Mitokondriliste haiguste diagnoosimine

Mitokondriaalsete haiguste pärilikkuse olemuse ja kliiniliste tunnuste avaldumise hindamine

Kuna müotokondriaalsed haigused võivad mõnel juhul olla põhjustatud tuumagenoomi kahjustusest, vastab haiguse edasikandumine Mendeli pärimisseadustele. Juhtudel, kui haiguse arengu põhjustavad mitokondriaalse DNA mutatsioonid, vastab pärandumine mitokondriaalsele tüübile, st see kandub edasi emaliini pidi. Lõpuks, kui patoloogia areneb koos tuuma- ja mitokondriaalse genoomi geenide samaaegse kahjustusega, on pärandumine keeruline ja määratud mitmete tegurite poolt. Sellega seoses on genealoogilisel analüüsil formaalse tunnuse (pärandamise olemus sugupuu järgi) abil võimalik välja tuua kõige erinevad pärandumisliigid: autosoom-dominantne, autosoom-retsessiivne, X-liiteline, mitokondriaalne.

Selliste müokondriaalsete haiguste nagu püruviinhappe ainevahetushäire või rasvhapete beetaoksüdatsiooni ehk Krebsi tsükli teke on seotud tuumagenoomi geenide mutatsioonidega. Neid patoloogiaid iseloomustab autosoom-retsessiivne pärandumine, kus vanemad on mutatsioonide kandjad (heterosügoodid) ja laps on nii isalt kui ka emalt saadud pärilike mutatsioonide kandja (homosügoot). Vanemad on tavaliselt väliselt terved ning sarnast haigust või selle mikromärke tuleks otsida haige lapse vendadel ja õdedel (proband sibs) ning nii ema kui ka isa sugulastel (nõod ja vennad).

Retsessiivse, X-kromosoomiga seotud pärandumistüübi korral (nt vastsündinu glutaaratsiduuria II tüüp või püruuvhappe kompleksi E1 subühiku puudulikkus, Menkesi tõbi jne) haigestuvad poisid sagedamini ning emad on mutatsioonide kandjad ja annavad need edasi oma poegadele. Emapoolne pärandumine erineb X-kromosoomiga seotud pärandumisest selle poolest, et mõjutatud on mõlemad sugupooled. Sellistel juhtudel on sugupuu analüüsimisel vaja analüüsida haiguse esinemissagedust meestel, kuna naistel see ei avaldu. Sugupuu ei näita haiguse edasikandumist isa-poja liinil, kuna isa saab oma pojale edasi anda ainult Y-kromosoomi.

Kui haigus tekib mitokondriaalse genoomi kahjustuse tõttu (näiteks mitmed hingamisahela haigused, Leberi optiline neuropaatia, MELAS, MERF, NARP sündroomid jne), jälgitakse emapoolset pärandumist, kuna laps pärib mitokondrid emalt ja ema saab neid edasi anda nii poistele kui ka tüdrukutele. Seega on mõlemad sugupooled võrdselt mõjutatud. Sellega seoses tuleks haiguse edasikandumist emaliini pidi jälgida sugupuus.

Sugupuu analüüsimisel ja sugulaste mitokondriaalsete haiguste sümptomite otsimisel tuleb meeles pidada, et haiguse raskusaste (märgi ekspressiivsus) võib olla väga erinev, mis võib olla tingitud kahjustatud mitokondrite erinevast arvust, nende kahjustuse olemusest, mutatsioonide erinevast jaotumisest rakkudes jne. Seega ei ole alati võimalik tuvastada ilmseid haiguste tunnuseid. Mõnel juhul avastatakse kas üksikuid, kustutatud sümptomeid või märke, mida saab tuvastada nende sihipärase otsingu käigus.

Mitokondriaalse patoloogia teke võib olla seotud mitokondrite suurte piirkondade kahjustusega, nn mikrodeletsioonidega (näiteks Kearns-Sayre'i sündroom, Pearsoni sündroom, mõned kurtusega suhkurtõve vormid, progresseeruv väline oftalmopleegia jne). Nendel juhtudel ei esine sugulastel sageli iseloomulikke sümptomeid, kuna haiguste areng on seotud uute mutatsioonide tekkimisega, mis tekkisid sügootis vahetult pärast munaraku viljastamist ( de novo mutatsioon). Haigus on juhuslik. Sageli päranduvad koos nende haigustega autosomaalselt dominantselt mitmed mitokondriaalse DNA mitmete mutatsioonidega seotud seisundid: näiteks mõnedel entsefalomüopaatia vormidel ja silmakahjustusega müopaatial on vaatamata mtDNA mutatsioonide (mitmed deletsioonid) autosomaalselt dominantne pärandumisviis.

Erinevalt Mendeli pärandist iseloomustab mitokondriaalse patoloogia autosomaalselt dominantset päranditüüpi aga suur hulk mõjutatud isendeid järgnevates põlvkondades.

Lõpuks võivad mõned mitokondriaalsed haigused, mis on sageli seotud mtDNA mitokondrite vähenemise või nende puudumisega rakkudes, pärida autosomaalselt retsessiivselt. Nende hulka kuuluvad kaasasündinud müopaatia vormid, kardiomüopaatia, neurodistressi sündroom, laktatsidoos, maksakahjustus jne.

Haiguse päriliku ülekande olemuse uurimine on oluline meditsiinilise ja geneetilise prognoosi jaoks ning nõuab kliiniliste tunnuste põhjalikku analüüsi, teades mitokondriaalse patoloogia tekkemehhanisme ja selle pärilikkuse tüüpe.

Kliiniliste ilmingute avaldumine varieerub elu esimestest päevadest täiskasvanueani väga erinevalt. Selle näitaja analüüsimisel on vaja arvestada nosoloogiliste vormidega, kuna igal neist on teatud debüüdi vanus.

Mitokondriaalsete haiguste korral täheldatud ainevahetushäired on valdaval enamikul juhtudel progresseeruvad. Esialgsed sümptomid on sageli kerged, seejärel progresseeruvad ja võivad viia oluliste puuet põhjustavate häireteni. Haruldased patoloogia vormid, nagu healoomuline infantiilne müopaatia ja mõned Leberi optilise neuropaatia vormid, võivad olla healoomulised ja taanduda.

Laboratoorsete testide käigus pööratakse tähelepanu mitokondriaalsete haiguste iseloomulikele tunnustele:

• atsidoosi esinemine;
• kõrgenenud laktaadi ja püruvaadi tase veres, laktaadi/püruvaadi indeksi tõus üle 15, eriti glükoosikoormuse või füüsilise koormuse korral;
• hüperketoneemia;
• hüpoglükeemia;
• hüperammoneemia;
• atsetoatsetaadi ja 3-hüdroksübutüraadi kontsentratsiooni suurenemine;
• suurenenud 3-hüdroksübutüürhappe/atsetoäädikhappe suhe veres;
• aminohapete sisalduse suurenemine veres ja uriinis (alaniin, glutamiin, glutamiinhape, valiin, leutsiin, isoleutsiin);
• kõrgenenud rasvhapete sisaldus veres;
• orgaaniliste hapete hüperekskretsioon uriinis;
• karnitiini taseme langus veres;
• müoglobiini sisalduse suurenemine bioloogilistes vedelikes;
• mitokondriaalsete ensüümide aktiivsuse vähenemine müotsüütides ja fibroblastides.

Nende näitajate diagnostiline väärtus on toidukoormuse korral suurem kui tühja kõhuga. Praktikas on diagnostiline test ennast hästi tõestanud: laktaadi määramine veres glükoosikoormuse taustal, mis võimaldab selgemini tuvastada hingamisahela ebaõnnestumist täiendava glükoosikoormuse korral.

Mitokondriaalse düsfunktsiooni ja selle spetsiifiliste nosoloogiliste vormide laboratoorseks diagnostikaks ei piisa tavapärastest, rutiinsetest biokeemilistest uurimismeetoditest, vaid on vaja läbi viia spetsiaalseid teste. Ensüümide aktiivsust on skeletilihaste biopsiates eriti mugav analüüsida kui teistes kudedes. On võimalik määrata hingamisahela ensüümide, eriti tsitraatsüntetaasi, suktsinaatdehüdrogenaasi ja tsütokroom C oksüdaasi aktiivsust.

Morfoloogiliste ja molekulaargeneetiliste uuringute andmed

Mitokondriaalse patoloogia diagnoosimisel on eriti olulised morfoloogilised uuringud. Nende suure informatiivse väärtuse tõttu on sageli vaja teha lihaskoe biopsia ja saadud biopsiate histokeemilist uurimist. Olulist teavet saab materjali samaaegsel uurimisel valgus- ja elektronmikroskoopia abil.

Üks mitokondriaalsete haiguste olulisi markereid on 1963. aastal loodud "räbaldunud" punaste kiudude nähtus [RRF-nähtus (ragged red fibres)]. See on seotud geneetiliselt muundatud ebanormaalsete mitokondrite moodustumisega piki lihaskiudude serva proliferatsiooni ja fokaalse akumulatsiooni tõttu. Seda nähtust tuvastatakse valgusmikroskoopia abil, kasutades spetsiaalset Gomori värvi, kuid viimastel aastatel on selleks kasutatud mitmesuguseid mitokondriaalseid markereid ja mitmesuguseid immunoloogilisi meetodeid.

Muud mitokondriaalse patoloogia morfoloogilised tunnused on järgmised:

• mitokondrite suuruse järsk suurenemine;
• glükogeeni, lipiidide ja kaltsiumikonglomeraatide kogunemine subarkolemmas;
• mitokondriaalsete ensüümide aktiivsuse vähenemine;
• suktsinaatdehüdrogenaasi (SDH), NADH oksüdoreduktaasi, tsütokroom C oksüdaasi jne ensüümide aktiivsuse graanulite jaotumise häire.

Mitokondriaalsete haigustega patsientidel võib lihaskoe valgusmikroskoopia abil tuvastada mittespetsiifilisi morfoloogilisi tunnuseid: lihaskiudude lokaalne nekroos, sarkoplasmaatiliste masside kogunemine, sarkoplasma subarkolemmaalsete piirkondade lüüsi olemasolu, sarkoplasma basofiilia, lihastuumade arvu suurenemine, regeneratsiooniprotsesside aktiveerimine jne.

"Räbaldunud" punaste kiudude fenomeni rolli uurimine näitas selle olulisust selliste seisundite diagnoosimisel nagu MELAS, MERRF, Kearns-Sayre'i sündroomid, krooniline progresseeruv oftalmopleegia ja muud mtDNA mutatsioonidega seotud seisundid. See nähtus võib tekkida ka teiste haiguste korral: Duchenne'i lihasdüstroofia, dermatomüosiit, müotooniline düstroofia, ravimite (klofibraat) võtmine ja muud patoloogilised seisundid. Seega võib RRF fenomen lisaks primaarsetele mitokondriaalsetele haigustele kaasneda ka sekundaarsete mitokondriaalsete düsfunktsioonidega.

Praegu on laialt levinud lihaskoe histokeemilised ja elektronmikroskoopilised uuringud mitokondriaalse puudulikkuse tunnuste avastamiseks. Mõnel juhul aitavad need diagnoosimisel, eriti kui valgusmikroskoopia andmetel on lihaskoe morfoloogiline pilt normaalne.

Elektronmikroskoopilised tunnused - mitokondrite proliferatsiooni tuvastamine, nende kuju ja suuruse häired, kristaatide lagunemine ja suurenemine, ebanormaalsete mitokondrite kogunemine sarkolemma alla, lipiidide ja ebanormaalsete parakristalliliste (peamiselt valkudest koosnevate) või osmofiilsete inklusioonide kogunemine, mis paiknevad sise- ja välismembraani vahel või kristaatide sees, sfäärilised klastrid, mis sageli paiknevad maatriksis (peamiselt triglütseriididest koosnevad) jne.

Mõnedel patsientidel on võimalik tuvastada leukotsüütide tsütokeemilisi kõrvalekaldeid.

Biokeemiliste ja morfoloogiliste uuringute kompleksi täiendavad kaasaegsed molekulaardiagnostika meetodid (tuuma- või mitokondriaalsete mutatsioonide tuvastamine), mida tehakse spetsialiseeritud DNA-diagnostika laborites. Mitokondriaalsete haiguste korral tuvastatakse erinevat tüüpi mutatsioone: punktmutatsioone, deletsioone, duplikatsioone, kvantitatiivseid DNA anomaaliaid jne.

Kui mtDNA-s ei esine mutatsioone ja kahtlustatakse mitokondriaalset patoloogiat, tehakse tuuma-DNA uuring.

Diagnostilised kriteeriumid

Mitokondriaalsete haiguste diagnostiliste kriteeriumide rühma on kaks. Peamised diagnostilised kriteeriumid (esimene rühm).

• Kliiniline:
  • kindlakstehtud diagnoosid: MERRF, MELAS, NARP, MNGIE, Pearsoni sündroomid, Leberi neuropaatia, Leighi ja Alpersi tõved;
  • kahe või mitme järgmise tunnuse esinemine:
    • multisüsteemne kahjustus, patognomooniline hingamisteede ahelahaiguste korral;
    • progresseeruv kulg koos ägenemise episoodidega või mitokondriaalsete mutatsioonide esinemisega perekonnas;
    • ainevahetus- ja muude haiguste välistamine sobivate testide abil.
• Histoloogiline - RRF-nähtuse tuvastamine enam kui 2% lihaskoes.
• Ensümaatiline:
  • tsütokroom c oksüdaas-negatiivsed kiud;
  • hingamisahela kompleksi ensüümide aktiivsuse vähenemine (<20% normaalsest koes, <30% rakkudes või mitmes koes).
• Funktsionaalne - ATP sünteesi vähenemine fibroblastides rohkem kui 3 standardhälbe võrra.
• Molekulaargeneetilised - tuuma- või mtDNA patogeneetiliselt olulised mutatsioonid.

Täiendavad diagnostilised kriteeriumid (teine rühm).

• Kliinilised - mittespetsiifilised sümptomid, mis esinevad hingamisahela haiguste korral (surnultsündimine, loote motoorse aktiivsuse vähenemine, vastsündinu varajane surm, liikumishäired, arenguhäired, lihastoonuse halvenemine vastsündinu perioodil).
• Histoloogiline - RRF-i nähtuse väike protsent, mitokondrite subarkolemmaalne akumuleerumine või nende anomaaliad.
• Ensümaatiline - hingamiskompleksi ensüümide madal aktiivsus (koes 20-30% normist, rakkudes või rakuliinides 30-40%).
• Funktsionaalne - ATP sünteesi vähenemine fibroblastides 2-3 standardhälbe võrra või fibroblastide kasvu puudumine galaktoosi sisaldavas keskkonnas.
• Molekulaargeneetiline - mutatsioonide tuvastamine tuuma- või mtDNA-s oletatava patogeneetilise seosega.
• Ainevahetus - ühe või mitme metaboliidi tuvastamine, mis viitab rakulise bioenergeetika häirele.

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