημικές μέθοδοι έρευνας δεν επαρκούν. Είναι απαραίτητο να διεξαχθούν ειδικές δοκιμές. Είναι ιδιαίτερα βολικό να αναλυθεί η δραστηριότητα των ενζύμων σε βιοψίες σκελετικών μυών παρά σε άλλους ιστούς. Είναι δυνατό να προσδιοριστεί η δραστηριότητα των ενζύμων της αναπνευστικής αλυσίδας, ιδιαίτερα της συνθετάσης κιτρικού, της ηλεκτρικής αφυδρογονάσης και της οξειδάσης του κυτοχρώματος C.

Δεδομένα από μορφολογικές και μοριακές γενετικές μελέτες

Οι μορφολογικές μελέτες έχουν ιδιαίτερη σημασία στη διάγνωση της μιτοχονδριακής παθολογίας. Λόγω της μεγάλης πληροφοριακής τους αξίας, συχνά απαιτείται βιοψία μυϊκού ιστού και ιστοχημική εξέταση των ληφθέντων βιοψιών. Σημαντικές πληροφορίες μπορούν να ληφθούν με την ταυτόχρονη εξέταση του υλικού χρησιμοποιώντας οπτική και ηλεκτρονική μικροσκοπία.

Ένας από τους σημαντικούς δείκτες των μιτοχονδριακών ασθενειών είναι το φαινόμενο των «ακανόνιστων» κόκκινων ινών [το φαινόμενο RRF (ακανόνιστες κόκκινες ίνες)], που καθιερώθηκε το 1963. Σχετίζεται με τον σχηματισμό γενετικά τροποποιημένων ανώμαλων μιτοχονδρίων κατά μήκος της άκρης των μυϊκών ινών λόγω πολλαπλασιασμού και εστιακής συσσώρευσης. Αυτό το φαινόμενο ανιχνεύεται με οπτική μικροσκοπία χρησιμοποιώντας μια ειδική χρώση Gomori, αλλά τα τελευταία χρόνια έχουν χρησιμοποιηθεί διάφοροι μιτοχονδριακοί δείκτες και διάφορες ανοσολογικές μέθοδοι για τον σκοπό αυτό.

Άλλα μορφολογικά σημάδια μιτοχονδριακής παθολογίας περιλαμβάνουν:

• μια απότομη αύξηση στο μέγεθος των μιτοχονδρίων.
• συσσώρευση γλυκογόνου, λιπιδίων και συσσωματωμάτων ασβεστίου στο υποσαρκόλημμα.
• μειωμένη δραστηριότητα των μιτοχονδριακών ενζύμων.
• διαταραγμένη κατανομή των κόκκων της δραστικότητας των ενζύμων ηλεκτρική αφυδρογονάση (SDH), οξειδοαναγωγάση NADH, οξειδάση κυτοχρώματος C, κ.λπ.

Σε ασθενείς με μιτοχονδριακές ασθένειες, η οπτική μικροσκοπία του μυϊκού ιστού μπορεί να αποκαλύψει μη ειδικά μορφολογικά σημάδια: τοπική νέκρωση μυϊκών ινών, συσσώρευση σαρκοπλασματικών μαζών, παρουσία λύσης υποσαρκολεμμικών περιοχών σαρκοπλάσματος, βασεοφιλία σαρκοπλάσματος, αυξημένο αριθμό μυϊκών πυρήνων, ενεργοποίηση διεργασιών αναγέννησης κ.λπ.

Η μελέτη του ρόλου του φαινομένου των «ακανόνιστων» κόκκινων ινών έδειξε τη σημασία του για τη διάγνωση παθήσεων όπως τα σύνδρομα MELAS, MERRF, Kearns-Sayre, η χρόνια προοδευτική οφθαλμοπληγία και άλλες που σχετίζονται με μεταλλάξεις μιτοχονδριακού DNA. Αυτό το φαινόμενο μπορεί να αναπτυχθεί σε άλλες ασθένειες: μυϊκή δυστροφία Duchenne, δερματομυοσίτιδα, μυοτονική δυστροφία, λήψη φαρμάκων (κλοφιβράτη) και άλλες παθολογικές καταστάσεις. Έτσι, μαζί με τις πρωτοπαθείς μιτοχονδριακές ασθένειες, το φαινόμενο RRF μπορεί να συνοδεύει δευτεροπαθείς μιτοχονδριακές δυσλειτουργίες.

Σήμερα, η ιστοχημική και ηλεκτρονική μικροσκοπική εξέταση του μυϊκού ιστού για την ανίχνευση σημείων μιτοχονδριακής ανεπάρκειας έχει γίνει ευρέως διαδεδομένη. Σε ορισμένες περιπτώσεις, βοηθούν στη διάγνωση, ειδικά με φυσιολογική μορφολογική εικόνα του μυϊκού ιστού σύμφωνα με δεδομένα οπτικής μικροσκοπίας.

Ηλεκτρονικά μικροσκοπικά σημάδια - ανίχνευση μιτοχονδριακού πολλαπλασιασμού, διαταραχή του σχήματος και του μεγέθους τους, αποδιοργάνωση και διεύρυνση των κρυστάλλων, συσσώρευση ανώμαλων μιτοχονδρίων κάτω από το σαρκολέμμα, συσσώρευση λιπιδίων και ανώμαλων παρακρυσταλλικών (κυρίως πρωτεϊνικών) ή ωσμόφιλων εγκλεισμάτων που εντοπίζονται μεταξύ της εσωτερικής και της εξωτερικής μεμβράνης ή εντός των κρυστάλλων, σφαιρικών συστάδων, που συχνά βρίσκονται στη μήτρα (που αποτελείται κυρίως από τριγλυκερίδια) κ.λπ.

Σε ορισμένους ασθενείς, μπορούν να ανιχνευθούν κυτταροχημικές ανωμαλίες στα λευκοκύτταρα.

Το σύμπλεγμα των βιοχημικών και μορφολογικών μελετών συμπληρώνεται από σύγχρονες μεθόδους μοριακής διάγνωσης (ανίχνευση πυρηνικών ή μιτοχονδριακών μεταλλάξεων), οι οποίες εκτελούνται σε εξειδικευμένα διαγνωστικά εργαστήρια DNA. Στις μιτοχονδριακές ασθένειες, ανιχνεύονται διάφοροι τύποι μεταλλάξεων: σημειακές μεταλλάξεις, ελλείψεις, διπλασιασμοί, ποσοτικές ανωμαλίες DNA κ.λπ.

Ελλείψει μεταλλάξεων στο μιτοχονδριακό DNA, εάν υπάρχει υποψία μιτοχονδριακής παθολογίας, πραγματοποιείται μελέτη πυρηνικού DNA.

Διαγνωστικά κριτήρια

Υπάρχουν 2 ομάδες διαγνωστικών κριτηρίων για τις μιτοχονδριακές ασθένειες. Κύρια διαγνωστικά κριτήρια (πρώτη ομάδα).

• Κλινικός:
  • καθιερωμένες διαγνώσεις: MERRF, MELAS, NARP, MNGIE, σύνδρομα Pearson, νευροπάθεια Leber, νόσοι Leigh και Alpers.
  • η παρουσία 2 ή συνδυασμού των ακόλουθων συμπτωμάτων:
    • πολυσυστηματική βλάβη, παθογνωμονική για παθήσεις της αναπνευστικής αλυσίδας.
    • προοδευτική πορεία με επεισόδια επιδείνωσης ή παρουσία μιτοχονδριακών μεταλλάξεων στην οικογένεια.
    • αποκλεισμός μεταβολικών και άλλων νοσημάτων με τη διενέργεια κατάλληλων εξετάσεων.
• Ιστολογική - ανίχνευση του φαινομένου RRF σε περισσότερο από 2% του μυϊκού ιστού.
• Ενζυματικό:
  • ίνες αρνητικές στην οξειδάση του κυτοχρώματος c;
  • μειωμένη δραστικότητα των ενζύμων του συμπλέγματος της αναπνευστικής αλυσίδας (<20% του φυσιολογικού στους ιστούς, <30% σε κύτταρα ή σε διάφορους ιστούς).
• Λειτουργική - μείωση της σύνθεσης ATP σε ινοβλάστες κατά περισσότερες από 3 τυπικές αποκλίσεις.
• Μοριακές γενετικές - παθογενετικά σημαντικές μεταλλάξεις του πυρηνικού ή του μιτοχονδριακού DNA.

Πρόσθετα διαγνωστικά κριτήρια (δεύτερη ομάδα).

• Κλινικά - μη ειδικά συμπτώματα που εμφανίζονται σε ασθένειες της αναπνευστικής αλυσίδας (θνησιγένεια, μειωμένη κινητική δραστηριότητα του εμβρύου, πρόωρος νεογνικός θάνατος, κινητικές διαταραχές, αναπτυξιακές διαταραχές, μειωμένος μυϊκός τόνος στη νεογνική περίοδο).
• Ιστολογική - μικρό ποσοστό φαινομένου RRF, υποσαρκολημικής συσσώρευσης μιτοχονδρίων ή ανωμαλιών τους.
• Ενζυμική - χαμηλή δραστικότητα ενζύμων αναπνευστικού συμπλόκου (20-30% του φυσιολογικού στον ιστό, 30-40% σε κύτταρα ή κυτταρικές σειρές).
• Λειτουργική - μείωση της σύνθεσης ATP σε ινοβλάστες κατά 2-3 τυπικές αποκλίσεις ή απουσία ανάπτυξης ινοβλαστών σε μέσο με γαλακτόζη.
• Μοριακή γενετική - ανίχνευση μεταλλάξεων στο πυρηνικό ή στο μιτοχονδριακό DNA με πιθανή παθογενετική σύνδεση.
• Μεταβολικός - ανίχνευση ενός ή περισσότερων μεταβολιτών που υποδηλώνει διαταραχή στην κυτταρική βιοενεργειακή λειτουργία.

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