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【佳学基因检测】线粒体病（MITOCHONDRIOPATHY）基因解码、基因检测

线粒体病基因检测概述

线粒体病（mitochondriopathy）基因检测主要是通过基因序列分析检测遗传性氧化磷酸化功能缺陷使ATP合成障碍而导致的一组疾病，也称为线粒体细胞病。线粒体基因或核基因突变均可以导致该病的发生，遗传方式可以呈常染色体显性、常染色体隐性、X连锁、母系遗传或者散发性发病。

对于线粒体病的研究可以追溯到20世纪中叶，1931年Alpers首先报道一例以大脑灰质受累为主的神经遗传性疾病，被称为Alpers病。1951年Leigh首先描述了以脑干对称性坏死为特点的一组疾病，被称为Leigh综合征。1958年Kearns和Sayre等报道了一例进行性眼外肌瘫痪伴随视网膜色素变性和心肌病的患者，被称为Kearns-Sayre综合征（Kearnss-Sayre syndrome，KSS)。 1962年Luft等新颖报道一例以骨骼肌极度不能耐受疲劳为特点的患者，生化研究证实为线粒体氧化磷酸化脱偶联引起，新颖提出线粒体病的概念。1966年Shy等报告一例肌病儿童，其肌肉存在线粒体形态学异常，在光镜下用改良Gomori三色染色发现线粒体聚集的肌细胞内，在肌纤维周边形成许多红染颗粒，称不整红边纤维（ragged red fiber,RRF);电镜下发现线粒体明显肿大或数目增多等。在20世纪70年代，因为生化和酶组织化学技术的发展，Leigh综合征和KSS被证实为线粒体病。

1988年，发现线粒体DNA（mtDNA）突变可以导致人类疾病，为线粒体病研究史的里程碑。同年，Holt等在线粒体肌病患者中发现mtDNA缺失。Wallace等则在Leber遗传性视神经病（Leber hereditary opticneuropathy, LHON）患者中发现存在mtDNA蛋白编码基因的点突变。到目前为止已发现几百种mtDN人致病性突变。除了mtDNA突变外，近年来还相继发现一些核基因突变引起的线粒体病，这些发现极大地丰富了我们对线粒体病的认识，也形成了目前的线粒体病类型（表7-1)。

表7-1 线粒体疾病的主要类型

综合征基因突变 RRF LA

线粒体病 mtDNA 3250 ﹢ –

CPEO和KSS mtDNA 3243或片段缺失 ﹢ –

Leigh综合征和NARP mtDNA 8993 – ﹢

MERRF mtDNA 8344 ﹢ –

MELAS mtDNA 3243 ﹢ ﹢

LHON mtDNA 3460,4160，11778 – –

MNGIE TP ﹢ –

Alpers病 POLG1 – –

线粒体病流行病学

近十年间全球进行了几项线粒体病的流行病学研究，最早的一项研究是在芬兰北部，Majamaa等对临床疑诊为线粒体病的患者进行了血液mtDNA A3243G点突变的筛查，发现在该地区成人中A3243G点突变的携带率为16.3/100 OOO. Chinnery”等对英国北部的成人进行线粒体病的筛查，发现7.59/100 000的成年人携带有明确的mtDNA突变，而携带明确致病基因突变且发病的线粒体病的患病率为6.57/100 000,其中A3243G突变的检出率为1.41/100 000。在英国北部对新生儿进行十种常见的mtDNA点突变筛查发现携带率达1/200，其中A3243G点突变的阳性率最高，达0.14% (4/2810)0最近日本的一项研究表明在AIELAS的患病率达0.58/100 000。我国尚无线粒体病的流行病学资料。

线粒体病发病机制

线粒体是位于细胞质中的一种膜性细胞器，人体除成熟的红细胞外，其他细胞都含有数量不等的线粒体，线粒体的膜为脂质双层膜，其内有膜性的线粒体嵴含有mtDNA，所以线粒体也是一种半自主复制的细胞器。线粒体可以完成多种生物化学反应，包括三羧酸循环、丙酮酸氧化、脂肪酸代谢、固醇代谢以及氧化磷酸化过程。此外线粒体还参与细胞分化、细胞信息传递、细胞内钙离子稳态调节和细胞凋亡等。氧化磷酸化系统也称为线粒体呼吸链，是线粒体的主要功能之一，由5个酶复合体（Ⅰ~Ⅴ）组成，位于线粒体内膜上。酶复合体Ⅰ~Ⅴ分别由46、4、11、13和16个亚单位组成，这些蛋白多肽由核基因和线粒体基因共同编码，主要功能是将丙酮酸和脂肪酸等底物氧化成水和二氧化碳，在此过程中产生三磷酸腺昔，从而为细胞的活动提供能量。

线粒体基因突变所导致的线粒体病患者肌肉活检可以发现RRF。婴儿型还可以发现COX阴性肌纤维。MRI检查可以发现婴儿型患者基底节病变。KSS和CPEO可见散在的RRF、COX阴性的肌纤维以及SDH染色可见深染纤维。MELAS肌肉病理检查在多数患者肌肉中可发现RRF, RRF的COX活性可以缺乏，也可以升高，肌肉中常发现SDH强阳性的血管（SSV), SSV在COY染色中也呈阳性。

KSS患者的大脑白质、脑干、小脑及脊髓可见空泡样变和海绵样退变，神经元变性也较常见，并伴星形胶质细胞增生和毛细血管增生，大脑皮质、基底节、红核、前庭核和动眼神经核也可受累，小脑普肯耶细胞常丢失，苍白球和丘脑可见矿物质沉积。

MELAS脑病理检查可见蛛网膜下腔和皮质小血管异常增多，管壁厚薄不均，脑皮质、皮质下白质、基底节、丘脑、脑干及小脑可见多发性灶性海绵样改变，其内出现神经细胞丢失，伴随星形细胞增生和小血管增多等，严重部位呈囊状改变。病变范围不符合动脉血管分布特点。电镜下发现颅内血管平滑肌和内皮细胞内线粒体增多，以软脑膜小动脉及直径250um的动脉较明显。

MERRF脑病理可见齿状核、红核及苍白球发生退行性变，下橄榄核、小脑皮质、蓝斑、薄束核、楔束核及脑桥被盖部也发生变性和胶质增生萎缩。脊髓可见后索薄束及楔束、脊髓小脑束和皮质脊髓束变性，神经胶质细胞增生，脊髓前角细胞常保持完好。

Leigh病的脑病理可见丘脑、中脑、脑桥、延髓和脊髓的双侧对称的海绵状坏死灶，伴随局部神经细胞丢失、血管及胶质细胞增生。急性起病的病例可能会有轻度的局部出血改变。基底节区的病变是其特征。周围神经有可能出现脱髓鞘改变。此病的中枢神经系统分布及组织学表现类似Wernicke脑病（硫胺素缺乏所致），但Leigh病的病变范围更为广泛，有时涉及纹状体以及大脑皮层。

Alper病的脑组织病理显示皮层受累为主，尤其以枕叶皮层常受累及，包括神经元丢失，海绵样变性和胶质细胞增生。MNGIE的周围神经病理检查发现轴索脱失，有些出现脱髓鞘特点。肠道平滑肌细胞和神经节细胞内也存在大量的异常线粒体。

线粒体病基因解码是如何指导基因检测的？

1.人类mtDNA为含有16 569个碱基的双链环状DNA分子。每个线粒体内有2-10个拷贝的mtDNA。线粒体DNA共编码37个基因，包括22个tRNA基因、2个rRNA基因(12S和16S rRNA)和13个蛋白多肽的编码基因。其中线粒体DNA编码的13种蛋白质产物均参与组成呼吸链，包括酶复合体Ⅰ（NADH脱氢酶）的7个亚单位、酶复合体Ⅲ（细胞色素C还原酶）的1个亚单位、酶复合体Ⅳ（细胞色素C氧化酶，cytochrome C oxidase，COX）的3个亚单位（COXⅠ-Ⅲ）和酶复合体V(ATP合成酶）的2个亚单位。

2.原发性mtDNA突变约20%的线粒体病为mtDNA突变所致，在病因已经明确的线粒体病中，大部分都是因为原发性mtDNA缺陷导致。mtDNA遗传特性与核DNA不同，具有以下四个特点：

（1）母系遗传特点：受精卵的线粒体全部来自卵细胞，所以母亲可能将mtDNA传递到所有子代，只有女儿才能将mtDNA传递给下一代。

（2）突变异胞质性：病理性突变多为部分性而非“全和无”现象，同一个线粒体中可能同时含有正常的和突变的mtDNA分子，同一个细胞中也可能同时含有不含mtDNA分子的正常线粒体和含不同数量的突变mtDNA分子的异常线粒体。

（3）突变的阈值效应：突变型与正常型mtDNA的相对比例达到一定水平才能引起线粒体功能障碍，功能障碍的线粒体只有达到一定数量后才能导致组织器官的功能异常而表现出临床症状，不同组织和器官因其对能量依赖程度的不同，其突变阈值也不相同。由于mtDNA突变的上述特点导致患者临床表现的差异，例如一女性携带者其细胞内突变型mtDNA未达到阈值而未发病，她可将mtDNA突变向后代传递，其子女中得到较多突变型mtDNA的个体可能发病而得到较少突变型mtDNA的个体病情较轻或不发病。线粒体DNA突变特征、异胞质性程度及组织氧化代谢需要等三种因素决定mtDNA突变的严重程度。

mtDNA突变的类型包括点突变、缺失、重复和丢失等。①点突变：迄今为止共发现约200种病理性mtDNA点突变。以tRNA基因最易受影响，如A3243G导致MELAS、A8344G导致MERRF、T8993G导致Leigh综合征等。②片段缺失：丧失量可多达数千个核昔酸，使基因组缩短，目前已经发现数百种缺失，包括单一缺失和多发性缺失。单一缺失所致疾病多为散发，如CPEO和KSS综合征；多发性缺失是因核基因突变导致的mtDNA继发性改变，可呈常染色体显性或隐性遗传，如家族性PEO。③片段重复：多余的mtDNA以数千计核昔酸插入基因组；④片段丢失mtDNA拷贝数目减少。

3.核DNA突变近年来陆续发现了一些核基因突变造成的线粒体病，包括：①呼吸链亚单位的编码基因突变，如由核基因编码的复合体Ⅰ多个亚单位的基因突变导致的Leigh综合征；②呼吸链亚单位的组装或翻译蛋白质的编码基因突变，如参与复合体Ⅳ亚单位组装的SURF1基因突变导致的Leigh综合征；③影响mtDNA复制和转录的蛋白质编码基因突变，如POLG1基因突变导致的常染色体显性或隐性遗传性PEO、TP基因突变导致MNGIE。

4.不同类型线粒体病的基因突变

（1）线粒体肌病：青少年型线粒体肌病患者最常见的致病突变包括mtDNA细胞色素b的编码基因突变，以及位于tRNA的3250位点突变。严重致死型的线粒体基因TK2，该基因突变后造成mtDNA继发性的多发片段缺失，而可逆型基因突变为14674点突变。

（2） KSS和CPEO：几乎所有的KSS患者及半数CPEO患者可检测到其骨骼肌组织中有mtDNA的单一大片段缺失，不同的患者缺失的区域及大小不同，目前已报道几百种mtDNA缺失。其中约1/3的患者有共同缺失，缺失区域从mtDNA第8482位到13459位碱基，共缺失4977bp。缺失的类型似乎与临床症状严重程度之间无明显相关性。导致ad/ar PEO的核基因突变包括ANT1、POLG1和C10orf2等，其功能均与mtDNA的合成有关。这些核基因突变后，导致继发性的mtDNA多发片段缺失。

（3） MELAS:基因检查已经查出40种mtDNA突变与MELAS相关。但是最常见的突变是mtDNA上第3243处发生的A到G点突变（A3243G）。A3243G突变位于tRNA基因，约80%的MELAS患者由A3243G突变所引起，我国患者也具有相同的遗传特点。

（4）MERRF:约90%的MERRF患者系mtDNA上第8344位置的A被G替换(A8344G) 所引起，A8344G突变位于tRNA基因。有文献报道突变型mtDNA的数量与起病年龄和疾病的严重程度有一定的关系。其他少见的突变形式包括位于tRNA基因的T8356C、G8363C以及位于tRNA(uuR)和tRNAs区域的点突变。

（5） LHON:在目前已发现的十余种mtDNA突变中,G3460A, G11778A, T14484C是热点突变，这三种基因突变导致的LHON患者占所有患者的95%。

（6） Leigh病：约20%的Leigh病患者为母系遗传mtDNA第8993位T→G (T8993G)点突变所致的Leigh病是其中的一个较经典的类型。患者组织T8993突变的比例与疾病的严重程度相关，低比例突变（<75%）可导致神经病伴肢体近端无力、共济失调及色素性视网膜炎（neuropathy with proximal weakness，ataxia and retinitis pigmentosa，NARP），高水平突变（>95%）可导致Leigh病。另外80%的Leigh病患者与核基因突变相关，迄今已报道呼吸链酶复合体Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ的亚单位的编码基因突变均可导致Leigh综合征。所以，本病还可表现为常染色体隐性遗传或X连锁遗传。

（7） MNGIE：致病基因TP位于22q 13.32-qter,该基因编码胸腺嘧啶磷酸化酶。目前已经发现多种点突变，多数在第4或7外显子。基因异常导致胸腺嘧啶磷酸化酶功能丧失，引起胸腺嘧啶在血浆中大幅度升高，干扰了线粒体内胸腺嘧啶的代谢，从而引起mtDNA的多发性片段缺失，并导致线粒体呼吸链酶复合体Ⅰ和Ⅳ的活性缺乏。

（8） Alper病：致病基因为POLG1，编码线粒体DNA多聚酶γ，已报道的突变包括纯合突变或复合杂合突变。POLG突变后影响了mtDNA的复制与修复，从而导致mtDNA的多发性片段缺失或mtDNA拷贝数量的下降。Uusimaa等报道mtDNA编码COXⅡ的基因突变也可导致Alpers综合征。

线粒体基因病的临床表现

临床表现复杂多样是线粒体病的症状特点，其共同的临床表现可归为下列几方面：①中枢神经系统损害：精神发育迟滞、心理障碍、精神障碍、焦虑、痫性发作、认知障碍、共济失调、偏头痛、脊髓病、急性偏盲、失语等卒中样表现，以及运动异常如肌阵挛、肌张力障碍等；②骨骼肌损害：运动不耐受、肌无力和骨骼肌溶解等；③眼外肌：眼球活动受限或眼睑下垂；④眼球损害：皮层盲、色素性视网膜病、视神经病、白内障；⑤听神经损害：听力丧失；⑥周围神经损害：感觉神经病和交感神经病；⑦其他系统损害：身材矮小、糖尿病、心肌病、胃肠道症状、肝脏衰竭等。

虽然线粒体病的临床表现如此繁杂多样，但最常见的线粒体病亚型因为都有其特定器官受累的症状组合而成为其核心症状以及临床命名的依据。如：LHON的视神经病、MERRF的肌阵挛性癫痫、MELAS、CPEO、NARP、KSS的进行性眼外肌瘫痪加视网膜色素变性和心脏传导阻滞等。有时两种综合征可能在一个患者身上叠加出现，如KSS叠加MELAS或MERRF综合征、PEO叠加MERRF以及MELAS叠加MERRF综合征等。除上述不同疾病的核心症状外，这些疾病还常伴有其他系统性损害的特点，如身材矮小、内分泌疾病（特别是糖尿病）和乳酸酸中毒等。

1.线粒体肌病主要侵犯骨骼肌，因多不累及其他系统，也称为单纯型线粒体肌病，或孤立的线粒体肌病。本病有两种发病形式，即青少年型和婴儿型。

（1）青少年型：一般隐袭发病，若仔细追问病史，通常可以发现幼年期可能有乏力、耐力差、劳力性呼吸困难、心动过速等症状，这些症状比较轻微且进展缓慢，一般在青少年期逐渐出现四肢近端肌无力，常以双上肢为著。超过半数患者以骨骼肌极度不能耐受疲劳为主要特征，往往轻度活动后即感极度疲乏，休息后好转。多数患者的肢体无力呈现肢带性分布，个别患者的肌无力呈面-肩-肱或肢带型分布。常伴肌肉酸痛和压痛，偶有剧烈运动后出现骨骼肌溶解的现象。

（2）婴儿型：包括严重致死型和良性可逆型。两型均在生后很快发病，表现为严重的全身肌无力、呼吸和喂养困难、乳酸中毒。可逆型在5个月后随着血乳酸水平逐渐下降，病情也随之改善。重型的线粒体肌病患儿肌无力持续进展，病情进行性恶化，导致患儿早期夭折。

2. CPEO和KSS CPEO多于儿童或青少年期发病，其中mtDNA突变多为散发性，家族型患者需要考虑为核基因突变导致，表现为缓慢发展的眼睑下垂伴眼球运动障碍，通常不伴复视、斜视，或只有短暂复视。眼肌瘫痪一般持续性进行性发展，最终可致眼球固定。大部分CPEO患者症状一直局限在眼外肌，少部分患者在发病数年后可出现四肢近端力弱，个别患者可以合并出现视网膜色素变性及吞咽困难，多数患者在疾病后期出现严重呼吸朋瘫痪表现。

KSS综合征包括PEO、视网膜色素变性和20岁前起病的三联症，且具有以下三项中至少一项：小脑性共济失调、心脏传导阻滞、CSF蛋白含量高于100mg/dl。部分患者可以合并出现智能障碍、神经性耳聋、身材矮小、癫痫、锥体束征、锥体外系症状，内分泌异常（甲状旁腺功能减退、性腺功能减退、性成熟延迟）也常见于KSS患者。

常染色体显性／隐性遗传性CPEO，一般为成人发病，除眼外肌瘫痪症状外，肌无力和运动不耐受也是常见症状。部分患者可出现周围神经病、共济失调、震颤、视网膜色素变性、吞咽困难等。其中感觉共济失调性神经病、构音不良和眼外肌瘫痪称为SANDO综合征（sensory ataxic neuropathy,dysarthria,andophthalmoparesis)。

3. MELAS MELAS综合征是最常见的线粒体病之一。具有母系遗传特点，多散发出现，多于儿童期起病，以头痛、呕吐和反复卒中样发作为其突出特点。卒中样发作的表现形式包括视野缺损、失语、精神症状、轻偏瘫、偏身感觉障碍等。脑卒中样发作导致的功能损害一般可逐渐恢复，但随病程延长及发作次数增多，常导致认知功能减退。卒中样发作前部分有感染或发热诱因，而误诊为病毒性脑炎。部分患者合并神经性耳聋、糖尿病、眼外肌麻痹、多毛、身材矮小、乏力或运动不耐受等。

在同一家系中有的成员表现为MELAS有的成员仅出现耳聋或糖尿病，还有的成员为无症状的基因突变携带者。

4. MERRF流行病学调查结果显示MERRF综合征发病率低于MELAS综合征。大多数有阳性家族史，表现为母系遗传。一般在儿童期或青少年期发病，也有晚至60岁发病者。主要临床表现为肌阵挛、癫痫发作、共济失调和肌无力。惊吓等刺激因素易诱发肌阵挛。癫痫发作包括跌倒发作、局灶性癫痫、强直阵挛等形式，经常是光敏感型。一些患者共济失调进行性恶化，以至于成为其主要症状。肌病通常表现隐匿或轻度乏力。其他表现还包括耳聋、智力减退、视神经萎缩、眼肌瘫痪、颈部脂肪瘤、身材矮小或周围神经病。

在10岁前起病的往往病情更为严重，常在30岁之前死亡。起病年龄晚的患者临床表现都较轻。

5. LHON该病为母系遗传，85%的Leber遗传性视神经病患者为男性，发病年龄多在15-35岁之间，多数病例双眼视力同时丧失，少数先单眼发病，数周或数月后累及另眼，中央视力丧失，周边视力保存，全盲者少见，瞳孔对光反射保存，可伴色觉障碍。以后病情相对稳定并出现逐渐的好转。眼底检查在急性期可见视网膜毛细血管扩张、充血和视乳头水肿，晚期可见视神经和节细胞萎缩，不伴炎性反应。

少数患者除视觉症状外，尚有其他神经系统受累表现，包括震颤、周围神经病、共济失调、肌张力障碍等。

6. Leigh综合征也称为亚急性坏死性脑脊髓病，部分患者起病急骤，所以也被称为“急性坏死性脑脊髓病”。临床表现复杂多样，根据起病年龄不同，可分为新生儿型、婴儿型、少年型及成人型，其中新生儿型和婴儿型最常见，成人型罕见。

（1）新生儿型：生后表现为吸吮无力、吞咽障碍、惊厥、肌张力低下、眼球活动异常、呼吸困难及严重运动发育落后等，常早期死亡。

（2）婴儿型：多于出生后3-4个月发病，呈急性或亚急性起病，有时由发热或手术诱发，表现为无法控制头部及其他运动能力丧失、肌张力低下、吮吸无力、厌食、呕吐、烦躁、持续哭闹、惊厥发作和肌阵挛，并出现本病特征性的呼吸功能紊乱，如过度换气发作、呼吸暂停、气短以及安静地抽泣。起病后进展迅速，多于2岁内死亡。

（3）少年型：在青少年期发病，相对少见，逐渐出现眼外肌瘫痪、眼球震颤、凝视障碍、吞咽困难及四肢肌张力障碍。有些少年型患者在症状发作后有一段间歇期，在几年后又出现症状的急性或亚急性恶化。周围神经也可受累，如腱反射消失、四肢无力、肌萎缩。部分轻型患者主要表现为发育迟缓，常被误诊为脑瘫。

（4）成年型：在成年期发病，罕见，逐渐出现眼外肌瘫痪、眼球震颤、凝视障碍、吞咽困难及四肢肌张力障碍。可以伴随周围神经病。

7. MNGIE本病为常染色体隐性遗传，发病年龄在5个月~43岁，多小于20岁，平均在38岁左右死亡。临床表现包括眼睑下垂、眼外肌瘫痪、胃肠道功能异常、恶病质、周围神经病和脑白质营养不良。

8. Alpers病又称进行性脑灰质营养不良或婴儿弥漫性大脑变性，是一种常染色体隐性遗传病，好发于婴幼儿，多在5岁前发病。临床特征为难治性癫痫、皮层盲、精神运动倒退、进行性肝功能衰竭或应用丙戊酸后发生急性肝功能衰竭。共济失调也很常见，因中枢或外周感觉神经受累所致。患儿病情进行性加重，大部分于3岁前死亡，死亡的主要原因是癫痫持续状态和肝功能衰竭，尤其是应用丙戊酸后诱发的急性肝功能衰竭。

线粒体病的临床诊断

线粒体病的诊断需要对患者临床表现、家族病史、确凿的线粒体疾病病理和基因突变依据进行综合分析而获得。辅助检查中某一项的阴性结果，都不能有效排除线粒体疾病。

1.临床症状线粒体病的临床表现呈明显的异质性和复杂多样性，症状的不同组合为诊断提供重要的线索，如出现共济失调、癫痫发作和肌阵挛提示MERRF综合征，出现偏头痛样发作、反复的癫痫和卒中样发作提示MELAS综合征，渐进性眼外肌瘫痪多出现在CPEO，而同时合并视网膜色素变性、心脏传导阴滞提示KSS，单纯视神经萎缩多出现在LHON。同时也应当注意有些常见症状可以出现在不同线粒体病，如痴呆、周围神经病、身材矮小、糖尿病、多发对称的脂肪瘤、乳酸酸中毒等。其他器官或系统的功能障碍也不少见，包括铁粒幼细胞贫血、肾小管缺陷、甲状腺功能减退、肝病、心肌病、假性肠梗阻等。对于一些无明显病因的孤立临床表现，如痴呆、肌无力、癫痫、神经性耳聋、偏头痛伴卒中、身材矮小、肌阵挛性癫痫及心肌病，也应及时考虑到线粒体疾病的可能，其中糖尿病已成为早期起病的NIELAS和MERRF疾病的重要标志之一。

在怀疑线粒体疾病时，家族史的调查非常重要。应询问家族中有无新生儿死亡、原因不明的癫痫以及上述渐进的神经系统障碍，家族中发现不明原因的耳聋或糖尿病患者也应怀疑线粒体疾病的可能。当出现症状的患者表明为母系遗传时，应怀疑到线粒体疾病的诊断。当然，部分线粒体病因核基因缺陷所致，所以也有家庭是孟德尔遗传模式。

2.生化检测

（1）肌酶谱检查：30%的线粒体病患者出现CK,LDH,SGOT增高。部分Alper病患者可有肝功能异常。

（2）血清及脑脊液乳酸测定：某些婴儿线粒体病的先进表现就是乳酸酸中毒或酮症昏迷。 KSS和CPEO患者的血乳酸水平也存在升高。MNGIE和KSS脑脊液和血乳酸水平常升高。Leigh综合征和MELAS患者的乳酸升高尤其明显。静态血清乳酸正常值为0.56-2.2mmol/L (5-20mg/L）；血清乳酸／丙酮酸比值正常时<20。血液和脑脊液中乳酸浓度或乳酸比丙酮酸的比值升高，提示呼吸链功能异常。血乳酸／丙酮酸最小运动量实验可分析运动前后乳酸、丙酮酸含量，运动前乳酸、丙酮酸水平高于正常值，或运动后5分钟尚不能恢复到正常水平均为异常，其中乳酸／丙酮酸比值在运动前<7或>17，运动后<7或>22，则有诊断意义。幼儿或瘫痪也可采用葡萄糖刺激实验，但是这种有氧能力测试有其局限性，静息和运动诱发后乳酸与丙酮酸浓度正常，并不能除外线粒体疾病。

（3）缺血性运动后测量前臂静脉血中的氧分压，对于区分线粒体疾病患者与正常人为一种有用的方法。患者的氧分压平均升高27-38mmHg，而正常人的氧分压则有下降。

（4）幼线粒体酶复合体检测：从新鲜的肌标本、培养的成纤维细胞、外周血白细胞分离线粒体，测定氧化磷酸化酶过程中各种酶复合体活性，也是协助诊断本病的重要依据。明确是何种酶复合体缺陷还可以为进一步致病基因的筛查提供线索。

（5）白细胞胸腺嘧啶磷酸化酶活性在MNGIE患者中小于正常人的5%。

3.电生理检查

（1）肌电图检查可以发现肌肉有无肌源性损害或神经源性损害。神经传导速度检查有助于发现亚临床的周围神经损害，在儿童患者应当成为常规检查。在MNGIE中可以发现混合性损害。

（2）诱发电位检查对各种脑病综合征的病变部位有辅助诊断价值，听力图检查可显示神经性耳聋。

（3）脑电图对线粒体脑病伴癫痫样发作有意义，以皮质损害为主的MELAS, MERRF, Alpers病不仅有弥散性全脑异常脑电图，也可有局灶性改变。Leigh病,KSS和Menkes病的脑电图变化相对较轻。

（4）心电图在KSS综合征和母系遗传性成年期发病的肌病及心肌病患者中常有阳性发现。在MNGIE中也可以发现心电图异常。

4.影像学检查 CT, MRI的某些特征性发现对线粒体病的临床诊断有辅助作用，如MELAS、Leigh和KSS综合征可见相应的特征性影像学改变。头颅影像学检查对MELAS的诊断有非常重要的价值。脑CT常可见双侧基底节区对称钙化。在MELAS的卒中样发作期，头颅MRI可显示脑内的病灶多位于顶、枕、颖叶等脑后部区域。随着病程的演变，病灶常表现为进展性、可逆性和游走性。在发作急性期时，病灶可以向周围扩大，或者从一个脑叶转移发展到其他脑叶；在亚急性期，皮层肿胀逐渐消退；在慢性期，病灶可以有效消失，遗留不同程度的皮层萎缩。头MRA显示脑血管无狭窄或闭塞。

KSS头颅MRI可发现双侧大脑半球皮层下白质、苍白球、丘脑和小脑齿状核对称性的长T2信号改变。Alper病头MRI显示枕叶、颞叶、额叶皮层及自质萎缩。MRS显示高乳酸峰。MERRF的神经影像学检查仅见非特异性大脑和小脑萎缩、小片的白质信号异常。Leigh病的MRI典型表现为双侧对称性的基底节和脑干的长T1、长T2信号，尤以壳核为著。脑白质也可受累。MNGIE的头颅MRI检查证实脑白质营养不良改变。

磁共振波谱（MRS)分析如果检测到病灶区或脑脊液的乳酸峰增高，对本病的诊断也有重要提示价值。

5.肌肉活体检查

（1）光镜检查：主要改变是出现RRF、琥珀酸脱氢酶深染的不整边蓝染肌纤维、COX染色可见细胞色素c氧化酶缺乏肌纤维。一般与mtDNA缺失、丢失及tRNA基因点突变相关的疾病（如KSS、MELAS、MERRF）常伴RRF,而与mtDNA蛋白编码基因点突变相关的疾病（如Leigh综合征和LHON）常不伴RRF。此外，随着年龄增加可以出现骨骼肌内线粒增生。所以，年龄大于50岁时RRF>2%,COX阴性肌纤维>5%才有诊断意义。线粒体代谢障碍可能是其他疾病的继发改变，如肌营养不良、包涵体肌炎和运动神经元病也可见少量RRF和COX阴性肌纤维。

（2）电镜检查：可见肌膜下和肌原纤维间大量异常线粒体堆积，形态大小不一，线粒体嵴变平或延长，旋绕成同心圆状，线粒体内出现嗜锇小体及类结晶样包涵体。发现大量脂滴或糖原颗粒堆积对诊断有重要价值，用免疫（胶体金标记抗体）技术可检出酶复合体缺陷部位。

6.线粒体基因病的基因解码基因检测分析发现基因突变是诊断本组疾病的高效依据，并提供疾病分类的证据。包括mtDNA突变检测和核基因突变检测。

（1）mtDNA检测：mtDNA突变包括大片段缺失和点突变，大片段缺失的检测是用Southen杂交或长程PCR的方法对肌肉组织的mtDNA进行分析。点突变的检测通常是对白细胞、尿液或肌肉组织的mtDNA进行分析。当常见突变位点是阴性而临床上高度疑诊线粒体病时，可以进行mtDNA的全长测序。

（2）核基因突变检测：当mtDNA检测发现存在多发性片段缺失或mtDNA拷贝数量下降时，应进一步查ANT1、POLG1、GI0of2

、TP等核基因有无突变。呼吸链酶复合体活性下降时，可以进行相应的复合体亚单位编码基因的突变筛查。

线粒体病治疗

本病的治疗有一些有效的方法，目前对线粒体病的治疗主要包括两方面：对症治疗、药物治疗。

1.对症治疗对症治疗是线粒体病的主要干预方法，经常是有效的措施。对线粒体病不同器官系统的表现，可给予相应的对症处理。

（1）癫痫是线粒体病的常见症状，目前使用的大部分抗癫痫药可用来控制线粒体病的癫痫。但治疗过程中应慎重使用丙戊酸类药物，因为丙戊酸和酰胺咪嗪可以加重病情，在Alpers综合征中尤其要避免丙戊酸的使用。

（2）骨骼肌运动不耐受：有氧训练可以提高线粒体病患者的肌肉工作能力、增加肌肉对氧的摄取和利用。

（3）眼睑下垂：可行整形手术改善症状，传统的方法是额肌悬吊术。

（4）心脏病：KSS综合征患者严重的心脏传导阻滞应及时安装起搏器。当心肌病变严重时，可施行心脏移植术。

（5）听力丧失：佩戴助听器或施行人工耳蜗植人术。

（6）其他症状：血糖的控制、肠内或肠外营养的支持、酸中毒的处理、肾衰竭的防治等均可能是挽救患者生命的治疗。

2.药物治疗针对线粒体代谢紊乱的不同环节，药物从以下几方面发挥作用：

（1）补充代谢辅酶或增加旁路电子传递，改善线粒体氧化磷酸化功能，包括辅酶Q10、艾地苯醌、琥珀酸盐、维生素K、肌酸、肉碱、烟酰胺、硫胺素（维生素B1）、核黄素（维生素B2）、丙酮酸钠等。最近有一种针对线粒体呼吸链的药物EPⅠ-743，初步研究有一定效果。

（2）减少体内毒性代谢产物，主要给予精氨酸口服治疗。

（3）清除氧自由基，包括辅酶Q10,艾地苯醌、维生素C、,维生素E和硫辛酸等。一般联合运用多种抗氧化剂和代谢相关辅助因子形成“鸡尾酒疗法”，可以使部分患者临床症状改善，淋巴细胞ATP生成增加。

（4）保护血管：使用精氨酸、依达拉奉和糖皮质激素可以保护MELAS患者的血管。精氨酸可以通过增加一氧化氮而改善MELAS患者的血管内皮功能，从而减少卒中样发作的次数以及减轻病情的严重程度，在急性期时剂量为0.5g/ (kg ·d)静脉点滴，具有一级循证医学证据。依达拉奉是氧自由基清除剂，可以抑制急性期病灶的扩大。糖皮质激素可以减轻中风样发作急性期的脑水肿，但对其长期使用存在争议。

3.饮食措施生酮饮食（高脂肪、低碳水化合物）用以治疗丙酮酸脱氢酶复合物缺陷患者。个别MELAS或非综合征线粒体病患者，在服用维生素B1、B2、C、硫辛酸和辅酶Q10的同时，给予高脂肪饮食，患者症状改善。考虑到脂肪代谢障碍在线粒体病中并不少见，长期的高脂饮食对心脑血管病也是危险因素，因而生酮饮食在线粒体病的治疗中应当慎重。

4.预防发作对线粒体病患者，感染、过度劳累、或精神刺激均可以导致肌体能量消耗的增加而诱发疾病，所以应当避免上述诱发因素。有一些药物可以导致线粒体功能受损应当防止应用，如布比卡因和β-阻滞剂可影响呼吸链功能、他汀类药物引起内源性辅酶Q10降低、巴比妥及氯霉素影响线粒体蛋白合成、双胍类药物诱发乳酸升高。对于手术应尽量选择局部麻醉，需进行全身麻醉的线粒体病患者谨慎选用麻醉药品，避免过度镇静抑制呼吸、加剧心脏传导阻滞和神经肌肉阻滞的药物，尽量减少机体能耗，维持内环境的稳定。