刘子美线粒体疾病ppt课件.ppt
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1、线线粒粒体体疾疾病病(mitochondrialdisease)安徽省立医院安徽省立医院刘子美刘子美一一.概概述述 线粒体病病变发生在细胞线粒体内,是线粒体基因组线粒体病病变发生在细胞线粒体内,是线粒体基因组(mtDNA)和)和/或核基因组(或核基因组(nDNA)编码线粒体蛋白的)编码线粒体蛋白的基因变异引起的线粒体结构和功能基因变异引起的线粒体结构和功能异常异常,而引起的疾病。而引起的疾病。母系遗传,发病母系遗传,发病率和死亡率高(流行率达率和死亡率高(流行率达1/8500),),是是常见遗传常见遗传代谢疾病代谢疾病。有有ATP生成生成减少、氧自由基(减少、氧自由基(ROS)增多和乳酸中毒等
2、增多和乳酸中毒等。可可累及累及一一个个或多或多个个部位,部位,症状症状复杂多样复杂多样,呈现,呈现多系统多系统病症病症表现表现的的临床临床综合症。综合症。常常表现肌无力表现肌无力,运动不耐受、听力运动不耐受、听力丧丧失、共济失调、失、共济失调、症状突发(中风)、学习障碍、白内障、心衰、糖尿病症状突发(中风)、学习障碍、白内障、心衰、糖尿病和生长缓慢等和生长缓慢等。目前尚缺乏统一目前尚缺乏统一诊断标准,诊断标准,和和有效治疗手段有效治疗手段。二二.线粒体结构与功能特点线粒体结构与功能特点1894年首次发现年首次发现mitochondrion(线粒体线粒体)线粒体结构图线粒体结构图环状双链:环
3、状双链:链链H、L链链16569bp;H链链H、L链均链均有编码功能;有编码功能;D环:非编码环:非编码区;区;共有共有37个基个基因。因。细胞线粒体数量细胞线粒体数量 不同体细胞线粒体数量不同不同体细胞线粒体数量不同 成熟成熟RBC无线粒体无线粒体 精子细胞:精子细胞:25个个 肝细胞:肝细胞:1300个个 卵母细胞:卵母细胞:30万个万个线粒体化学组成线粒体化学组成水:线粒体含量最多的成分。水:线粒体含量最多的成分。蛋白质:分布在内膜和基质中,分为(可蛋白质:分布在内膜和基质中,分为(可溶性和非可溶性)蛋白。溶性和非可溶性)蛋白。脂类:占脂类:占2530%,主要是磷脂。,主要是磷脂。酶类:
4、含酶类:含120多种酶,是细胞中含酶最多的多种酶,是细胞中含酶最多的细胞器。细胞器。其他含有:其他含有:DNA、辅酶、维生素、矿物质。、辅酶、维生素、矿物质。线粒体功能线粒体功能氧化磷酸化系统,产生能量。氧化磷酸化系统,产生能量。细胞细胞90%能量来自线粒体氧化磷酸化。能量来自线粒体氧化磷酸化。能生成氧自由基。能生成氧自由基。调节程序化细胞死亡(凋亡)。调节程序化细胞死亡(凋亡)。线粒体基因组线粒体基因组 线粒体的线粒体的DNA:除核以外唯一含有除核以外唯一含有DNA的细胞器。的细胞器。有独立的遗传系统有独立的遗传系统,复制、转录、翻译均不依复制、转录、翻译均不依赖细胞核的赖细胞核的DNA,但
5、细胞核和线粒体在功能上,但细胞核和线粒体在功能上相互依赖。相互依赖。81年剑桥大学年剑桥大学Anderson小组完成小组完成mtDNA测序,测序,命名为剑桥序列。含命名为剑桥序列。含37个基因。个基因。线粒体的线粒体的DNA是人类基因组的组成部分,是人类基因组的组成部分,号号称第称第25号染色体。号染色体。线粒体突变率高线粒体突变率高易受外界环境影响,突变率比易受外界环境影响,突变率比nDNA高高1020倍。倍。mtDNA的基因排列紧凑,任何突变都可能的基因排列紧凑,任何突变都可能影响基因组的某一重要功能区。影响基因组的某一重要功能区。mtDNA为裸露分子,没有组蛋白保护。为裸露分子,没有组蛋
6、白保护。mtDNA位于线粒体内膜附近,直接暴露呼位于线粒体内膜附近,直接暴露呼吸链代谢产生的超氧离子和自由基中,极吸链代谢产生的超氧离子和自由基中,极易受氧化损伤。易受氧化损伤。缺乏有效缺乏有效mtDNA损伤修复能力。损伤修复能力。mtDNA遗传特点遗传特点 精卵结合时:精卵结合时:精子主要提供核精子主要提供核DNA,精细胞发育为精子,精细胞发育为精子时,大部分细胞质丢失,中段虽然含线粒时,大部分细胞质丢失,中段虽然含线粒体,但几乎不可能进入卵细胞。体,但几乎不可能进入卵细胞。受精卵的胞质大部分来自卵子,即受精卵的胞质大部分来自卵子,即受精卵受精卵的线粒体和的线粒体和mtDNA几乎全来自母亲。
7、几乎全来自母亲。母亲将其母亲将其mtDNA遗传给所有子女,而她的遗传给所有子女,而她的女儿又将其女儿又将其mtDNA遗传给下一代。呈现母遗传给下一代。呈现母系遗传特点。系遗传特点。母系遗传的特点母系遗传的特点 细胞内有上千个细胞内有上千个mtDNA拷贝,突变体和正常拷贝,突变体和正常mtDNA共存,共存,mtDNA在细胞的复制和分离过程中发生在细胞的复制和分离过程中发生遗传漂变遗传漂变,可导致可导致子细胞子细胞出现三种出现三种基因型基因型:纯合纯合的突变体的突变体mtDNA纯合的正常纯合的正常mtDNA突变体和正常的突变体和正常的mtDNA的杂合的杂合mtDNA的遗传不遵循孟德尔定律,被随机分
8、配到子细胞的遗传不遵循孟德尔定律,被随机分配到子细胞中所致。只有当异常的中所致。只有当异常的mtDNA超过阈值时才发病。超过阈值时才发病。女性携带者的细胞内突变的女性携带者的细胞内突变的mtDNA未达到阈值不发病,未达到阈值不发病,但可通过但可通过mtDNA突变体向下代传递。女性患者细胞里突变体向下代传递。女性患者细胞里mtDNA同样可能存在同样可能存在杂合性杂合性,子女中得到较多突变,子女中得到较多突变mtDNA的个体发病,得到较少的病情较轻或不发病。的个体发病,得到较少的病情较轻或不发病。mtDNA为母系遗传为母系遗传遗传瓶颈遗传瓶颈卵母细胞约有卵母细胞约有10万个线粒体,卵子形成时万个线
9、粒体,卵子形成时只有只有10100个线粒体。从个线粒体。从10万锐减到万锐减到100个个的过程称为遗传瓶颈。的过程称为遗传瓶颈。通过遗传瓶颈保留下来的线粒体完全是随通过遗传瓶颈保留下来的线粒体完全是随机的,因此,不同的卵母细胞含有不同比机的,因此,不同的卵母细胞含有不同比例突变型例突变型mtDNA,如果含高比例突变型,如果含高比例突变型mtDNA的卵母细胞受精发育的个体就会发的卵母细胞受精发育的个体就会发病。相反,不发病。病。相反,不发病。阈值效应阈值效应能引起特定组织器官功能障碍的突变型能引起特定组织器官功能障碍的突变型mtDNA最小量称阈值。最小量称阈值。线粒体病发病有一阈值,只有异常线粒
10、体病发病有一阈值,只有异常mtDNA超过阈值时才发病。超过阈值时才发病。当突变型当突变型mtDNA累积到一定程度,超过阈累积到一定程度,超过阈值,能量产生急剧下降到组织、器官、和值,能量产生急剧下降到组织、器官、和细胞功能最低需求量以下,即出现临床症细胞功能最低需求量以下,即出现临床症状。状。三三.线粒体疾病线粒体疾病线粒体结构或功能异常导致的一组疾病。线粒体结构或功能异常导致的一组疾病。由由mtDNA突变、缺失引起遗传病。突变、缺失引起遗传病。目前已确认目前已确认100种种mtDNA致病点突变和致病点突变和200多种缺失、插入、核重排。多种缺失、插入、核重排。线粒体疾病线粒体疾病 线粒体病分
11、线粒体病分:nDNA缺陷缺陷mtDNA缺陷缺陷nDNA和和mtDNA缺陷缺陷病病因因 线粒体结构和功能异常,线粒体结构和功能异常,ATP生成减少。生成减少。能量短缺。能量短缺。病理机制病理机制mtDNA缺失或点突变使编码线粒体氧化代谢缺失或点突变使编码线粒体氧化代谢过程必需的酶或载体发生障碍。过程必需的酶或载体发生障碍。当细胞内充满病变线粒体后,无法合成当细胞内充满病变线粒体后,无法合成ATP。ATP为肌细胞收缩和神经元兴奋提供能量,为肌细胞收缩和神经元兴奋提供能量,因此,肌肉和神经组织对线粒体缺陷尤其敏感。因此,肌肉和神经组织对线粒体缺陷尤其敏感。能量短缺、原料分子和氧不断堆积,最终造能量
12、短缺、原料分子和氧不断堆积,最终造成神经肌肉损伤。出现临床症状。成神经肌肉损伤。出现临床症状。线粒体疾病涉及的器官线粒体疾病涉及的器官线粒体疾病分类线粒体疾病分类 依据线粒体病变部位不同分:依据线粒体病变部位不同分:线粒体肌病:骨骼肌侵犯为主线粒体肌病:骨骼肌侵犯为主 线粒体脑病:病变侵犯中枢线粒体脑病:病变侵犯中枢N经系统为经系统为主主 线粒体脑肌病:同时侵犯骨骼肌和中线粒体脑肌病:同时侵犯骨骼肌和中枢枢N经系统。经系统。线粒体心肌病线粒体心肌病:同时累及骨骼肌和心脏,同时累及骨骼肌和心脏,扩张性和肥厚性心肌病扩张性和肥厚性心肌病mtDNA可出现多种可出现多种缺失缺失.临床表现临床表现线粒体
13、疾病,累及脏器多、症状复杂、综合征多,线粒体疾病,累及脏器多、症状复杂、综合征多,主要影主要影响大脑,心脏和肌肉。症状包括:响大脑,心脏和肌肉。症状包括:生长发育缓慢生长发育缓慢学习障碍,精神发育迟滞学习障碍,精神发育迟滞视觉和视觉和/或听觉问题或听觉问题肌肉无力,协调性差肌肉无力,协调性差心脏,肝脏或肾脏疾病心脏,肝脏或肾脏疾病胃肠功能紊乱胃肠功能紊乱呼吸系统疾病呼吸系统疾病糖尿病,甲状腺功能异常糖尿病,甲状腺功能异常易感染易感染神经系统的问题,癫痫发作,痴呆等。神经系统的问题,癫痫发作,痴呆等。线粒体病临床表现线粒体病临床表现N系统系统健忘健忘血管性头痛血管性头痛脑血管意外样症状脑血管意外
14、样症状 肌病肌病 脊髓疾病脊髓疾病 肌阵挛肌阵挛感觉性神经耳聋感觉性神经耳聋 眼肌眼肌麻痹麻痹癫痫发作癫痫发作 共济失调等。共济失调等。线粒体病临床表现线粒体病临床表现其他系统其他系统心肌病心肌病 传导系统缺陷传导系统缺陷糖尿病糖尿病 乳酸中毒乳酸中毒全血减少全血减少 肾脏疾病肾脏疾病肝病肝病 视网膜变性。视网膜变性。线粒体肌线粒体肌病病进行性肌病进行性肌病,以肢带或面肩分布型以肢带或面肩分布型,见于儿童见于儿童进行性眼外肌麻痹伴有或不伴有肢体肌病进行性眼外肌麻痹伴有或不伴有肢体肌病软婴儿伴有或不伴有眼肌麻痹软婴儿伴有或不伴有眼肌麻痹运动锻练不耐受伴有或不伴有肌球蛋白尿症运动锻练不耐受伴有或不
15、伴有肌球蛋白尿症颈肌无力或近端肢体肌病颈肌无力或近端肢体肌病线粒体肌病线粒体肌病并发脂质代谢异常并发脂质代谢异常线粒体肌病并发糖原异常。线粒体肌病并发糖原异常。线粒体脑肌病临床分型线粒体脑肌病临床分型根据临床不同症候群分为根据临床不同症候群分为11型。型。(1)MELAS综合征(为线粒体脑肌病、乳酸血症和卒中样发作)临床特点为母综合征(为线粒体脑肌病、乳酸血症和卒中样发作)临床特点为母系遗传,也可散发。系遗传,也可散发。(2)MERRF综合征(肌阵挛性癫痫发作、小脑共济失调、乳酸血症和综合征(肌阵挛性癫痫发作、小脑共济失调、乳酸血症和RRF)。)。(3)KSS综合征(视网膜色素变性、心脏传导阻
16、滞和眼外肌麻痹)。综合征(视网膜色素变性、心脏传导阻滞和眼外肌麻痹)。(4)CPEO综合征,各年龄均可发病,以儿童或成年早期发病为多。综合征,各年龄均可发病,以儿童或成年早期发病为多。(5)Leigh病(亚急性坏死性脑脊髓病)。病(亚急性坏死性脑脊髓病)。(6)Alpers病(家族性原发性进行性灰质萎缩症)。病(家族性原发性进行性灰质萎缩症)。(7)Menke病(卷毛型灰质营养不良)。病(卷毛型灰质营养不良)。(8)LHON综合征(综合征(Leber遗传性视神经病)。遗传性视神经病)。(9)NARP综合征(视网膜色素变性共济失调性周围神经病)。综合征(视网膜色素变性共济失调性周围神经病)。(1
17、0)Wolfram综合征,主要表现为隐性遗传综合征,主要表现为隐性遗传10岁起病,视神经萎缩,耳聋和早岁起病,视神经萎缩,耳聋和早期发病的糖尿病,成年失明。期发病的糖尿病,成年失明。(11)MNGIE综合征(线粒体周围神经病并胃肠型脑病)。综合征(线粒体周围神经病并胃肠型脑病)。线粒体脑肌病合并乳酸血症线粒体脑肌病合并乳酸血症(MELAS综合征)综合征)儿童期发病较多。儿童期发病较多。表现表现:突发卒中样发作,如偏瘫、偏盲或皮突发卒中样发作,如偏瘫、偏盲或皮质盲、癫痫发作、偏头痛和呕吐质盲、癫痫发作、偏头痛和呕吐.病情逐渐加重。病情逐渐加重。影像学:可有脑室扩大、基底节钙化等。影像学:可有脑室
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