Алгоритм диагностики митохондриальных энцефаломиопатий Текст научной статьи по специальности «Клиническая медицина»

Алгоритм диагностики

митохондриальных

энцефаломиопатий

С.Н. Иллариошкин

Митохондриальные энцефаломио-патии представляют собой обширную группу заболеваний, относящихся к особому классу наследственной патологии человека - митохондриальным болезням (митохондриальным цитопатиям). Митохондриальные болезни могут быть охарактеризованы как заболевания, обусловленные генетическими и структурно-биохимическими дефектами митохондрий и сопровождающиеся нарушением тканевого дыхания [1, 2, 4-6]. При митохондриальных болезнях в связи с возникающим системным дефектом энергетического метаболизма поражаются в различной комбинации наиболее энергозависимые ткани и органы-мишени (мозг, скелетные мышцы и миокард, поджелудочная железа, орган зрения, почки, печень).

Особенностью функционирования митохондрий является наличие собственного митохондриального генома - кольцевой молекулы ДНК, расположенной внутри данной органеллы и состоящей из 16569 нуклеотидов. Митохондриальная ДНК (мтДНК) содержит 37 генов, кодирующих синтез 2 видов рибосомальной РНК, 22 видов транспортной РНК и 13 белков, входящих в состав I, III, IV и V комплексов дыхательной цепи митохондрий. Остальные пептиды дыхательной цепи и значительная часть других митохондриальных белков кодируются генами ядерной ДНК. Таким образом, в обеспечении многообразных биохимических функций митохондрий участвуют

Сергей Николаевич Иллариошкин - профессор, зам. директора по научной работе Научного центра неврологии РАМН.

белки, кодируемые как ядерными, так и митохондриальными генами.

В соответствии с вышеупомянутыми особенностями двойного генома митохондрий тип наследования митохондриальных болезней может быть различным (рис. 1). Поскольку мтДНК в организме имеет почти исключительно материнское происхождение, при передаче митохондриальной мутации потомству в ро-

дословной имеет место материнский тип наследования - болеют все дети больной матери. Если мутация происходит в ядерном гене, кодирующем синтез митохондриального белка, заболевание передается по классическим менделевским законам. Иногда мутация мтДНК (обычно - делеция) возникает de novo на ранней стадии онтогенеза, и тогда заболевание проявляется как спорадический случай.

Типы наследования митохондриальных энцефаломиопатий

Материнское

(митохондриальное,

цитоплазматическое)

Признаки:

болеют все дети (братья и сестры), рожденные от больной женщины

Примеры:

• синдром МЕ1_Д8

• синдром МЕЯЯР

• синдром ИДЯР

• атрофия зрительных нервов Лебера

Менделевское (аутосомно-доминант-ное, аутосомно-рецес-сивное, Х-сцепленное)

Признаки:

• болеют 50% детей, рожденных от больного мужчины или больной женщины (аутосомно-доми-нантное)

• болеют 25% детей, рожденных от здоровых родителей (аутосомно-рецес-сивное)

• болеют 50% сыновей и здоровыми носителями мутации являются 50% дочерей, рожденных от здоровой матери (Х-сцепленное рецессивное)

Примеры:

• болезнь Фридрейха

• болезнь Лея

• синдром Альперса

Спорадические случаи

Признаки:

отсутствие повторных случаев заболевания в семье

Примеры:

• синдром Кернса-Сейра

• прогрессирующая наружная офтальмоплегия

Рис. 1. Алгоритм оценки типов наследования митохондриальных энцефаломиопатий.

ке убывания). Рис. 3. Общая клиническая характеристика митохондриальных болезней.

Каждая митохондрия содержит от 2 до 10 копий молекул мтДНК, а клетки различных тканей могут содержать от сотен до нескольких тысяч митохондрий; таким образом, общее количество молекул мтДНК в клетке может достигать десятков тысяч (например, в кардиомиоците - до 50000 молекул мтДНК). При клеточном делении молекулы мтДНК в составе митохондрий в случайном порядке переходят в цитоплазму дочерних клеток. В обычной ситуации во всех клетках и тканях организма имеется один и тот же нормальный вид мтДНК - состояние, обозначаемое как гомоплазмия. При возникновении мутации в мтДНК и ее распространении возникает гетеро-плазмия, т.е. состояние, при котором в клетке (ткани) существует совокупность двух различных популяций мтДНК - нормальной и мутантной. Процентное содержание нормальной и мутантной мтДНК в разных тканях может варьировать в широких пределах (от 0 до 100%), что в значительной степени определяет характер и тяжесть соответствующих клинических проявлений. Более того, на протяжении жизни в одной и той же ткани соотношение нормальной и мутантной популяций мтДНК также может меняться, обеспечивая определенные

трансформации симптоматики заболевания.

Дефекты окислительного фосфо-рилирования при поражении митохондрий по-разному проявляются со стороны конкретных органов и тканей (рис. 2). Одни ткани (головной мозг, миокард) имеют высокую зависимость от аэробного дыхания и поражаются при митохондриальных болезнях в первую очередь, тогда как другие (кожа, костно-хрящевой аппарат, лимфоретикулярная система) обладают низкой чувствительностью к недостатку кислорода и способны переживать даже значительные нарушения энергопродукции. В результате даже при одном и том же молекулярном дефекте мтДНК у разных больных заболевание может проявиться по-разному - в зависимости от того, в каких органах и тканях произошло клональное накопление мутации мтДНК.

Таким образом, характер и тяжесть клинических проявлений митохондриальных болезней определяется:

• тяжестью мутации мтДНК;

• процентным содержанием мутантной мтДНК в конкретных органах и тканях;

• энергетической потребностью и функциональным резервом органов и тканей, содержащих мтДНК (их

“порогом чувствительности” к дефектам окислительного фосфори-лирования).

Диагностика митохондриальных болезней базируется на некоторых универсальных особенностях клинической картины, представленных на рис. 3, 4. В качестве ключевой харак-

• Энцефалопатия

• Миопатия

• Атрофия зрительных нервов

• Дегенерация сетчатки

• Невропатия

• Нейросенсорная тугоухость

• Кардиомиопатия

• Сахарный диабет

• Гипофизарный нанизм

• Панцитопения

• Проксимальная тубулопатия

• Печеночная

п

га

а

недостаточность

Синдром

мальабсорбции

Кетоацидотическая

кома

Другие проявления

Рис. 4. Полисистемность проявлений митохондриальных болезней.

-С

ш

щ

№

У

ь

№

теристики следует подчеркнуть полисистемность поражения, кажущееся необъяснимым вовлечение в процесс органов и тканей, не связанных общностью происхождения или функции. На самом деле общим для всех поражаемых тканей является низкий “порог” чувствительности к дефициту кислорода и нарушениям окислительного фосфорилирования (высокий уровень энергозависимости и энергопотребления).

Для митохондриальных болезней, в том числе для основных форм митохондриальных энцефаломиопатий, характерен ряд универсальных диагностических тестов, позволяющих подтвердить факт митохондриальной дисфункции и нарушение энергетического метаболизма. К ним относятся:

• лактат-ацидоз - повышение уровня лактата и пирувата в крови и/или спинномозговой жидкости;

• феномен “рваных красных волокон” - выявление в мышечных био-птатах при специальном окрашивании миофибрилл со своеобразно измененными краями вследствие пролиферации митохондрий и формирования митохондриальных агломератов по периферии мышечного волокна;

• выявляемый при гистохимическом исследовании дефицит цитохром-С-оксидазы в мышечных волокнах;

• электронно-микроскопические признаки патологии митохондрий (аномалии формы и размеров, нарушение конфигурации крист, наличие паракристаллических включений и др.).

В неврологии существует большое разнообразие фенотипов (форм) митохондриальных болезней, одни из которых специфичны исключительно для раннего детского возраста, а другие могут диагностироваться и у пациентов старших возрастных групп (вплоть до шестого и даже седьмого десятилетий жизни) [1, 4, 6]. Наиболее известными и относительно часто встречающимися на практике являются несколько форм митохондриальных энцефаломиопатий, диагностические критерии которых достаточно четко

Синдром

МЕЬДЭ

Синдром

МЕРРР

сформулированы и обобщены в литературе. К ним относятся:

• синдром МЕЬАЭ (английская аббревиатура от сложного термина “митохондриальная энцефалопатия, лактат-ацидоз и инсультоподобные эпизоды”);

• синдром МЕЯЯР (“миоклонус-эпилеп-сия с рваными красными волокнами”);

• синдром ЫДЯР (“невропатия, атаксия и пигментный ретинит”);

• синдром Керн-са-Сейра;

• атрофия зрительных нервов Лебера.

Ядро клинических проявлений каждой из этих форм митохондриальных энцефаломио-патий представлено на рис. 5. Все указанные заболевания связаны с мутациями мтДНК. Следует подчеркнуть, что на практике чаще всего наблюдаются “смешанные” фенотипы (МЕЬАЗ/МЕЯЯР и т.д.), которые характеризуются широким спектром симптомов (см. рис. 4, 5).

Алгоритм диагностики митохондриальных энцефаломиопатий включает несколько основных этапов (рис. 6).

1. Во-первых, необходимо доказательное клиническое подозрение на наличие митохондриальной болезни.

В типичных случаях это может быть выявление клинической картины, характерной для той или иной формы митохондриальной энцефа-ломиопатии (МЕЬДЭ,

МЕЯЯР и т.д.), однако “классические” вариан-

ты этих фенотипов встречаются сравнительно редко. Чрезвычайно важным является выявление общепринятых лабораторных маркеров митохондриальной дисфункции - лактат-ацидоза, нарушений углеводного, белкового и

Синдром

Синдром

Кернса-Сейра

Атрофия зрительных нервов Лебера

Возраст дебюта - 5-20 лет Инсультоподобные эпизоды Мигренозные приступы, рвота Судороги Атаксия

Дегенерация сетчатки Нейросенсорная глухота Низкорослость, диабет Кардиомиопатия Лактат-ацидоз

Начало на втором десятилетии жизни

Миоклонус-эпилепсия

Атаксия

Деменция

Миопатия

Нейросенсорная тугоухость Задержка физического развития

Невропатия (преимущественно сенсомоторная)

Атаксия

Пигментная дегенерация

сетчатки

Деменция

Задержка физического развития

Начало на первом-втором десятилетии жизни Наружная офтальмоплегия Миопатия

Пигментная дегенерация сетчатки

Кардиомиопатия, атриовентрикулярная блокада Атаксия

Нейросенсорная тугоухость Эндокринные расстройства Повышение белка в ликворе (>1 г/л)

Начало на втором-третьем десятилетии жизни Острая(подострая) безболевая утрата зрения Редко: дистония, полиневропатия, спастические парезы, скелетные деформации

Рис. 5. Наиболее известные формы митохондриальных энцефаломиопатий.

Рис. 6. Общий алгоритм диагностики митохондриальных энцефаломиопатий.

аминокислотного обмена, ЭМГ-при-

знаков субклинической миопатии, пе-трификатов в подкорковых ганглиях (весьма частое проявление МЕ1_А8 и других вариантов митохондриальных энцефаломиопатий), изменений на ЭКГ и ЭхоКГ и др. О митохондриальной патологии следует думать при выявлении мультисистемного, полиор-ганного поражения (для этого необходим соответствующий целенаправленный поиск), а также материнского типа наследования.

2. У больных с четкими фенотипами МЕ1_А8, МЕЯЯР, атрофией зрительных нервов Лебера и др. может быть исследована мтДНК, выделенная рутинным образом из клеток крови, на носитель-ство конкретных известных мутаций, вызывающих эти заболевания [2, 6]. При выявлении искомой мутации в

лимфоцитах диагноз конкретной митохондриальной болезни может считаться окончательно подтвержденным.

3. Поскольку более надежным источником мтДНК при данных заболеваниях является скелетная мышца (отсутствие клеточных делений в данной ткани способствует “удержанию” митохондрий, содержащих мутантную мтДНК), в случае отсутствия выявляемых мутаций в лимфоцитах следующим шагом в обследовании больного является проведение биопсии скелетной мышцы (обычно четырехглавой или дельтовидной). Типичный пример митохондриальной энцефаломиопатии, при которой мутации мтДНК выявляются обычно в мышце, но не в лимфоцитах крови, - синдром Кернса-Сейра.

4. Образцы мышечных биоптатов целесообразно делить на три части -

одна для микроскопического исследования (гистология, гистохимия и электронная микроскопия), вторая для энзимологического и иммунологического анализа (изучение характеристик компонентов дыхательной цепи) и третья - непосредственно для молекулярно-генетического анализа. Поиск известных мутаций на мышечном материале позволяет в большинстве случаев успешно осуществлять ДНК-диа-гностику болезни. При отсутствии известных мутаций мтДНК в мышечной ткани следующим этапом является развернутый молекулярно-генетический анализ - секвенирование всей цепи мтДНК (или кандидатных генов ядерной ДНК) с целью выявления нового варианта мутации.

5. Альтернативной возможностью молекулярной диагностики может стать идентификация конкретного биохимического дефекта в том или ином звене дыхательной цепи митохондрий. Наконец, даже при невозможности идентификации первичного молекулярного дефекта подтверждением митохондриальной природы болезни может считаться выявление выраженного феномена “рваных красных волокон” либо дефицита цитохром-оксидазы при гистохимическом исследовании.

Корректная и четкая диагностика митохондриальных энцефалопатий может способствовать своевременному назначению адекватного лечения. Опыт показывает, что наиболее благоприятные результаты лечения (в том числе изменение характера течения заболевания и предотвращение метаболических кризов) связаны с активным вмешательством врача на ранних этапах болезни. В последние годы возможности лечения митохондриальных энцефаломиопатий неуклонно расширяются [3, 6, 8]. Данная проблема находится за пределами настоящей статьи и заслуживает отдельного анализа. Укажем лишь кратко, что при различных формах данных заболеваний по показаниям используются препараты, повышающие активность дыхательной цепи (переносчики электронов), разнообразные кофакторы энзимных реакций энергетического обмена, анти-

оксиданты, средства, снижающие уровень лактат-ацидоза и др. В практику входят всё новые препараты комбинированного действия, такие, например, как идебенон (Но-бен) - улучшенный структурный аналог коэнзима Q10, благоприятно влияющий на активность дыхательного пути и обладающий выраженным антиоксидантным, анти-апоптотическим и нейротро-фическим действием [7, 9]. Очевидно, что расширение терапевтического арсенала при митохондриальных болезнях диктует настоятельную необходимость того, чтобы практические врачи различных специальностей (неврологи, психиатры, педиатры, генетики, гематологи и др.) были хорошо знакомы с алгоритмом диагностики этих заболеваний.

Список литературы

1. Вельтищев Е.Ю., Темин П.А.// Наследственные болезни нервной системы. М., 1998. С. 346.

2. Иллариошкин С.Н. ДНК-диа-гностика и медико-генетическое консультирование. М., 2004.

3. Казанцева Л.З. и др. Основные методы лечения детей, страдающих митохондриальными заболеваниями: Пособие для врачей. Метод, указ. № 99/160. М., 2001.

4. Краснопольская К.Д., Захарова Е.Ю. // Журн. неврол. и психиатр, им. С.С. Корсакова. 1998. №8. С. 49.

5. Betts J. et al. // Neuropathol. Appl. Neurobiol. 2006. V. 32. P. 359.

6. Finsterer J. // Eur. J. Neurol. 2004. V. 11. P. 163.

7. Geromel V. et al. // Mol. Genet. Metabol. 2002.V. 77. P. 21.

8. Gold D.R., Cohen B.H. // Sem. Neurol. 2001. V. 21. P. 309.

9. Rustin P. et al. // Neurology. 2004. V. 62. P. 524. S

Нобен® - корректор митохондриальных нарушений

VВосстанавливает клеточное дыхание V"Повышает уровень энергообмена клетки

Оказывает выраженное антиоксидантное действие

Нобен@ обладает:

V" ноотропным V мнемотропным Vактивирующим действием

Нобен® улучшает эмоциональное состояние, положительно влияет на вегетативную нервную систему

Нобен® - высокобезопасный препарат,

хорошо переносится пациентами

БИННОФАРІУІ

117246 Москва, Научный проезд, 6 Телефон/факс: +7(495) 510 3288