劉怡陶 李永新

1 線粒體糖尿病伴耳聾

線粒體DNA突變是成人糖尿病的一種罕見(jiàn)病因，這種突變所導(dǎo)致的線粒體糖尿病常常合并感音神經(jīng)性耳聾，又稱(chēng)為線粒體遺傳糖尿病伴耳聾(maternally inherited diabetes and deafness，MIDD)[1]，占糖尿病的0.5%～2.8%[2]。與核基因缺陷不同的是，線粒體基因缺陷通常表現(xiàn)為母系遺傳。線粒體遺傳糖尿病伴耳聾于1992年首次被提出[3]。其診斷標(biāo)準(zhǔn)基于：①黃斑病變；②聽(tīng)力損失；③正常體重患者線粒體基因遺傳糖尿病或空腹血糖受損。還有研究發(fā)現(xiàn)其中85%～98%為雙側(cè)感音神經(jīng)性耳聾，最常見(jiàn)的突變是A3243G[4，5]。MIDD的發(fā)病年齡一般在30～40歲，由于線粒體突變具有明顯的異質(zhì)性，患者還會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的視網(wǎng)膜營(yíng)養(yǎng)不良、黃斑變性、神經(jīng)受累、甲亢、肌酸激酶升高、心肌、腎臟受累等癥狀，首發(fā)癥狀多不相同，早期很難確診[6]。

2 基因突變位點(diǎn)

線粒體基因突變位點(diǎn)很多，目前發(fā)現(xiàn)的導(dǎo)致糖尿病的線粒體基因突變約85%的患者為A3243＞G突變[7]。Jiang等[8]還發(fā)現(xiàn)這種突變發(fā)生在胚胎早期甚至是生殖細(xì)胞階段，常伴隨m16093T＞G突變導(dǎo)致線粒體DNA的從頭合成。Bannwarth等[9]發(fā)現(xiàn)了1例在MT-ND6基因編碼區(qū)存在線粒體DNA(mitochondrial DNA，mtDNA)14535和14536之間胞嘧啶插入，Mezghani等[10]證實(shí)了12S rRNA中的m1555A＞G突變，這種突變是導(dǎo)致氨基糖苷敏感的非綜合征型耳聾相關(guān)的最多的突變之一，并且發(fā)現(xiàn)了ND1 m3308T＞C突變。Perucca-Lostanlen等[11]構(gòu)建了線粒體外線粒體細(xì)胞系，證實(shí)了線粒體tRNAGlu基因中核苷酸位置14709處的突變與MIDD相關(guān)。Tabebi 等[12]在一個(gè)突尼斯MIDD家系中發(fā)現(xiàn)了MT-COIII基因的m.9267G＞C和MT-COI基因的m.5913G＞A點(diǎn)突變。在對(duì)其家系進(jìn)行進(jìn)一步分析后，發(fā)現(xiàn)該家系成員中MT-CO2基因的m.8241 T＞G和MT-ND5基因的m.13276G＞A突變，與該家系MIDD患者的視網(wǎng)膜病變密切相關(guān)[13]。Adema等[6]在一個(gè)28歲糖尿病、腎病、感音神經(jīng)性聾等疾病的女性患者尿液樣本中，發(fā)現(xiàn)了MTATP6基因的m09155A＞G突變。此外，Chen等[14]發(fā)現(xiàn)了mtDNA G3421A的突變與MIDD相關(guān)。Janssen等[15]在一個(gè)MIDD家系中發(fā)現(xiàn)了位于mtDNA的D環(huán)上nt568位點(diǎn)，有6個(gè)堿基對(duì)插入。COII-tRNALys基因的nt8281位點(diǎn)上有9個(gè)重復(fù)的堿基對(duì)，且這兩種長(zhǎng)度變異均為母系遺傳。

3 診斷

目前，尚無(wú)簡(jiǎn)單快速手段診斷MIDD，主要依靠家族史以及基因檢測(cè)可以確診[3]。篩查對(duì)象應(yīng)包括：①有母系遺傳家族史的糖尿病患者。②伴神經(jīng)性耳聾的糖尿病患者，或糖尿病患者的家族中存在1個(gè)或以上非創(chuàng)傷性及老年性耳聾者。③糖尿病患者本身或家族成員伴中樞神經(jīng)系統(tǒng)、骨骼肌病表現(xiàn)及心肌病、視網(wǎng)膜色素變性、視神經(jīng)萎縮、眼外肌麻痹及乳酸性酸中毒等[16]。檢出突變的患者，應(yīng)追蹤并分析其家系，對(duì)所有一級(jí)家庭成員（包括父母配偶及子女）進(jìn)行篩查，并提供遺傳咨詢[17]。

關(guān)于基因檢測(cè)，線粒體耳聾的突變形式主要有線粒體DNA大片段重排、缺失和點(diǎn)突變。RT-PCR主要檢測(cè)線粒體缺失突變，而線粒體點(diǎn)突變分布在整個(gè)線粒體基因組中，超過(guò)67%的突變位于tRNA中，其次在rRNA基因中。對(duì)于已知的致病性點(diǎn)突變的檢測(cè)方式主要有PCR-RFLP技術(shù)和ARMS-qPCR，并且可以計(jì)算出線粒體點(diǎn)突變野生型DNA和突變型DNA的比例[18]。

樣本可選擇肌肉組織及外周血測(cè)量mtDNA水平[7]。由于該疾病異質(zhì)性高，不同受累的組織mtDNA水平不同，隨著年齡的增長(zhǎng)，mtDNA水平會(huì)下降[2]。有研究發(fā)現(xiàn)，尿液檢測(cè)mtDNA水平可作為檢測(cè)的首選樣本[19]。

4 治療

4.1 藥物治療

包括治療糖尿病的藥物以及緩解并發(fā)癥的藥物。由于突變的線粒體釋放了更多的自由基，輔酶Q10(CoQ10)對(duì)于治療有益，CoQ10是線粒體呼吸鏈中的電子載體，可以保護(hù)線粒體膜蛋白不受自由基的侵害[20]。HMGCoA還原酶抑制劑可以通過(guò)甲戊酸鈉途徑降低膽固醇水平。維生素B、維生素K、維生素C等線粒體輔助因子可以提高ATP合成能力[21]。

4.2 基因治療

目前基因治療的策略是使異質(zhì)體發(fā)生轉(zhuǎn)移，減少突變體與野生型基因組的比例，又稱(chēng)“基因轉(zhuǎn)移”[22]。導(dǎo)入特定的限制性內(nèi)切酶作為“特效藥”來(lái)選擇性地破壞突變的mtDNA。這種方法已被證明是成功的，Bafaluy等使用了含有兩種多態(tài)mtDNA序列變體，分別為NZB和BALB的異質(zhì)小鼠模型，其中只有一種(BALB)具有ApaLI位點(diǎn)。當(dāng)用表達(dá)線粒體靶向ApaLI位點(diǎn)的重組病毒載體轉(zhuǎn)染動(dòng)物時(shí)，BALB小鼠模型的肌肉和大腦中的異源性向NZB突變發(fā)生了轉(zhuǎn)移[23]。Tachibana等[24]報(bào)道了成熟的靈長(zhǎng)類(lèi)卵母細(xì)胞的線粒體基因組可以通過(guò)紡錘體染色體復(fù)合物從一個(gè)卵母細(xì)胞轉(zhuǎn)移到一個(gè)有線粒體的去核卵母細(xì)胞中，能有效地替代核基因組。用線粒體替代技術(shù)重建的卵母細(xì)胞能夠支持正常受精和胚胎發(fā)育，并產(chǎn)生健康的后代。遺傳分析證實(shí)，出生的3例的細(xì)胞核DNA來(lái)自紡錘體供體，而線粒體DNA來(lái)自細(xì)胞質(zhì)供體。這為預(yù)防m(xù)tDNA疾病在受影響家庭中的傳播提供了一個(gè)新的可能性。

這種治療策略有不同的邏輯實(shí)現(xiàn)，包括“異位表達(dá)”、和限制性內(nèi)切酶的導(dǎo)入。異位表達(dá)是一種通過(guò)從基因“潛入”細(xì)胞核中，導(dǎo)入正常的突變mtDNA編碼蛋白基因來(lái)減少突變蛋白的策略。這種方法已經(jīng)在體外實(shí)驗(yàn)中被用于改善攜帶G11778A LHON 的Leber遺傳性視神經(jīng)病變突變的生化缺陷[23]。Yu等[25]通過(guò)將線粒體靶向序列與腺相關(guān)病毒(AAV)-VP2衣殼蛋白融合，實(shí)現(xiàn)線粒體內(nèi)與遺傳性視神經(jīng)病變相關(guān)的ND4基因的表達(dá)，證明了將AAV直接靶向線粒體的可行性。結(jié)果表明，突變體AAV衣殼蛋白不僅定位于線粒體內(nèi)，而且傳遞的ND4基因蛋白在細(xì)胞內(nèi)也得到了翻譯。處理后細(xì)胞ATP合成增加48%。本研究表明AAV介導(dǎo)的線粒體基因表達(dá)是可以實(shí)現(xiàn)的。AAV基因治療龐貝病的臨床研究是建立基因治療線粒體病的關(guān)鍵的第一步。

雖然許多針對(duì)線粒體病的基因轉(zhuǎn)移研究尚處于概念驗(yàn)證階段，但迄今為止的數(shù)據(jù)表明，基因治療有望成為一種有效的治療方式。對(duì)于產(chǎn)前診斷tRNA點(diǎn)突變，實(shí)際上是不可能的。因?yàn)檠蚰ぜ?xì)胞或絨毛的突變負(fù)荷不一定與胎兒其他組織的突變負(fù)荷相對(duì)應(yīng)。由于有絲分裂的存在，產(chǎn)前樣本測(cè)量的突變負(fù)荷可能在出生后發(fā)生變化。所以對(duì)于家族內(nèi)有MIDD患者的孕婦來(lái)說(shuō)，產(chǎn)前診斷只是一個(gè)選擇[23]。

5 MIDD與感音神經(jīng)性耳聾

5.1 發(fā)病機(jī)制

目前對(duì)于線粒體疾病的聽(tīng)力學(xué)診斷及治療越來(lái)越多，據(jù)報(bào)道42%的線粒體突變患者臨床表現(xiàn)出雙側(cè)感音神經(jīng)性耳聾。目前主要與聽(tīng)力損失相關(guān)的線粒體疾病包括線粒體腦肌病伴高乳酸血癥和卒中樣發(fā)作(mitochondrial encephalomyopthy with lactic acidemia and strokelike episodes，MELAS)、MIDD、Kearns-Sayre綜合征(線粒體腦肌病)、進(jìn)行性眼外肌麻痹(chronic progressive external ophthalmoplegia，CEPO)[26]。

Yamasoba等[27]推測(cè)MIDD的聽(tīng)力損失原因可能是由于突變導(dǎo)致了受損mtDNA的比例超過(guò)線粒體蛋白合成和耗氧量不足的表達(dá)閾值后，ATP水平下降可能導(dǎo)致耳蝸細(xì)胞死亡。這主要是由于耳蝸的外毛細(xì)胞有很高的ATP需求，且不能自身分裂，尤其是那些位于耳蝸底轉(zhuǎn)的細(xì)胞，它們的新陳代謝最活躍。人類(lèi)耳蝸的底轉(zhuǎn)與高頻聽(tīng)力有關(guān)，它更容易受到耳毒性藥物、退行性變和病毒性迷路炎的損害。毛細(xì)胞依賴(lài)于血管紋提供的正常耳蝸內(nèi)電位，血管紋本身具有高度的代謝活性，并有豐富的Na，K-ATP泵。假設(shè)線粒體氧化磷酸化功能障礙使ATP水平下降，從而使外毛細(xì)胞和血管紋層離子進(jìn)行性失衡，導(dǎo)致細(xì)胞損傷和死亡。這主要與MIDD疾病本身累及高代謝器官的特點(diǎn)有關(guān)。由此可見(jiàn)，由于缺乏修復(fù)機(jī)制，隨著年齡的增長(zhǎng)，氧化磷酸化減少在mtDNA突變的患者中可能較早達(dá)到較低水平，導(dǎo)致進(jìn)展性聽(tīng)力損失[28]。

在線粒體疾病導(dǎo)致的聽(tīng)力損失顳骨病理模型中，源自Corti器和囊斑的骨螺旋板神經(jīng)纖維嚴(yán)重退化，伴有Corti器和螺旋神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的變性[29]。其中對(duì)于12S rRNA中的m1555A＞G突變，在某些人群中可能是導(dǎo)致聽(tīng)力障礙的原因。突變攜帶者對(duì)氨基糖苷類(lèi)藥物的耳毒性異常敏感，即使在正常的藥物水平，也會(huì)導(dǎo)致聽(tīng)力下降。此外，即使沒(méi)有氨基糖苷的接觸，此類(lèi)攜帶者也會(huì)發(fā)展成聽(tīng)力障礙[30]。

5.2 MIDD聽(tīng)力損失的表現(xiàn)

Hendrickx等[31]隨訪了6例MIDD患者，發(fā)現(xiàn)其中1名患者表現(xiàn)了相對(duì)正常的聽(tīng)力，其余患者聽(tīng)力損失出現(xiàn)在27～79歲不等，所有患者聽(tīng)力損失平均每年增加1.7 dB，500～2000 Hz頻率范圍平均每年損失增加2 dB，在4000 Hz處增長(zhǎng)為2.4 dB。前庭功能和聽(tīng)性腦干反應(yīng)檢查結(jié)果正常，言語(yǔ)識(shí)別率尚可。其聽(tīng)力損失程度已經(jīng)超過(guò)老年性耳聾，其中也表現(xiàn)出高頻聽(tīng)力損失更嚴(yán)重，并且聽(tīng)力損失在異質(zhì)性較高的患者中發(fā)病年齡更低[27]。MIDD患者兩耳的聽(tīng)力損失程度通常是對(duì)稱(chēng)的[32]。感音神經(jīng)性耳聾與線粒體代謝缺陷相關(guān)，起源于耳蝸基底。然而，有的聽(tīng)力損失嚴(yán)重患者還伴有蝸后病變的跡象，包括言語(yǔ)識(shí)別率下降、聽(tīng)覺(jué)反射閾值增加、ABR電位和潛伏期紊亂[33]。推測(cè)可能是線粒體疾病在影響聽(tīng)神經(jīng)及其中樞連接之前影響更敏感的耳蝸，當(dāng)病情發(fā)展到晚期時(shí)，其他的并發(fā)癥多于耳蝸的退化凋亡。

5.3 MIDD患者的聽(tīng)力重建

聽(tīng)力損失只是MIDD患者多系統(tǒng)疾病的一部分，50%的病人會(huì)出現(xiàn)不同程度的聽(tīng)力損失，性別、發(fā)病年齡無(wú)明顯相關(guān)性線粒體功能的障礙導(dǎo)致了內(nèi)耳功能的紊亂以及聽(tīng)神經(jīng)的受損，所以目前主要的治療手段為人工耳蝸植入。

第一例接受人工耳蝸植入的線粒體疾病患者是Kearns-Sayre綜合征患者。對(duì)于線粒體基因突變的感音神經(jīng)性耳聾患者來(lái)說(shuō)，因?yàn)橥缓喜?nèi)耳畸形以及聽(tīng)神經(jīng)發(fā)育不良，多數(shù)為成人語(yǔ)后聾，所以人工耳蝸術(shù)后效果較好。Scarpelli等[34]回顧了12例植入人工耳蝸的線粒體感音神經(jīng)性耳聾患者的術(shù)后效果。12例均為重度感音神經(jīng)性耳聾。耳聾的發(fā)病年齡和手術(shù)年齡各不相同，但58%的患者在手術(shù)后能夠進(jìn)行電話交談，其余患者具有良好的開(kāi)放言語(yǔ)識(shí)別能力，沒(méi)有并發(fā)癥。常見(jiàn)的A1555G突變患者的耳蝸螺旋神經(jīng)節(jié)細(xì)胞數(shù)量殘余較多，其人工耳蝸效果主要取決于螺旋神經(jīng)節(jié)的殘余數(shù)量、聽(tīng)神經(jīng)的完整[35]。

6 總結(jié)

近年來(lái)，對(duì)MIDD的臨床表現(xiàn)、遺傳診斷、流行和發(fā)病機(jī)制的研究改變了我們對(duì)該病的認(rèn)識(shí)和治療方法。由于mtDNA基因工程的難度，線粒體基因的突變?nèi)绾斡绊懸葝u素分泌以及聽(tīng)力損失的機(jī)制仍然停留在猜測(cè)中，也無(wú)明確的藥物可以治療。目前仍沒(méi)有明確的證據(jù)支持對(duì)線粒體疾病進(jìn)行有效的干預(yù)。進(jìn)一步研究需要建立廣泛的治療方法的作用。MIDD的臨床表現(xiàn)是異質(zhì)性的，高異質(zhì)性水平的患者線粒體功能缺陷更嚴(yán)重，因此對(duì)任何治療的效果都是不確定的，且由于對(duì)該病認(rèn)識(shí)較晚，線粒體受到長(zhǎng)期嚴(yán)重?fù)p害而MIDD本身的異質(zhì)性也導(dǎo)致了該疾病易與糖尿病并發(fā)癥相混淆，從而導(dǎo)致確診更加困難。

在臨床中，確認(rèn)伴有聽(tīng)力損失的糖尿病患者患有MIDD具有重要意義，這可以促使患者及其親屬及早發(fā)現(xiàn)、預(yù)防和治療相關(guān)疾病，一旦發(fā)現(xiàn)了基因突變，應(yīng)對(duì)所有1級(jí)家庭成員進(jìn)行篩查，并提供遺傳咨詢。與MIDD相關(guān)的臨床相關(guān)研究領(lǐng)域包括分子遺傳學(xué)診斷方法的改進(jìn)，對(duì)環(huán)境、遺傳和表觀遺傳學(xué)的理解的改善，以及對(duì)治療藥物的研究。未來(lái)對(duì)于MIDD的診斷需要多學(xué)科團(tuán)隊(duì)的參與、對(duì)患者的仔細(xì)評(píng)估以及對(duì)并發(fā)癥的預(yù)期，治療除了傳統(tǒng)的藥物治療、對(duì)癥治療外，更多的研究將致力于分子水平的治療。