引用本文： 胡瑋冰, 歐陽梅, 李花. 新發線粒體 ND3 基因突變導致線粒體腦肌病伴高乳酸血癥和卒中樣發作綜合征及肌張力障礙一例 . 癲癇雜志, 2018, 4(5): 461-464. doi: 10.7507/2096-0247.20180074 復制
線粒體為環狀的 DNA 分子，目前已確定有 13 個為蛋白質編碼的區域，包括細胞色素 B、細胞色素氧化酶的 3 個亞基、ATP 酶的 2 個亞基、NADH 脫氫酶的 7 個亞基；NADH 脫氫酶（NADH dehydrogenation，ND）功能缺失是引起線粒體呼吸鏈受損最常見的原因，其基因突變會導致線粒體蛋白質合成受損，影響線粒體的電子傳遞鏈復合體亞單位和線粒體能源生產。根據線粒體 DNA（mitochondrial DNA，mt-DNA）分子中堿基對位置，ND 可分為 ND1、ND2、ND3、ND4L、ND4、ND5、ND6 共 7 個亞基。近年來，由 ND1、ND3、ND4、ND5、ND6 的基因突變導致的線粒體腦肌病屢見報道[1-5]。其中，ND3 在 mt-DNA 第 10 059 至 10 404 堿基對中，能產生由 115 種氨基酸構成的 13kDa 蛋白質，其結構呈“L-型”，長臂由疏水性跨膜結構組成，短臂為親水性跨膜結構。其基因突變能引起多種線粒體腦肌病，包括線粒體腦肌病伴高乳酸血癥和卒中樣發作綜合征（Mitochondrial encephalomyopathy with latic acidemia and stroke-like episodes，MELAS）、Leber 遺傳性視覺缺失、Leigh 綜合征、線粒體腦肌病重疊綜合征，合并或不合并肌張力障礙[6-10]。
MELAS 是線粒體腦肌病最常見的類型。臨床表現為突發的卒中樣表現，如精神障礙、智力低下、肢體癱瘓、皮質盲、癲癇和嘔吐等，可有偏頭痛病史和不耐疲勞現象，發病時血及腦脊液乳酸水平升高，頭顱影像學可見皮質及皮質下多發異常信號影，數月后可完全消失，但再次復發時，這種改變又可出現在另一部位的皮質。目前 MELAS 相關基因的突變位點多達 40 個以上，其中位于 tRNA Leu（UUR）基因的 A3243G 位點約占 80%，其他位點包括 tRNA T3271C、tRNA Val（G1642A）、tRNA Lys（T8316C）等[11-14]。線粒體病的遺傳方式主要是母系遺傳，與孟德爾遺傳方式不同，子代是否發病，取決于子代個體正常 mtDNA 和突變 mtDNA 的比例，僅當突變 mtDNA 達到某一閾值時，患者才出現癥狀。如當 MELAS 患者肌纖維內的 mtDNA A3243G 突變>90% 時，臨床上出現卒中樣發作、癡呆、癲癇和共濟失調等，若<50%，則只出現慢性進行性眼外肌癱瘓、肌肉損傷和耳聾[15]。本文報道 1 例新發的 mt-DNA ND3 基因突變導致的 MELAS 合并肌張力障礙的臨床資料。
病例介紹 患兒 男，12 歲。4 歲出現肌張力障礙，表現為左側肢體僵硬、活動不靈活、上樓梯困難，緩慢進行性加重。7 歲時（2011 年 6 月）無誘因睡眠中出現發作，表現為喉中發聲、頭眼右偏、右上肢抬高、全身強直陣攣，持續 3 min 緩解。平均 1 次/周，多為睡眠中發作，1 晚可發作 1～3 次。最長 4 個月未見發作。予丙戊酸鈉治療，1 個月后停用。間斷中藥治療。多次發作后說話逐漸不清晰，腕關節屈曲僵硬，無法下蹲，可站立小便，無法獨立大便。11 歲 10 個月以來發作增加，平均發作 2～3 d/周，發作日中間隔 1 h 反復發作。來我院后予“左乙拉西坦、鹽酸苯海索、輔酶 Q”治療后癥狀好轉。11 歲 11 個月～12 歲 10 個月無發作。自行停用輔酶 Q 此后再次發作，2～3 次/d。現服“左乙拉西坦 250 mg，每日兩次、鹽酸苯海索 1 mg，每日兩次”。今為進一步診治，擬“癲癇”收入院進一步診治。既往無腦炎、腦膜炎、腦外傷病史，無熱性驚厥及癲癇疾病家族史。個人史：母孕 2 產 2，孕期正常，足月順產第二胎。1 歲會走路。上到學前班，無法上學，現能幫忙做少許家務。專科檢查：神志清楚，構音不清，伸舌不出，雙上肢肌張力障礙，說話時面部肌張力障礙。獨立行走，步基寬，橫行，下蹲后無法維持姿勢。四肢伸肌肌張力高，雙側肱二、三頭肌腱反射亢進，雙側膝、跟腱反射亢進，雙側 Babinski 征陽性。
檢查 頭顱核磁共振（MRI）：患兒 2016 年 5 月與 2017 年 5 月頭顱 MRI T2 flair 對比，2017 年 5 月左側小腦半球新發病灶、雙側腦干異常信號消失、雙側基底節區異常信號不變、雙側顳頂枕葉皮層區多發異常信號增多或消失（圖 1）。視頻腦電圖（VEEG）：間歇期雙側大腦半球廣泛性癲癇樣放電。發作期臨床表現：先兆→眼瞼陣攣→雙側非對稱性強直（右頸肌著）→強直-陣攣（頭面部著）→全面性強直陣攣發作（Generalized tonic-clonic seizure，GTCS）（圖 2）；發作期 EEG 無側向性。腦脊液常規未見異常。腦脊液乳酸：3.02 mmol/L（正常值 1.33～1.78 mmol/L）；血清靜息乳酸 3.22 mmol/L（1.33～1.78 mmol/L）。乳酸運動 15 min 后為 2.45 mmol/L，乳酸休息 15 min 后為 2.03 mmol/L；血清銅藍蛋白、甲功三項、尿銅、血及腦脊液自身免疫性抗體檢查均陰性。左側腓腸肌骨骼肌肌肉活檢：骨骼肌肉組織可見肌間質輕度增生、散在分布的多角形萎縮肌纖維，未見線粒體腦肌病典型病理改變（圖 3）。骨骼肌電鏡檢查：未見明顯異常的線粒體（圖 4）。線粒體腦肌病基因檢測結果提示：血液中 ND3 m.10197G>C，54.4%，m.10197delG，5.5%（圖 5）。骨骼肌肉樣本中 ND3 m.10197G>C 與 m.10197delG，突變負荷分別為 82.1% 和 8.7%。
圖1
患兒頭顱核磁共振 T2 flair 對比
a. 2017 年 5 月；b. 2016 年 5 月
圖2
視頻腦電圖檢查
a. 間歇期示雙側大腦半球廣泛性癲癇樣放電；b. 發作期為發作起始無側向性 參數：低頻：1.6 Hz；高頻：70 Hz；敏感度：10 μV
圖3
患兒肌肉組織學檢查
a. HE 染色所檢骨骼肌組織內未見束周肌萎縮（×40）；b. MGT 染色，未見鑲邊空泡和破碎紅纖維（RRF，×40），未見肌內神經束；c. SDH 染色，未見破碎藍纖維和 SDH 強反應性血管（×40）；d. COX 染色，未見 COX 陰性纖維（×40）
圖4
骨骼肌電鏡檢查（×10 000）
a. 電鏡下肌纖維膜連續，大部分具有排列整齊的 Z 線，肌原纖維間有很多電子密度較高、形態未見明顯異常的線粒體；b. 肌膜下可見線粒體堆積，但未見巨大線粒體；c. 部分肌纖維細胞核中心移位，核周及肌原纖維間可見大量空泡，以及少量髓鞘樣的自噬體；b、c，間質中的毛細血管基膜輕度增厚；d. 偶見一個肌纖維的肌原纖維溶解嚴重，部分肌小節消失，有絲狀小體位于核周
圖5
線粒體腦肌病基因檢測
a. 血液樣本
討論 本例患兒以左側肌張力障礙起病，緩慢進展至對肢并進行性加重。臨床表現還有癲癇發作、智能低下、血乳酸增高，MRI 顯示顳、頂、枕葉皮質多灶性損害，1 年內部分病灶消失，部分病灶新增，均支持 MELAS 診斷；基因方面，患者線粒體 ND3 基因第 10 197 位點在血液及肌肉組織中分別檢測到變異負荷為 54.4% 和 82.1% 的 G > C 點突變，同一位點在血液及肌肉組織中還分別檢測出變異負荷分別為 5.5% 和 8.7% 的 G 缺失的移碼突變。但是，對其母親的線粒體基因組進行一代測序定點突變檢測，沒有發現這個突變存在的實驗依據，這可能因為母親的線粒體基因同一位點只是低比例嵌合，一代測序精度不足，未來可通過完善此位點高精度定點檢測來驗證。
另外，已有 2 篇報道證實線粒體 ND3 基因第 10 197 位點的點突變引起肌張力障礙合并多種線粒體腦肌病。Emmanuelle 等[9]報道了 3 個不同的家系中有相似的肌張力障礙合并 Leigh 綜合征的疾病表型，母親與子代均能找到 mtDNAND3 基因 m.10 197G>A 突變，但由于其突變比例較低，3 個家系的母親發病較輕或不發病，證明了 mtDNA 突變的表型由多個基因修飾。另外有報道一個家系中的 18 例肌張力障礙合并 Leber 遺傳性視覺缺失的發病者，都提示白細胞 mtDNA ND3 m.10197G>A 突變[7]。結合本病例，我們發現，mtDNA ND3 基因中 10 197 位點的點突變均引起肌張力障礙，但其合并的線粒體腦肌病的疾病表型并不相同。
此外，該患兒在血液及骨骼肌細胞 mtDNA 第 10 197 位點發現兩種突變類型，即點突變（G>C）及移碼突變（delG），國內外均未見報道。基于目前的基因檢測手段，我們無法證實本病的致病基因為點突變、移碼突變或上述兩種突變共同作用所引起的。但是，由于兩種突變類型變異負荷差異較大，血液中點突變（G>C）及移碼突變（delG）分別為 54.4% 和 5.5%，骨骼肌點突變（G>C）及移碼突變（delG）分別為 82.1% 和 8.7%，根據線粒體病發病率與突變 mtDNA 數目有關，且越多臨床癥狀越重，我們認為本病的致病基因可能與點突變更為相關。
綜上所述，依據美國醫學遺傳學與基因組學學會（American Board of Medical Genetics and Genomics，ABMGG）變異分類指南，我們認為 m.10197G 到 C 點突變及移碼突變（delG）新型變異為“Ⅱ類可能有致病性變異”，可能引起肌張力障礙及 MELAS。
線粒體為環狀的 DNA 分子，目前已確定有 13 個為蛋白質編碼的區域，包括細胞色素 B、細胞色素氧化酶的 3 個亞基、ATP 酶的 2 個亞基、NADH 脫氫酶的 7 個亞基；NADH 脫氫酶（NADH dehydrogenation，ND）功能缺失是引起線粒體呼吸鏈受損最常見的原因，其基因突變會導致線粒體蛋白質合成受損，影響線粒體的電子傳遞鏈復合體亞單位和線粒體能源生產。根據線粒體 DNA（mitochondrial DNA，mt-DNA）分子中堿基對位置，ND 可分為 ND1、ND2、ND3、ND4L、ND4、ND5、ND6 共 7 個亞基。近年來，由 ND1、ND3、ND4、ND5、ND6 的基因突變導致的線粒體腦肌病屢見報道[1-5]。其中，ND3 在 mt-DNA 第 10 059 至 10 404 堿基對中，能產生由 115 種氨基酸構成的 13kDa 蛋白質，其結構呈“L-型”，長臂由疏水性跨膜結構組成，短臂為親水性跨膜結構。其基因突變能引起多種線粒體腦肌病，包括線粒體腦肌病伴高乳酸血癥和卒中樣發作綜合征（Mitochondrial encephalomyopathy with latic acidemia and stroke-like episodes，MELAS）、Leber 遺傳性視覺缺失、Leigh 綜合征、線粒體腦肌病重疊綜合征，合并或不合并肌張力障礙[6-10]。
MELAS 是線粒體腦肌病最常見的類型。臨床表現為突發的卒中樣表現，如精神障礙、智力低下、肢體癱瘓、皮質盲、癲癇和嘔吐等，可有偏頭痛病史和不耐疲勞現象，發病時血及腦脊液乳酸水平升高，頭顱影像學可見皮質及皮質下多發異常信號影，數月后可完全消失，但再次復發時，這種改變又可出現在另一部位的皮質。目前 MELAS 相關基因的突變位點多達 40 個以上，其中位于 tRNA Leu（UUR）基因的 A3243G 位點約占 80%，其他位點包括 tRNA T3271C、tRNA Val（G1642A）、tRNA Lys（T8316C）等[11-14]。線粒體病的遺傳方式主要是母系遺傳，與孟德爾遺傳方式不同，子代是否發病，取決于子代個體正常 mtDNA 和突變 mtDNA 的比例，僅當突變 mtDNA 達到某一閾值時，患者才出現癥狀。如當 MELAS 患者肌纖維內的 mtDNA A3243G 突變>90% 時，臨床上出現卒中樣發作、癡呆、癲癇和共濟失調等，若<50%，則只出現慢性進行性眼外肌癱瘓、肌肉損傷和耳聾[15]。本文報道 1 例新發的 mt-DNA ND3 基因突變導致的 MELAS 合并肌張力障礙的臨床資料。
病例介紹 患兒 男，12 歲。4 歲出現肌張力障礙，表現為左側肢體僵硬、活動不靈活、上樓梯困難，緩慢進行性加重。7 歲時（2011 年 6 月）無誘因睡眠中出現發作，表現為喉中發聲、頭眼右偏、右上肢抬高、全身強直陣攣，持續 3 min 緩解。平均 1 次/周，多為睡眠中發作，1 晚可發作 1～3 次。最長 4 個月未見發作。予丙戊酸鈉治療，1 個月后停用。間斷中藥治療。多次發作后說話逐漸不清晰，腕關節屈曲僵硬，無法下蹲，可站立小便，無法獨立大便。11 歲 10 個月以來發作增加，平均發作 2～3 d/周，發作日中間隔 1 h 反復發作。來我院后予“左乙拉西坦、鹽酸苯海索、輔酶 Q”治療后癥狀好轉。11 歲 11 個月～12 歲 10 個月無發作。自行停用輔酶 Q 此后再次發作，2～3 次/d。現服“左乙拉西坦 250 mg，每日兩次、鹽酸苯海索 1 mg，每日兩次”。今為進一步診治，擬“癲癇”收入院進一步診治。既往無腦炎、腦膜炎、腦外傷病史，無熱性驚厥及癲癇疾病家族史。個人史：母孕 2 產 2，孕期正常，足月順產第二胎。1 歲會走路。上到學前班，無法上學，現能幫忙做少許家務。專科檢查：神志清楚，構音不清，伸舌不出，雙上肢肌張力障礙，說話時面部肌張力障礙。獨立行走，步基寬，橫行，下蹲后無法維持姿勢。四肢伸肌肌張力高，雙側肱二、三頭肌腱反射亢進，雙側膝、跟腱反射亢進，雙側 Babinski 征陽性。
檢查 頭顱核磁共振（MRI）：患兒 2016 年 5 月與 2017 年 5 月頭顱 MRI T2 flair 對比，2017 年 5 月左側小腦半球新發病灶、雙側腦干異常信號消失、雙側基底節區異常信號不變、雙側顳頂枕葉皮層區多發異常信號增多或消失（圖 1）。視頻腦電圖（VEEG）：間歇期雙側大腦半球廣泛性癲癇樣放電。發作期臨床表現：先兆→眼瞼陣攣→雙側非對稱性強直（右頸肌著）→強直-陣攣（頭面部著）→全面性強直陣攣發作（Generalized tonic-clonic seizure，GTCS）（圖 2）；發作期 EEG 無側向性。腦脊液常規未見異常。腦脊液乳酸：3.02 mmol/L（正常值 1.33～1.78 mmol/L）；血清靜息乳酸 3.22 mmol/L（1.33～1.78 mmol/L）。乳酸運動 15 min 后為 2.45 mmol/L，乳酸休息 15 min 后為 2.03 mmol/L；血清銅藍蛋白、甲功三項、尿銅、血及腦脊液自身免疫性抗體檢查均陰性。左側腓腸肌骨骼肌肌肉活檢：骨骼肌肉組織可見肌間質輕度增生、散在分布的多角形萎縮肌纖維，未見線粒體腦肌病典型病理改變（圖 3）。骨骼肌電鏡檢查：未見明顯異常的線粒體（圖 4）。線粒體腦肌病基因檢測結果提示：血液中 ND3 m.10197G>C，54.4%，m.10197delG，5.5%（圖 5）。骨骼肌肉樣本中 ND3 m.10197G>C 與 m.10197delG，突變負荷分別為 82.1% 和 8.7%。
圖1
患兒頭顱核磁共振 T2 flair 對比
a. 2017 年 5 月；b. 2016 年 5 月
圖2
視頻腦電圖檢查
a. 間歇期示雙側大腦半球廣泛性癲癇樣放電；b. 發作期為發作起始無側向性 參數：低頻：1.6 Hz；高頻：70 Hz；敏感度：10 μV
圖3
患兒肌肉組織學檢查
a. HE 染色所檢骨骼肌組織內未見束周肌萎縮（×40）；b. MGT 染色，未見鑲邊空泡和破碎紅纖維（RRF，×40），未見肌內神經束；c. SDH 染色，未見破碎藍纖維和 SDH 強反應性血管（×40）；d. COX 染色，未見 COX 陰性纖維（×40）
圖4
骨骼肌電鏡檢查（×10 000）
a. 電鏡下肌纖維膜連續，大部分具有排列整齊的 Z 線，肌原纖維間有很多電子密度較高、形態未見明顯異常的線粒體；b. 肌膜下可見線粒體堆積，但未見巨大線粒體；c. 部分肌纖維細胞核中心移位，核周及肌原纖維間可見大量空泡，以及少量髓鞘樣的自噬體；b、c，間質中的毛細血管基膜輕度增厚；d. 偶見一個肌纖維的肌原纖維溶解嚴重，部分肌小節消失，有絲狀小體位于核周
圖5
線粒體腦肌病基因檢測
a. 血液樣本
討論 本例患兒以左側肌張力障礙起病，緩慢進展至對肢并進行性加重。臨床表現還有癲癇發作、智能低下、血乳酸增高，MRI 顯示顳、頂、枕葉皮質多灶性損害，1 年內部分病灶消失，部分病灶新增，均支持 MELAS 診斷；基因方面，患者線粒體 ND3 基因第 10 197 位點在血液及肌肉組織中分別檢測到變異負荷為 54.4% 和 82.1% 的 G > C 點突變，同一位點在血液及肌肉組織中還分別檢測出變異負荷分別為 5.5% 和 8.7% 的 G 缺失的移碼突變。但是，對其母親的線粒體基因組進行一代測序定點突變檢測，沒有發現這個突變存在的實驗依據，這可能因為母親的線粒體基因同一位點只是低比例嵌合，一代測序精度不足，未來可通過完善此位點高精度定點檢測來驗證。
另外，已有 2 篇報道證實線粒體 ND3 基因第 10 197 位點的點突變引起肌張力障礙合并多種線粒體腦肌病。Emmanuelle 等[9]報道了 3 個不同的家系中有相似的肌張力障礙合并 Leigh 綜合征的疾病表型，母親與子代均能找到 mtDNAND3 基因 m.10 197G>A 突變，但由于其突變比例較低，3 個家系的母親發病較輕或不發病，證明了 mtDNA 突變的表型由多個基因修飾。另外有報道一個家系中的 18 例肌張力障礙合并 Leber 遺傳性視覺缺失的發病者，都提示白細胞 mtDNA ND3 m.10197G>A 突變[7]。結合本病例，我們發現，mtDNA ND3 基因中 10 197 位點的點突變均引起肌張力障礙，但其合并的線粒體腦肌病的疾病表型并不相同。
此外，該患兒在血液及骨骼肌細胞 mtDNA 第 10 197 位點發現兩種突變類型，即點突變（G>C）及移碼突變（delG），國內外均未見報道。基于目前的基因檢測手段，我們無法證實本病的致病基因為點突變、移碼突變或上述兩種突變共同作用所引起的。但是，由于兩種突變類型變異負荷差異較大，血液中點突變（G>C）及移碼突變（delG）分別為 54.4% 和 5.5%，骨骼肌點突變（G>C）及移碼突變（delG）分別為 82.1% 和 8.7%，根據線粒體病發病率與突變 mtDNA 數目有關，且越多臨床癥狀越重，我們認為本病的致病基因可能與點突變更為相關。
綜上所述，依據美國醫學遺傳學與基因組學學會（American Board of Medical Genetics and Genomics，ABMGG）變異分類指南，我們認為 m.10197G 到 C 點突變及移碼突變（delG）新型變異為“Ⅱ類可能有致病性變異”，可能引起肌張力障礙及 MELAS。
