Diagnostika mitochondriálních onemocnění

Hodnocení povahy dědičnosti a projevů klinických příznaků mitochondriálních onemocnění

Vzhledem k tomu, že myotochondriální onemocnění mohou být v některých případech způsobena poškozením jaderného genomu, bude přenos onemocnění odpovídat Mendelovým zákonům dědičnosti. V případech, kdy je rozvoj onemocnění způsoben mutacemi v mitochondriální DNA, bude dědičnost odpovídat mitochondriálnímu typu, tj. bude přenášena po mateřské linii. A konečně, pokud se patologie vyvine se současným poškozením genů jaderného a mitochondriálního genomu, bude dědičnost komplexní a určena různými faktory. V tomto ohledu lze při genealogické analýze podle formálního znaku (povaha dědičnosti podle rodokmenu) uvést nejrůznější typy dědičnosti: autozomálně dominantní, autozomálně recesivní, X-vázaná, mitochondriální.

Vývoj myotochondriálních onemocnění, jako je porucha metabolismu kyseliny pyrohroznové nebo beta-oxidace mastných kyselin, Krebsův cyklus, je spojen s mutacemi genů jaderného genomu. Tyto patologie jsou charakterizovány autozomálně recesivní dědičností, kdy rodiče jsou nositeli mutací (heterozygoti) a dítě je nositelem obou zděděných mutací od otce i matky (homozygot). Rodiče jsou obvykle navenek zdraví a podobné onemocnění nebo jeho mikropříznaky je třeba hledat u bratrů a sester nemocného dítěte (proband sibs) a u příbuzných z matčiny i otcovy strany (bratranci a sestřenice).

V případě recesivního, na X vázaného typu dědičnosti (např. neonatální glutarová acidurie typu II nebo deficit podjednotky E1 pyruvového komplexu, Menkesova choroba atd.) jsou častěji postiženi chlapci a matky jsou nositelkami mutací a předávají je svým synům. Mateřská dědičnost se od dědičnosti vázané na X liší tím, že jsou postižena obě pohlaví. V těchto případech je při analýze rodokmenu nutné analyzovat výskyt onemocnění u mužů, protože u žen se neprojeví. Rodokmen neprokazuje přenos onemocnění po linii otec-syn, protože otec může na svého syna předat pouze chromozom Y.

Pokud se onemocnění vyvine v důsledku poškození mitochondriálního genomu (například řada onemocnění dýchacího řetězce, Leberova optická neuropatie, syndromy MELAS, MERF, NARP atd.), sleduje se mateřská dědičnost, protože dítě dědí mitochondrie po matce a ta je může předat chlapcům i dívkám. Obě pohlaví jsou tedy postižena stejnou měrou. V tomto ohledu by měl být v rodokmenu vysledován přenos onemocnění po matčině linii.

Při analýze rodokmenu a hledání symptomů mitochondriálních onemocnění u příbuzných je třeba mít na paměti, že závažnost onemocnění (expresivita znaku) se může značně lišit, což může být způsobeno různým počtem poškozených mitochondrií, povahou jejich poškození, různým rozložením mutací v buňkách atd. Není tedy vždy možné odhalit zjevné příznaky onemocnění. V některých případech jsou detekovány buď jednotlivé, vymazané příznaky, nebo příznaky, které lze detekovat při jejich cíleném vyhledávání.

Vývoj mitochondriální patologie může být spojen s poškozením velkých oblastí mitochondrií, tzv. mikrodelecemi (například Kearns-Sayreův syndrom, Pearsonův syndrom, některé formy diabetes mellitus s hluchotou, progresivní externí oftalmoplegie atd.). V těchto případech se charakteristické příznaky u příbuzných často nevyskytují, protože vývoj onemocnění je spojen se vznikem nových mutací, ke kterým došlo v zygotě bezprostředně po oplodnění vajíčka ( de novo mutace). Onemocnění je sporadické. Často se spolu s těmito onemocněními vyskytuje řada stavů spojených s mnohočetnými mutacemi mitochondriální DNA, které se dědí autozomálně dominantním způsobem: například některé formy encefalomyopatie, myopatie s poškozením očí, i přes přítomnost mutací mtDNA (mnohočetné delece), mají autozomálně dominantní typ dědičnosti.

Na rozdíl od Mendelovy dědičnosti je však autozomálně dominantní typ dědičnosti v mitochondriální patologii charakterizován velkým počtem postižených jedinců v následujících generacích.

Konečně, některá mitochondriální onemocnění, často spojená s deplecí mitochondrií mtDNA nebo jejich absencí v buňkách, mohou být děděna autozomálně recesivně. Patří mezi ně vrozené formy myopatie, kardiomyopatie, neurodistressový syndrom, laktátová acidóza, poškození jater atd.

Studium povahy dědičného přenosu onemocnění je důležité pro lékařskou a genetickou prognózu a vyžaduje hloubkovou analýzu klinických příznaků se znalostí mechanismů vzniku mitochondriální patologie a typů její dědičnosti.

Projevy klinických projevů se značně liší od prvních dnů života až do dospělosti. Při analýze tohoto ukazatele je nutné vzít v úvahu nozologické formy, protože každá z nich má určitý věk debutu.

Metabolické poruchy pozorované u mitochondriálních onemocnění jsou ve velké většině případů progresivní. Počáteční příznaky jsou často mírné, poté progredují a mohou vést k významným invalidizujícím poruchám. Vzácné formy patologie, jako je benigní infantilní myopatie a některé formy Leberovy optické neuropatie, mohou být benigní a náchylné k regresi.

Během laboratorních testů se pozornost věnuje charakteristickým znakům mitochondriálních onemocnění:

• přítomnost acidózy;
• zvýšené hladiny laktátu a pyruvátu v krvi, zvýšení indexu laktát/pyruvát o více než 15, zejména zvyšující se při zátěži glukózou nebo fyzické aktivitě;
• hyperketonemie;
• hypoglykémie;
• hyperamonémie;
• zvýšené koncentrace acetoacetátu a 3-hydroxybutyrátu;
• zvýšený poměr kyseliny 3-hydroxymáselné a kyseliny acetoctové v krvi;
• zvýšené hladiny aminokyselin v krvi a moči (alanin, glutamin, kyselina glutamová, valin, leucin, isoleucin);
• zvýšené hladiny mastných kyselin v krvi;
• hyperexkrece organických kyselin močí;
• snížené hladiny karnitinu v krvi;
• zvýšení obsahu myoglobinu v biologických tekutinách;
• snížená aktivita mitochondriálních enzymů v myocytech a fibroblastech.

Diagnostická hodnota těchto ukazatelů je vyšší při potravinové zátěži než na lačný žaludek. V praxi se osvědčil diagnostický test: stanovení laktátu v krvi na pozadí glukózové zátěže, který umožňuje zřetelnější detekci selhání dýchacího řetězce při další glukózové zátěži.

Pro laboratorní diagnostiku mitochondriální dysfunkce a jejích specifických nozologických forem nestačí konvenční, rutinní biochemické metody výzkumu, je nutné provádět speciální testy. Analýza aktivity enzymů v biopsiích kosterního svalstva je obzvláště výhodná než v jiných tkáních. Je možné stanovit aktivitu enzymů dýchacího řetězce, zejména citrátsyntetázy, sukcinátdehydrogenázy a cytochrom C oxidázy.

Data z morfologických a molekulárně genetických studií

Morfologické studie mají zvláštní význam v diagnostice mitochondriální patologie. Vzhledem k jejich velké informativní hodnotě je často nutná biopsie svalové tkáně a histochemické vyšetření získaných biopsií. Důležité informace lze získat současným vyšetřením materiálu pomocí světelné a elektronové mikroskopie.

Jedním z důležitých markerů mitochondriálních onemocnění je fenomén „roztřepených“ červených vláken [fenomén RRF (ragged red fibres)], stanovený v roce 1963. Je spojován s tvorbou geneticky pozměněných abnormálních mitochondrií podél okraje svalového vlákna v důsledku proliferace a fokální akumulace. Tento jev je detekován světelnou mikroskopií za použití speciálního Gomoriho barviva, ale v posledních letech se k tomuto účelu používají různé mitochondriální markery a různé imunologické metody.

Mezi další morfologické příznaky mitochondriální patologie patří:

• prudký nárůst velikosti mitochondrií;
• akumulace glykogenu, lipidů a vápenatých konglomerátů v subsarkolemmě;
• snížená aktivita mitochondriálních enzymů;
• narušená distribuce granulí aktivity enzymů sukcinátdehydrogenázy (SDH), NADH oxidoreduktázy, cytochrom C oxidázy atd.

U pacientů s mitochondriálními onemocněními může světelná mikroskopie svalové tkáně odhalit nespecifické morfologické znaky: lokální nekrózu svalových vláken, akumulaci sarkoplazmatických mas, přítomnost lýzy subsarkolemálních oblastí sarkoplazmy, bazofilii sarkoplazmy, zvýšený počet svalových jader, aktivaci regeneračních procesů atd.

Studie role fenoménu „roztřepených“ červených vláken ukázala jeho význam pro diagnostiku stavů, jako jsou MELAS, MERRF, Kearns-Sayreův syndrom, chronická progresivní oftalmoplegie a další spojené s mutacemi mtDNA. Tento jev se může vyvinout i u jiných onemocnění: Duchennova svalová dystrofie, dermatomyozitida, myotonická dystrofie, užívání léků (klofibrát) a dalších patologických stavů. Fenomén RRF tedy může spolu s primárními mitochondriálními onemocněními doprovázet sekundární mitochondriální dysfunkce.

V současné době se rozšířilo histochemické a elektronově mikroskopické vyšetření svalové tkáně k detekci známek mitochondriální insuficience. V některých případech pomáhají při diagnostice, zejména při normálním morfologickém obrazu svalové tkáně podle dat světelné mikroskopie.

Elektronovo-mikroskopické znaky - detekce proliferace mitochondrií, narušení jejich tvaru a velikosti, dezorganizace a zvětšení krist, akumulace abnormálních mitochondrií pod sarkolemmou, akumulace lipidů a abnormálních parakrystalických (sestávajících převážně z proteinů) nebo osmofilních inkluzí lokalizovaných mezi vnitřní a vnější membránou nebo uvnitř krist, kulovité shluky, často umístěné v matrici (sestávající převážně z triglyceridů) atd.

U některých pacientů lze detekovat cytochemické abnormality v leukocytech.

Komplex biochemických a morfologických studií je doplněn moderními metodami molekulární diagnostiky (detekce jaderných nebo mitochondriálních mutací), které se provádějí ve specializovaných laboratořích pro diagnostiku DNA. U mitochondriálních onemocnění se detekují různé typy mutací: bodové mutace, delece, duplikace, kvantitativní anomálie DNA atd.

Při absenci mutací v mtDNA se v případě podezření na mitochondriální patologii provádí vyšetření jaderné DNA.

Diagnostická kritéria

Existují 2 skupiny diagnostických kritérií pro mitochondriální onemocnění. Hlavní diagnostická kritéria (první skupina).

• Klinický:
  • stanovených diagnóz: MERRF, MELAS, NARP, MNGIE, Pearsonův syndrom, Leberova neuropatie, Leighova a Alpersova choroba;
  • přítomnost 2 nebo kombinace následujících příznaků:
    • multisystémová léze, patognomická pro onemocnění dýchacího řetězce;
    • progresivní průběh s epizodami exacerbace nebo přítomností mitochondriálních mutací v rodině;
    • vyloučení metabolických a dalších onemocnění provedením vhodných testů.
• Histologické - detekce fenoménu RRF ve více než 2 % svalové tkáně.
• Enzymatické:
  • vlákna negativní na cytochrom c oxidázu;
  • snížená aktivita enzymů dýchacího řetězce (
• Funkční - snížení syntézy ATP ve fibroblastech o více než 3 směrodatné odchylky.
• Molekulárně genetické - patogeneticky významné mutace jaderné nebo mtDNA.

Další diagnostická kritéria (druhá skupina).

• Klinické - nespecifické příznaky, které se vyskytují u onemocnění dýchacího řetězce (mrtvě narozené dítě, snížená motorická aktivita plodu, časné novorozenecké úmrtí, poruchy hybnosti, vývojové poruchy, zhoršený svalový tonus v novorozeneckém období).
• Histologické - malé procento fenoménu RRF, subsarkolemální akumulace mitochondrií nebo jejich anomálie.
• Enzymatická - nízká aktivita enzymů dýchacího komplexu (20-30 % normy v tkáni, 30-40 % v buňkách nebo buněčných liniích).
• Funkční - snížení syntézy ATP ve fibroblastech o 2-3 standardní odchylky nebo absence růstu fibroblastů v médiu s galaktózou.
• Molekulárně genetika - detekce mutací v jaderné nebo mtDNA s předpokládanou patogenetickou vazbou.
• Metabolický - detekce jednoho nebo více metabolitů indikující poruchu buněčné bioenergetiky.

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