_线粒体基因病

1、 线粒体线粒体遗传遗传病病（Mitochondrial Genetic Diseases) v线粒体内的线粒体线粒体内的线粒体DNA(mitochondrial DNA, mtDNA)DNA(mitochondrial DNA, mtDNA)组成组成线粒体基因组线粒体基因组。mtDNAmtDNA基因突变引起的人类疾基因突变引起的人类疾病称为病称为线粒体遗传病线粒体遗传病或或线粒体基因病线粒体基因病。v线粒体基因病呈母系遗传，它危及各个年龄层次，线粒体基因病呈母系遗传，它危及各个年龄层次，其临床表现往往呈进行性加重，最终使患者严重致其临床表现往往呈进行性加重，最终使患者严重致残或致死。残或致死。

2、v短短的十几年中，这一领域的研究迅猛发展，已发短短的十几年中，这一领域的研究迅猛发展，已发现线粒体突变基因所致的功能缺陷与现线粒体突变基因所致的功能缺陷与100100多种疾病多种疾病有关。有关。研究简史研究简史v18941894年于动物细胞质内发现年于动物细胞质内发现线粒体。线粒体。v19631963年年NassNass首次在鸡卵母细首次在鸡卵母细胞中发现线粒胞中发现线粒 体中存在有体中存在有DNADNA。v19811981年报道了人年报道了人mtDNAmtDNA的完整的完整序列。序列。v19881988年年WallaceWallace等在线粒体脑等在线粒体脑肌病等患者肌病等患者 的的mtDN

3、AmtDNA中发现中发现了了mtDNAmtDNA缺失和点突变。缺失和点突变。一一、线粒体基因线粒体基因v线粒体是细胞内线粒体是细胞内半自主半自主细胞器细胞器, , 具有自己的一具有自己的一套基因表达系统和表达套基因表达系统和表达体系体系, , 被称之为被称之为“人类人类第第2525号染色体号染色体”、“线线粒体基因组粒体基因组”。 Structure ofvmtDNAmtDNA构成线粒体基因组。构成线粒体基因组。人的人的mtDNAmtDNA是由两条链组成的是由两条链组成的一条一条环状的环状的DNADNA分子分子, , 两条链两条链因含碱基成份不同因含碱基成份不同, , 一条链一条链叫叫L L链

4、链, , 另一条为另一条为H H链链, ,整条整条mtDNAmtDNA是由是由16 569bp16 569bp组成。组成。v线粒体基因组线粒体基因组由由3737个基因组个基因组成。成。vL L链仅编码链仅编码8 8种种tRNAtRNA和一种小和一种小分子的分子的mRNA, mRNA, v其余的均为其余的均为H H链编码。链编码。mtDNA的功能 mtDNAmtDNA共编码共编码2 2种种rRNA,22rRNA,22种种tRNA;tRNA;。 mtDNA mtDNA编码线粒体内的编码线粒体内的1313种种多 肽 ， 参 与 氧 化 磷 酸 化多 肽 ， 参 与 氧 化 磷 酸 化（OXPHOSO

5、XPHOS）。）。OXPHOSOXPHOS由由5 5个个酶复合体（酶复合体（）组成。）组成。v复合体复合体由由3030多个多肽组成，其中多个多肽组成，其中7 7个由个由mtDNAmtDNA编码。编码。v复合体复合体由由4 4个个nDNAnDNA编码的多肽构成。编码的多肽构成。v复合体复合体由由1010个多肽构成；个多肽构成；1 1个由个由mtDNAmtDNA编码。编码。v复合体复合体由由1313个多肽构成，个多肽构成，3 3个由个由mtDNAmtDNA编码。编码。v复合体复合体由由1212个多肽组成，个多肽组成，2 2个由个由mtDNAmtDNA编码。编码。 线粒体基因特点v 1.1.半自主性

6、半自主性 mtDNA mtDNA能够能够独立独立地复制与表达，因地复制与表达，因nDNAnDNA编码大量的维持线粒体结构和功能的大分子编码大量的维持线粒体结构和功能的大分子复合物及多数复合物及多数OXPHOSOXPHOS酶的蛋白质亚单位，其功能酶的蛋白质亚单位，其功能又又受受nDNAnDNA的影响的影响。v 2.2. 线粒体基因组中各基因排列紧密线粒体基因组中各基因排列紧密 v几乎每个核苷酸都是编码顺序的一部分几乎每个核苷酸都是编码顺序的一部分, ,不是编不是编码蛋白质就是编码一种码蛋白质就是编码一种rRNArRNA或者或者tRNA, tRNA, 仅有很仅有很小的一段作为调控小的一段作为调控D

7、NADNA顺序。顺序。3. 遗传密码和通用密码不同遗传密码和通用密码不同表表 1 1 人类人类“通用”密码子和线粒体密码子之间的几点区别“通用”密码子和线粒体密码子之间的几点区别 密码子 “通用”密码 线粒体密码 UGA 终止密码 色氨酸 AUA,AUU 异亮氨酸 甲硫氨酸 AGA,AGG 精氨酸 终止密码 4. 母系遗传母系遗传v 母亲将她的母亲将她的mtDNAmtDNA传递给她的所有子女，传递给她的所有子女，她 的 女 儿 们 又 将 其她 的 女 儿 们 又 将 其mtDNAmtDNA传给下一代。传给下一代。序序列分析列分析子代子代mtDNA, mtDNA, 发发现现1/10 0001/

8、10 000的的 mtDNAmtDNA来来自父亲自父亲, , 余之来自母亲。余之来自母亲。因此因此, , 99.99%99.99%的的mtDNAmtDNA属母系传递。属母系传递。5. 同质性与异质性同质性与异质性v由于细胞内线粒体有成百上千个由于细胞内线粒体有成百上千个mtDNAmtDNA拷贝，在细胞分裂拷贝，在细胞分裂时它们又被随机分配到子细胞中，这样线粒体遗传就不同时它们又被随机分配到子细胞中，这样线粒体遗传就不同于核基因的孟德尔遗传。在正常组织中，所有的于核基因的孟德尔遗传。在正常组织中，所有的mtDNAmtDNA分分子都是一致的，称为子都是一致的，称为同质性同质性。v如果如果mtDNA

9、mtDNA发生突变，造成在同一细胞或同一组织中两种发生突变，造成在同一细胞或同一组织中两种或两种以上或两种以上mtDNAmtDNA共存，一种为野生型，另一种为突变型，共存，一种为野生型，另一种为突变型，即为即为异质性异质性。异质性细胞经过有丝分裂和减数分裂，异质性细胞经过有丝分裂和减数分裂， 随机分随机分离到两个子细胞中的突变型和野生型离到两个子细胞中的突变型和野生型mtDNAmtDNA的比例发生的比例发生改变，改变，卵母细胞成熟卵母细胞成熟时，绝大多数线粒体会丧失，数时，绝大多数线粒体会丧失，数目可能会目可能会少于少于1010个，最多不会超出个，最多不会超出100100个个。线粒体数目线粒体

10、数目从从10105 5个锐减到少于个锐减到少于100100个个的过程称为的过程称为遗传瓶颈遗传瓶颈。mtDNAmtDNA基因型分别向纯合突变型和纯合野生基因型分别向纯合突变型和纯合野生型型漂变漂变，经过无数次分裂后，细胞可达到同质性，经过无数次分裂后，细胞可达到同质性。v如果通过遗传瓶颈如果通过遗传瓶颈存活下来存活下来的一个线的一个线粒体碰巧携带一种突变基因，那么这个基粒体碰巧携带一种突变基因，那么这个基因组就能够确保该线粒体类型在发育完成因组就能够确保该线粒体类型在发育完成之后的个体中的数量。之后的个体中的数量。6. 阈值效应阈值效应v由由mtDNAmtDNA突变所致的表型表达与核基因的显突

11、变所致的表型表达与核基因的显性或隐性表达不同，主要是由某种组织中野生型与性或隐性表达不同，主要是由某种组织中野生型与突变型突变型mtDNAmtDNA的相对比例以及该种组织对线粒体的的相对比例以及该种组织对线粒体的ATPATP产生的依赖程度所决定的。产生的依赖程度所决定的。v突变突变mtDNAmtDNA的数目的数目需达到某种程度才足以引需达到某种程度才足以引起某种组织或器官功能的异常，这称为起某种组织或器官功能的异常，这称为阈值效应阈值效应。7.突变率高突变率高vmtDNAmtDNA中中各基因排列紧凑各基因排列紧凑，另外，另外mtDNAmtDNA既既无组蛋无组蛋白保护白保护，又，又缺乏缺乏有效的

12、有效的DNADNA损伤修复系统，且直接损伤修复系统，且直接暴露暴露于于OXPHOSOXPHOS过程中产生的高反应氧中，因此突变过程中产生的高反应氧中，因此突变率大约是率大约是核核DNADNA的的10102020倍倍。8.mtDNA整合到核基因组整合到核基因组vmtDNAmtDNA可以可以稳定地整合稳定地整合到核基因组中。到核基因组中。在人的胎盘组织、白细胞等核基因组中均在人的胎盘组织、白细胞等核基因组中均发现整合的发现整合的mtDNAmtDNA。二、二、mtDNA突变vmtDNAmtDNA突变的类型：突变的类型：v碱基突变碱基突变v1 1. .错义突变错义突变：又称氨基酸替换突变，主要与神经系

13、统疾病：又称氨基酸替换突变，主要与神经系统疾病有关，如有关，如LHONLHON等。等。v2.2.蛋白质生物合成基因突变蛋白质生物合成基因突变：为：为tRNAtRNA基因突变，与线粒体基因突变，与线粒体肌病相关，典型疾病包括有癫痫伴碎红纤维病等。肌病相关，典型疾病包括有癫痫伴碎红纤维病等。缺失、插入突变v经常是以经常是以缺失为多见缺失为多见，缺失突变主要引起绝大，缺失突变主要引起绝大多数多数眼肌病眼肌病。常发生于神经性疾病及一些退化性疾。常发生于神经性疾病及一些退化性疾病中，如病中，如KSSKSS综合征。综合征。mtDNA拷贝数目突变v拷贝数目突变为拷贝数目突变为mtDNAmtDNA拷贝数低于正

14、常拷贝数低于正常，这，这种突变较少，仅见于一些致死性婴儿呼吸障碍等种突变较少，仅见于一些致死性婴儿呼吸障碍等病例。病例。v此外，此外，mtDNAmtDNA病变具有相应的病变具有相应的组织特异性组织特异性。v有些线粒体遗传病是有些线粒体遗传病是nDNAnDNA与与mtDNAmtDNA共同作用共同作用的结果。的结果。三、常见的线粒体基因病常见的线粒体基因病v线粒体基因病也称为线粒体基因病也称为线粒体肌病线粒体肌病，这类疾，这类疾病常伴有明显的肌肉异常、共济失调、心肌病、病常伴有明显的肌肉异常、共济失调、心肌病、视网膜病等。视网膜病等。mtDNAmtDNA点突变与疾病点突变与疾病vLeberLebe

15、r遗传性视神经病遗传性视神经病( (LHONLHON) )vLHONLHON是人类母系遗传病的典型病例。是人类母系遗传病的典型病例。LeberLeber遗传性视神经病遗传性视神经病(LHON);(LHON);线粒体肌病脑肌病伴乳酸中毒及中风样发作综合征（线粒体肌病脑肌病伴乳酸中毒及中风样发作综合征（MELAS);MELAS);肌阵挛性癫痫伴碎红纤维病肌阵挛性癫痫伴碎红纤维病; ;神经性肌软弱、共济失调、色素性视网膜炎（神经性肌软弱、共济失调、色素性视网膜炎（ NARPNARP）; ;mtDNAmtDNA突变与耳聋突变与耳聋; ;母系遗传性肌病和心肌病（母系遗传性肌病和心肌病（MMCMMC）;

16、;LeighLeigh病病. .v主要症状主要症状：双侧视：双侧视神经萎缩，一般发神经萎缩，一般发病为病为18183030岁，男岁，男女发病比例为女发病比例为4:14:1。其它相关症状包括其它相关症状包括反射亢进，小脑共反射亢进，小脑共济失调，外周视神济失调，外周视神经炎及心脏节律失经炎及心脏节律失调等。调等。vmtDNAmtDNA上上许多位点的突变许多位点的突变都伴有都伴有LHONLHON。v19881988年年WallaceWallace最先发现最先发现mtDNAmtDNA第第1177811778位点位点的的GAGA，使，使NADHNADH脱氢酶亚单位脱氢酶亚单位4(ND4)4(ND4)蛋

17、白质中第蛋白质中第340340个氨基酸由精氨酸个氨基酸由精氨酸组氨酸。组氨酸。50%50%的的LHONLHON病是病是由该位点引起。由该位点引起。11778 GA MtDNA 突变 相关基因 Nt11778 (GA) nt15257 (GA) nt7444 (GA) nt4160 (TC) nt3460 (GA) nt3394 (TC) nt14484 (TC) mtDNA 协同突变： nt15812 (GA) nt13708 (GA) nt5244 (GA) nt4917 (AG) nt4216 (TC) ND4 Cyb6 COX I ND1 ND1 ND1 ND6这些突变与各种组合时可致

18、LHON 表表 2 与与LHON病相关的病相关的mtDNA突变突变 现在还发现现在还发现1010多种点突变多种点突变与该病的发生相关；与该病的发生相关；有些突变单独可引起有些突变单独可引起LHONLHON，有些则必须与其它突，有些则必须与其它突变配合作用才发生变配合作用才发生LHON (LHON (表表2)2)vLHONLHON的研究也提出了线粒体病中的一个的研究也提出了线粒体病中的一个概念，即概念，即多种突变的相互作用多种突变的相互作用，其中也包括核，其中也包括核基因的作用，最终导致疾病的发生。最近已发基因的作用，最终导致疾病的发生。最近已发现现X X染色体染色体上一基因位点与上一基因位点与

19、LHONLHON视萎缩有关，视萎缩有关，这大概可以解释为什么这大概可以解释为什么LHONLHON男性患者较多的原男性患者较多的原因。因。v我国我国LHONLHON家系的研究也获得了类似结果。在家系的研究也获得了类似结果。在LHONLHON家家系中，系中，11 77811 778位点大多是同质性的，异质性个体则随细位点大多是同质性的，异质性个体则随细胞分裂发生复制分离，产生多种多样的异质基因型，而胞分裂发生复制分离，产生多种多样的异质基因型，而且在不同组织中突变且在不同组织中突变DNADNA比例不同，它们都向同质性方比例不同，它们都向同质性方向漂变。向漂变。利用利用Wallace突变突变可以对约

20、可以对约50LHON家系进家系进行基因诊断行基因诊断v其原理是因其原理是因11 77811 778位点位点GA, GA, 丧失丧失SfaN SfaN 酶切酶切位点位点同时又获得同时又获得MaeMae酶切位点，可以在酶切位点，可以在11 77811 778位点两位点两侧设计一对引物，通过侧设计一对引物，通过PCRPCR扩增，其产物用扩增，其产物用SfaN SfaN 酶酶切切, ,正常个体可切成正常个体可切成条带条带而患者和携带者只有而患者和携带者只有一条带一条带。v如果用如果用Mae Mae 酶切酶切，则相反，正常个体，则相反，正常个体1 1条带条带, ,突突变个体可为变个体可为2 2条带条带，

21、如杂合可出现条带这样可以做到，如杂合可出现条带这样可以做到准确的诊断。准确的诊断。vPCR-SSCP分析，分析，结合序列分结合序列分析进行确诊析进行确诊线粒体肌病脑肌病伴乳酸中毒及中风样发作综线粒体肌病脑肌病伴乳酸中毒及中风样发作综合征（合征（MELASMELAS) )vMELASMELAS的症状的症状为：突发呕吐，乳酸中毒，肌肉组为：突发呕吐，乳酸中毒，肌肉组织病变，有碎红纤维。有时伴痴呆，耳聋，身材矮小织病变，有碎红纤维。有时伴痴呆，耳聋，身材矮小等症状。中风具可逆性，使大脑皮层和脊髓白质损伤，等症状。中风具可逆性，使大脑皮层和脊髓白质损伤，可用可用CTCT或或MRIMRI检出。检出。v一

22、般很少见一般很少见MELASMELAS的家系中患者有上述全部症状，的家系中患者有上述全部症状，而其而其母系亲属常仅表现神经异常母系亲属常仅表现神经异常。v80%80%的的MELASMELAS患者患者mtDNAmtDNA编码的编码的tRNAtRNA基因基因3 2433 243位位点有点有AGAG的突变的突变，另四种，另四种少见的突变少见的突变均在该基因的均在该基因的3 3 291291、3 2713 271、3 2563 256和和3 2523 252位点。位点。vMELAS MELAS 突变可能降低转录活性并改变线粒体突变可能降低转录活性并改变线粒体rRNArRNA和和mRNAmRNA转录的比

23、例。具有转录的比例。具有mtDNAmtDNA突变的个体也常突变的个体也常随年龄的增加而加重病情。随年龄的增加而加重病情。肌阵挛性癫痫伴碎红纤维病v肌阵挛性癫痫伴碎红纤维病肌阵挛性癫痫伴碎红纤维病( (MERRFMERRF) )是一种线粒体是一种线粒体肌病肌病(MM)(MM)，它除了具有，它除了具有MMMM的特征的特征( (即破碎的肌红纤维和形即破碎的肌红纤维和形态异常的线粒体态异常的线粒体) )之外，还伴有失控的阵挛性癫痫。之外，还伴有失控的阵挛性癫痫。v具有明显的具有明显的母系遗传性母系遗传性，患者的母系亲属常表现，患者的母系亲属常表现一些症状如脑电图异常，感觉神经听力丧失，痴呆，呼一些症状

24、如脑电图异常，感觉神经听力丧失，痴呆，呼吸异常，扩张性心肌病和肾功能障碍等症状。吸异常，扩张性心肌病和肾功能障碍等症状。vMERRFMERRF家系与家系与多向性氧化磷酸化受损多向性氧化磷酸化受损有关，有关，主要是呼吸链酶主要是呼吸链酶复合物复合物和和受到损伤。氧化磷受到损伤。氧化磷酸化酶缺陷程度与临床症状严重程度成正比。酸化酶缺陷程度与临床症状严重程度成正比。v808090%90%患者患者mtDNAmtDNA的的tRNAtRNA基因的第基因的第83448344位位AGAG突变，小部分在同一基因的突变，小部分在同一基因的8 3568 356位位TCTC突突变变。v主要影响线粒体呼吸链的酶主要影响

25、线粒体呼吸链的酶复合物复合物和和。该突变使该突变使tRNALystRNALys的的TC LoopTC Loop区区发生改变，蛋白发生改变，蛋白质合成受阻。质合成受阻。vMERRFMERRF家族成员家族成员mtDNAmtDNA通常为通常为异质性异质性，氧，氧化磷酸化酶水平会随着年龄的增大而迅速降化磷酸化酶水平会随着年龄的增大而迅速降低，而与低，而与mtDNAmtDNA突变仅部分相关。突变仅部分相关。v随着年龄的增大，氧化磷酸化能力进一步降随着年龄的增大，氧化磷酸化能力进一步降低，直至低于阈值，出现临床症状。可解释为什么低，直至低于阈值，出现临床症状。可解释为什么许多有许多有mtDNAmtDNA突

26、变的个体在早期是正常的，到一定突变的个体在早期是正常的，到一定年龄发病，尔后病情加剧。年龄发病，尔后病情加剧。神经性肌软弱、共济失调、色素性视网膜炎（ NARP）v NARPNARP患者表现为色素性视网膜炎、共济失患者表现为色素性视网膜炎、共济失调、癫痫、痴呆、近端神经肌肉衰弱、感觉神调、癫痫、痴呆、近端神经肌肉衰弱、感觉神经元痛以及发育迟缓。经元痛以及发育迟缓。vNARPNARP与与mtDNAmtDNA上上ATPase ATPase 基因上第基因上第8 9938 993位位的点的点突变有关。当突变突变有关。当突变mtDNAmtDNA超过超过9090% %时，患者就表现出时，患者就表现出Lei

27、ghLeigh综合征，通常在幼年期发病，一般会致命。综合征，通常在幼年期发病，一般会致命。mtDNA突变与耳聋v1)1)氨基糖甙类抗生素致聋氨基糖甙类抗生素致聋 v链霉素、庆大霉素素等氨基糖甙类抗生链霉素、庆大霉素素等氨基糖甙类抗生素能致聋早已是常识了，素能致聋早已是常识了， 但分子机制不清。但分子机制不清。v资料资料表明表明mtDNAmtDNA编码的编码的12S rRNA12S rRNA基因第基因第1 5551 555位点位点AGAG的突变的突变造成了机体对氨基糖甙类抗生素造成了机体对氨基糖甙类抗生素耳聋效应的高度易感性，极少剂量的氨基糖甙类耳聋效应的高度易感性，极少剂量的氨基糖甙类抗生素就

28、会致聋。抗生素就会致聋。v导致听力丧失的还有导致听力丧失的还有同质性突变同质性突变是是mtDNA7 mtDNA7 445445位点位点TCTC的突变的突变。v7 4457 445位点位点TCTC的突变是一个重链上的细的突变是一个重链上的细胞色素氧化酶胞色素氧化酶I I基因的最后一个核苷酸和轻链基因的最后一个核苷酸和轻链上紧靠上紧靠3 3末端末端tRNAser(ucn)tRNAser(ucn)基因的核苷酸的基因的核苷酸的变化。变化。2)mtDNA4977缺失致聋v研究表明,mtDNA4977mtDNA4977缺失缺失的发生与老化有关；的发生与老化有关；内耳和蜗核组织中内耳和蜗核组织中mtDNA4

29、977mtDNA4977缺失缺失与老年聋的发与老年聋的发生有关。生有关。 母系遗传性肌病和心肌病（MMC）vMMCMMC患者表现线粒体肌病、肥大性心肌病。患者表现线粒体肌病、肥大性心肌病。vMMCMMC主要是主要是mtDNAmtDNA的的tRNAtRNA基因基因32603260位位AGAG突变突变。它与导致。它与导致MELASMELAS的基因属于异等位基因，的基因属于异等位基因，因此因此MMCMMC和和MELASMELAS可能是一种遗传病的两个等位可能是一种遗传病的两个等位表现。表现。Leigh病v又称又称亚急性坏死性脑脊髓肌病亚急性坏死性脑脊髓肌病v症状：呼吸异常，声音微弱，视力听力受损，症

30、状：呼吸异常，声音微弱，视力听力受损，运动失调，衰弱，高血压等。运动失调，衰弱，高血压等。v与与mtDNA 8 993mtDNA 8 993位点位点TGTG的颠换的颠换有关有关, ,这一碱这一碱基变化使基变化使ATPATP酶酶 6 6 基因基因第第156156位位 Leu (ArgLeu (Arg) )，即，即ATPATP酶合成缺陷，氧化磷酸化作用受阻从而使供能酶合成缺陷，氧化磷酸化作用受阻从而使供能不足。不足。mtDNAmtDNA缺失、重复与疾病缺失、重复与疾病mtDNAmtDNA缺失与重复缺失与重复存在于许多神经肌肉性存在于许多神经肌肉性疾病及一些退化性疾病、肾病和肝病中，甚至衰疾病及一些

31、退化性疾病、肾病和肝病中，甚至衰老也与之有关老也与之有关。1.Kearns-Sayre综合征(眼肌病); 2.Pearson骨髓/胰腺综合征;3.线粒体心肌病; 4.帕金森病;5.Alzheimer病（ADAD）; ; 6.非胰岛素依赖型糖尿病;1.Kearns-Sayre综合征(眼肌病)v又称为又称为慢性进行性眼外肌麻痹慢性进行性眼外肌麻痹(CPEO)(CPEO)，也称，也称为为Kearns-SayreKearns-Sayre综合征综合征(KSS)(KSS)。v临床表现临床表现：从仅有眼肌麻痹，眼睑下垂及四：从仅有眼肌麻痹，眼睑下垂及四肢肌病到视网膜色素变性，乳酸中毒，感觉神经肢肌病到视网膜

32、色素变性，乳酸中毒，感觉神经性听力丧失，运动失调，心脏传导功能障碍，甚性听力丧失，运动失调，心脏传导功能障碍，甚至痴呆。具前一症状时，称为至痴呆。具前一症状时，称为CPEOCPEO，发展成为后，发展成为后一症状时一症状时, ,即称为即称为KSSKSS。KSSKSS也是也是CPEOCPEO。KSS KSS 有以下三个共同特征有以下三个共同特征：v2020岁以前发病岁以前发病; ; 进行性的眼外肌麻痹（进行性的眼外肌麻痹（PEOPEO）; ;v色素视网膜炎；色素视网膜炎； 还有一些其他如心脏，小脑症状等。还有一些其他如心脏，小脑症状等。v病程发展较快，往往在三四十岁就死亡。病程发展较快，往往在三四

33、十岁就死亡。v研究研究KSSKSS发现，发现，几乎所有几乎所有患者患者均有均有mtDNAmtDNA缺缺失失。缺失片段范围在。缺失片段范围在2.0 kb2.0 kb7.0kb7.0kb之间，缺失多之间，缺失多发生在重链与轻链的发生在重链与轻链的两个复制起始点两个复制起始点之间。因缺之间。因缺失丢掉许多基因，尤其失丢掉许多基因，尤其tRNAtRNA基因，故受这些缺失基因，故受这些缺失突变影响的个体都呈现出不同程度的突变影响的个体都呈现出不同程度的mtDNA mtDNA 蛋白蛋白质合成缺陷，影响所有质合成缺陷，影响所有4 4种呼吸链复合物。种呼吸链复合物。v约约1/31/3的的 KSS KSS患者的

34、缺失发生在患者的缺失发生在4 4 977 977 bpbp区域，区域， 断裂点分别位于断裂点分别位于ATPATP酶亚单位酶亚单位8 8基基因中的第因中的第84688468位和位和ND5ND5基因中的第基因中的第13 44613 446位。位。v序列分析序列分析可知，缺失两侧有一个可知，缺失两侧有一个13 bp(5-13 bp(5-ACCTCCCTCACCA)ACCTCCCTCACCA)的同向重复序列，缺失后的融合基的同向重复序列，缺失后的融合基因编码出异常的蛋白质产物。这种两侧重复序列可因编码出异常的蛋白质产物。这种两侧重复序列可能因同源重组而产生了缺失。能因同源重组而产生了缺失。v最大片段的

35、缺失最大片段的缺失则为则为15 94515 945位点到位点到5 7865 786位点位点之间之间10kb10kb的缺失的缺失及及5 4485 448到到470 470 位点间的缺失位点间的缺失。2.Pearson骨髓/胰腺综合征v又称又称胰腺综合征胰腺综合征，是一种致死性的儿童疾，是一种致死性的儿童疾病。病。v临床特征临床特征：铁幼粒红细胞贫血，骨髓前体：铁幼粒红细胞贫血，骨髓前体的空泡形成，伴发各类血细胞减少。胰腺纤维的空泡形成，伴发各类血细胞减少。胰腺纤维变性、分泌障碍及脾萎缩等。偶尔能存活的个变性、分泌障碍及脾萎缩等。偶尔能存活的个体到青年期常发展成为体到青年期常发展成为KSSKSS的

36、表型特征的表型特征。vPearsonPearson综合征主要与综合征主要与mtDNAmtDNA缺失缺失有关，偶有关，偶尔也有尔也有mtDNA mtDNA 点突变点突变导致的眼肌病的病例导致的眼肌病的病例, ,为为8 8 334334位位tRNALystRNALys和和3 2423 242位位tRNALeutRNALeu的突变的突变。mtDNAmtDNA的缺失一般只有一处，但其大小和位置在个体的缺失一般只有一处，但其大小和位置在个体间差异极大。间差异极大。 现已发现有现已发现有100100多种缺失。多种缺失。3.线粒体心肌病v线粒体心肌病累及心脏和骨骼肌。线粒体心肌病累及心脏和骨骼肌。v临床表现

37、临床表现：病人常有严重的心力衰竭，：病人常有严重的心力衰竭，劳力性呼吸困难，心动过速，全身肌无力，劳力性呼吸困难，心动过速，全身肌无力，全身严重水肿，心脏和肝脏增大等症状。全身严重水肿，心脏和肝脏增大等症状。v原发型心肌病可由线粒体基因组缺失而原发型心肌病可由线粒体基因组缺失而致。致。研究发现研究发现原发型、原发型、 肥厚型和扩张型心肌肥厚型和扩张型心肌病病人心肌病病人心肌mtDNAmtDNA中存在有中存在有7.5kb7.5kb的缺失的缺失，缺失，缺失部位两侧为同向重复序列部位两侧为同向重复序列CATCAACAACCGCATCAACAACCG，缺失，缺失位于位于ATPATP合成酶合成酶6 6基

38、因和基因和D D环区环区之间。之间。v心肌内心肌内mtDNA mtDNA 突变发生率将随年龄增大而升突变发生率将随年龄增大而升高，这种趋势在高，这种趋势在3535岁后更明显，岁后更明显，7070岁以上的老年岁以上的老年人均有部分心肌人均有部分心肌mtDNAmtDNA缺失。缺失。也是由于老年人冠状也是由于老年人冠状动脉硬化，使心肌缺血缺氧动脉硬化，使心肌缺血缺氧,mtDNA,mtDNA易发生突变，易发生突变，突变后线粒体功能受到影响突变后线粒体功能受到影响, ,从而又反过来加重心从而又反过来加重心肌缺氧，呈恶性循环趋势肌缺氧，呈恶性循环趋势 。mtDNA缺失与缺血性心脏病v线粒体的线粒体的OXP

39、HOSOXPHOS过程过程产生体内大部分的产生体内大部分的氧自由基氧自由基，在细胞缺氧或灌注异常条件下，在细胞缺氧或灌注异常条件下，OXPHOSOXPHOS过程受抑制，此时氧自由基的产生增过程受抑制，此时氧自由基的产生增加，可以导致加，可以导致mtDNAmtDNA损伤而发生突变损伤而发生突变，mtDNAmtDNA突变的后果又使突变的后果又使OXPHOSOXPHOS障碍加重，形成一个障碍加重，形成一个恶性循环。恶性循环。4.帕金森病v临床表现临床表现：本病是一种晚年发病的：本病是一种晚年发病的运动失调症，有震颤，动作迟缓且常常运动失调症，有震颤，动作迟缓且常常错误等症状，又称震颤性麻痹错误等症状

40、，又称震颤性麻痹。少数病少数病人有痴呆症状。人有痴呆症状。v帕金森病患者脑组织特别是黑质中存在帕金森病患者脑组织特别是黑质中存在mtDNAmtDNA中缺乏复合物中缺乏复合物、或或。v从患者脑组织的线粒体中可检测到从患者脑组织的线粒体中可检测到4977bp4977bp的缺失，主要累及的缺失，主要累及NDND3 3、NDND4L4L、NDND4 4及及NDND5 5基因基因。v该病该病遗传学遗传学是复杂的，大多数病例是自发是复杂的，大多数病例是自发的和集中在家庭中。的和集中在家庭中。5.Alzheimer病（AD）vADAD是一种晚年发生的渐进性痴呆。是一种晚年发生的渐进性痴呆。v临床表现为记忆力

41、丧失，认知功能异常和全面临床表现为记忆力丧失，认知功能异常和全面智能减退智能减退;10%;10%的患者伴有肌阵挛，的患者伴有肌阵挛，30%30%40%40%患者具患者具有帕金森病的特征有帕金森病的特征。研究发现研究发现mtDNA 突变也是突变也是AD的病因之一。的病因之一。表明表明nt.5460位点位点GA点突变点突变和本病密切有关和本病密切有关。v患者大脑皮质匀浆显示患者大脑皮质匀浆显示氧化磷酸化解偶联氧化磷酸化解偶联，血小板中复合物血小板中复合物活力降低，皮肤成纤维细胞线粒活力降低，皮肤成纤维细胞线粒体氧化底物能力降低。因此该病与线粒体能量供应体氧化底物能力降低。因此该病与线粒体能量供应不

42、足导致突触小体退化以及有毒的不足导致突触小体退化以及有毒的细胞蛋白沉淀细胞蛋白沉淀和和诱导有关。诱导有关。从图片中从图片中可见可见AlzheimerAlzheimer病脑特征病脑特征性的变化：性的变化：胶质样淀胶质样淀粉状物质粉状物质的沉着的沉着; ;脑沟回变脑沟回变窄变浅。窄变浅。6.非胰岛素依赖型糖尿病v糖尿病一般分为两类，一类为非胰岛素依赖型糖尿病一般分为两类，一类为非胰岛素依赖型糖尿病糖尿病( (NIDDMNIDDM) )，一类为，一类为IDDMIDDM( (胰岛素依赖型糖尿病胰岛素依赖型糖尿病) )。vNIDDM NIDDM 通常晚年发病，胰岛素水平正常或偏低，通常晚年发病，胰岛素水

43、平正常或偏低，通常较肥胖。通常较肥胖。v流行病学研究表明，先证者年龄越大，则流行病学研究表明，先证者年龄越大，则母系母系遗传因素遗传因素作用也增加。作用也增加。mtDNAmtDNA突变突变与与NIDDMNIDDM的病因存在的病因存在一定的相关性。一定的相关性。v现已在一个大的母系遗传成人发病并伴有耳聋的现已在一个大的母系遗传成人发病并伴有耳聋的家系中发现患者肌肉和血细胞的家系中发现患者肌肉和血细胞的mtDNAmtDNA中存在中存在10.4kb10.4kb的缺失的缺失和和mtDNA tRNAmtDNA tRNA基因基因3 2433 243位位AGAG突变突变。v分子生物技术检测发现，当线粒体核苷

44、酸分子生物技术检测发现，当线粒体核苷酸32433243位位由由A A突变为突变为G G，就会引发，就会引发“线粒体基因突变糖尿病线粒体基因突变糖尿病”。v当这一疾病当这一疾病19921992年在国际上首次报道后，年在国际上首次报道后，我国我国项坤三项坤三教授等在教授等在8 8年的时间里，共筛查年的时间里，共筛查42974297例糖尿病患者，得出线粒体基因突变占糖例糖尿病患者，得出线粒体基因突变占糖尿病的尿病的1.21.2，而且还发现这一疾病，而且还发现这一疾病具有特殊具有特殊传递方式传递方式，即家族内女性患者的子女均可能传，即家族内女性患者的子女均可能传得突变基因而患病，但是男性患者的子女均不

45、得突变基因而患病，但是男性患者的子女均不得病。得病。v我国学者报道了我国学者报道了3 316位点的突变。位点的突变。 mtDNA-mtDNA-核核DNADNA突变与疾病突变与疾病v线粒体虽然有自己的遗传系统，但线粒体中大多数酶线粒体虽然有自己的遗传系统，但线粒体中大多数酶或蛋白质是由或蛋白质是由核核DNADNA编码编码的，它们在细胞质中合成并经特定的，它们在细胞质中合成并经特定的方式转送到线粒体中。的方式转送到线粒体中。v线粒体的复制、转录、翻译等都线粒体的复制、转录、翻译等都受核受核DNADNA的控制的控制，有，有些核些核DNADNA的突变也会表现线粒体功能的障碍，故这类疾病都的突变也会表现

46、线粒体功能的障碍，故这类疾病都归入线粒体疾病中。归入线粒体疾病中。1.核DNA改变引起的线粒体疾病v这类疾病主要表现线粒体功能障碍，但这类疾病主要表现线粒体功能障碍，但呈孟德呈孟德尔遗传尔遗传。如编码线粒体蛋白的基因缺陷或与线粒体。如编码线粒体蛋白的基因缺陷或与线粒体蛋白质转运有关的核基因突变都会引起人类的线粒蛋白质转运有关的核基因突变都会引起人类的线粒体疾病。体疾病。2.mtDNA和nDNA的相互作用v在研究在研究mtDNAmtDNA突变引起人类疾病中有一些突变引起人类疾病中有一些难以完全用难以完全用母系遗传来解释母系遗传来解释的问题。例如的问题。例如LHONLHON中患者性别比例有较大中患者性别比例有较大的差异等。的差异等。v有人曾用有人曾用X X染色体上的基因探针对染色体上的基因探针对LeberLeber病的多个家系病的多个家系进行连锁关系的研究，表明该病的发生与进行连锁关系的研究，表明该病的发生与X X染色体上的某染色体上的某个基因有关，提示个基因有关，提示LHONLHON的发生的发生是是mtDNAmtDNA与与nDN