线粒体脑肌病治疗进展

张生燕， 韩 洁综述， 江新梅审校

线粒体脑肌病(mitochondrial encephalomyopathy，ME)是一组由线粒体DNA(mtDNA)突变导致的线粒体结构和功能异常，从而累及中枢神经系统和肌肉组织的疾病，其神经系统主要表现有卒中样发作、癫痫、肌阵挛、眼外肌麻痹及视神经损害等，肌肉损害主要表现为以近端为主的肌萎缩和肌无力，其它表现可有心脏传导阻滞、心肌病、糖尿病和身材矮小等，实验室检查可发现血清和脑脊液中乳酸水平升高，肌肉活检可见破碎红纤维(ragged red fiber，RRF)，分子生物学研究发现ME的发生与mtDNA遗传缺陷密切相关［1］。根据线粒体病变部位不同可将ME分为:(1)线粒体肌病-线粒体病变侵犯骨骼肌为主;(2)线粒体脑肌病-病变同时侵犯骨骼肌和中枢神经系统;(3)线粒体脑病-病变侵犯中枢神经系统为主。根据临床表现又可分为:(1)线粒体脑肌病伴高乳酸血症和卒中样发作(mitochondrial encephalomyopathy-latic axidosis-strokelike episode，MELAS)综合征，即ME伴乳酸血症及卒中样发作;(2)Kearns-Sayre综合征(keame-sayre syndrome，KSS)，即视网膜色素变性、心脏传导阻滞及眼外肌麻痹;(3)肌阵挛性癫痫伴肌肉破碎红纤维(myoclonus epilepsy with ragged-red-fiber，MERRF)综合征，即肌阵挛性癫痫发作、小脑共济失调、乳酸血症伴RFF;(4)慢性进行性眼外肌瘫痪(chronic progressive external ophthalmoplegia，CPEO)，即眼睑下垂为首发症状、且缓慢进展为全眼外肌瘫痪等。虽然近几年对ME分子基础的认识突飞猛进，但治疗选择仍然有限，目前主要依靠支持疗法，而不是纠正根本缺陷。几种比较有前景的治疗方法已由小规模的非随机试验证实，本文将对这些治疗方法的进展进行综述。

1 药物治疗

1 1 联合用药 目前所用药物大致分为以下4方面:(1)清除氧自由基:辅酶Q10、艾地苯醌、维生素C、维生素E等;(2)减少毒性产物:二氯乙酸、二甲基甘氨酸等;(3)通过旁路传递电子:辅酶Q10、艾地苯醌、琥珀酸盐、维生素K等;(4)补充代谢辅酶:肌酸、肉碱、烟酰胺、硫胺素、核黄素等。辅酶Q10和维生素C可以使维生素E保持活性状态，辅酶Q10又可以促进能量代谢;二氯乙酸和维生素B1从不同方面作用于丙酮酸脱氢酶复合物，组合运用可以加速氧化代谢，减少乳酸生成;辅酶Q10和琥珀酸均能作为电子载体直接为复合酶Ⅱ和Ⅲ传递电子，故复合酶I缺陷的患者可以联合使用;抗氧化剂作用于呼吸链的各个环节，可保护各种复合酶不被氧自由基破坏。因此多年前便开始联合用药治疗ME。另外ME是由于氧化磷酸化呼吸链的完整性被破坏所致的疾病，因此给予改善能量代谢的各种药物有助于患者症状的缓解。但明确线粒体氧化磷酸化链条中的某个因素缺乏非常困难，因此多种辅酶、维生素等改善能量代谢的药物组成的“鸡尾酒”疗法成了近些年治疗ME的主要方法。临床中多采用“鸡尾酒”疗法中的部分药物治疗ME，其效果欠佳。最近研究报道一种改良“鸡尾酒”疗法，即在传统的“鸡尾酒”配方中加入丁苯酞的方法，用该方法治疗8例ME患者并对其疗效进行观察。结果表明ME患者临床症状获不同程度的改善。由于该研究样本量较少且部分患者依从性较差，其确切疗效需扩大样本进一步研究［2］。

1 2 L-精氨酸 作为氧化亚氮(NO)前体可诱发血管舒张，从而减少MELAS征患者的卒中样发作。Kubota的研究表明MELAS卒中样发作急性期给予L-精氨酸治疗后症状改善，磁共振波谱分析显示顶叶皮质乳酸峰降低、N-乙酰天门冬氨酸(NAA)峰正常，这些都提示L-精氨酸可改善线粒体能量状态及细胞活力。Toribe发现1例用L-精氨酸治疗有效的顽固性MELAS癫痫持续状态(反复给予安定不能有效控制)，L-精氨酸可显著缩短癫痫持续时间，推测它可能影响神经元的稳定性。还有研究表明L-精氨酸可通过影响谷氨酸的吸收和γ-氨基丁酸的释放调节神经元的兴奋性［3］。虽然L-精氨酸的安全性和确切作用尚需长期随机对照试验来证实，但其为临床工作带来了希望。

2 运动疗法

运动训练作为ME有希望的治疗选择，包括阻力和耐力训练。(1)阻力训练:理论基础是基因漂移学说。当mtDNA发生突变时就会导致细胞内同时存在野生型和突变型mtDNA，即异质性。但mtDNA突变的比例必须超过一个阈值，才能发生病变，对肌肉特定mtDNA突变患者的两项研究证实了这种学说，这些患者骨骼肌卫星细胞检测不到突变mtDNA，阻力训练可以激活融合于骨骼肌纤维中的静态卫星细胞，增加野生型mtDNA/突变型mtDNA的比例和纠正一些骨骼肌纤维的生化缺陷。最近报道，8名mtDNA缺失患者进行12w的阻力训练后［4］，虽然突变DNA水平没有明显下降，但肌力、氧化能力和卫星细胞的比例都增加了。(2)耐力训练:规律的有氧耐力运动可以提高组织毛细血管的密度、增加血管的通透性及线粒体呼吸链的酶活性。以肌病为主要表现的ME患者，有氧耐力运动可以提高肌力，最大摄氧能力提高28.5%，肌力提高32% ～62%［5］。如进行8w的有氧耐力运动，使心率达到心率储备的60% ～80%，其有氧代谢能力升高30%，ADP半衰期较治疗前降低60%，mtDNA含量升高50%。

3 饮食疗法

对不同缺陷的ME患者应用不同的饮食疗法:(1)丙酮酸脱氢酶缺失患者，给予生酮饮食(碳水化合物降低，脂肪含量升高)，可使患者线粒体生物合成增加和异质性向野生型mtDNA转变增加;(2)肉毒碱缺陷患者，应限制脂肪摄入;(3)丙酮酸羧化酶缺失患者，推荐高蛋白、高碳水化合物、低脂肪饮食。以上均能使患者临床症状获得不同程度的改善。

4 中医学治疗

ME据其临床症状似属中医痿证范畴。脾主肌肉、四肢，脾气健运则血气充足，肌肉丰富，脾虚则肌肉消瘦、四肢痿软。从脾论治，采用益气健脾，舒筋活络之法。肝藏血、主筋，筋力强劲，能耐疲劳。从肝论治，采用益气养血、补肝强筋法选药组方治疗。有个案报道其疗效显著。

5 基因治疗

基因治疗策略包括降低突变型mtDNA/野生型mtDNA的比例、使用错位表达及异质表达、输入其他同源性基因以及利用限制性内切酶修复突变型mtDNA等。如用人胞质体(含正常线粒体无细胞核的细胞)对缺陷细胞(含缺陷mtRNA，呼吸链功能减退的细胞)进行基因补救治疗，能成功地使缺陷细胞呼吸链功能恢复正常;另外核酸肽对线粒体基因缺陷也有一定治疗作用，把特异性地核酸肽输入到缺陷细胞中使核酸肽特异性的抑制突变mtDNA的复制，而使正常mtDNA得到复制。近些年发现了新的基因突变致病，其可能对潜在的治疗策略有所帮助。例如:在2名男婴中发现由线粒体相关凋亡诱导因子(AIFM1)［6］基因突变导致的X-连锁ME，2名患者成纤维细胞中呼吸链复合物Ⅲ和Ⅳ都减少，其中一个患者补充核黄素使呼吸链缺陷纠正，神经系统疾病也得到改善;另外同质性突变致婴幼儿可逆性环氧合酶(COX)缺陷性肌病［7］，若婴幼儿度过出生后严重虚弱和呼吸衰竭常可自行恢复，甚至一些同质性突变携带者不表现出肌病的任何迹象，表明保护性疾病修饰符的存在。以上信息可能应用于未来的治疗。

6 细胞移植

成肌细胞移植是近年来兴起的一种治疗方法。细胞生物学研究表明成肌细胞相互融合成肌小管而发育成成熟的肌纤维。如将患者肌细胞与正常肌细胞在体外融合，然后输入到患者体内，一般选用多点肌肉注射的方式，患者体内就可能有更多的野生mtDNA。或许将来能应用于临床治疗。异基因干细胞移植至今不足10名患者用此方法治疗，目前处于探索阶段［8］。

7 遗传治疗

核转移是将携有突变mtDNA的卵母细胞的核DNA转移到含正常mtDNA的去核卵母细胞中，体外受精后植入子宫内。由于存在伦理和安全性等方面的问题，这种方法还有待于进一步的研究证实。

8 激活过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPAR)/过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α(PGC-1α)信号通路

调控PPAR/PGC-1α信号通路是一种潜在的治疗选择。PPARs是调节代谢途径基因表达程序的核受体超家族成员之一，其通过PGC-1α调节线粒体生物合成，PPAR-γ活化后可提高细胞维持线粒体潜力的能力，因此活化PPAR/PGC-1α通路可通过增加线粒体生物合成发挥治疗作用。另外贝特类药物可诱导PGC-1α在心脏和骨骼肌中表达。最近的一项研究［9］证明，苯扎贝特、PPAR激动剂可增加复合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ酶活性，从而纠正呼吸链缺陷。以ME小鼠为模型研究活化PPAR/PGC-1α信号通路的临床疗效，结果表明，无论是骨骼肌中PGC-1α的转基因表达诱导还是苯扎贝特诱导都刺激肌组织呼吸能力和线粒体生物合成，使氧化磷酸化能力增强，最终推迟发病和延长寿命。对ME小鼠进行耐力训练也能使PGC-1α增加，其又使线粒体生物合成增加，从而再次推迟发病和延长寿命。另外最新有研究报道，复合物Ⅲ、Ⅳ缺陷患者和A3243G突变的MELAS患者细胞系PGC-1α的诱导表达，使这些细胞系呼吸能力增加。

9 去除有毒的代谢产物

线粒体神经胃肠脑肌病(MNGIE)是由于胸腺嘧啶核苷磷酸化酶(TP)基因突变致该酶活性基本消失，出现所催化的底物脱氧胸苷及脱氧尿苷显著增加，使线粒体核苷库不平衡，高浓度的脱氧胸苷及脱氧尿苷可使MNGIE患者mtDNA复制紊乱而出现丢失、多片段缺失和点突变。最近有一项以TP缺陷小鼠(小鼠的大脑发展成mtDNA部分缺失、脑病和呼吸链复合物的缺陷)为对象的研究报道［10］，这些小鼠经过血液透析降低循环中的脱氧胸腺嘧啶核苷量以及减少肾脏重吸收脱氧胸腺嘧啶核苷有一定的疗效，但处理后不久其代谢产物又重新积累，不能达到持久的疗效。

10 结语

迄今为止ME的治疗选择仍然是有限的，辅酶Q10的补充与运动训练是目前比较有希望的治疗方法;调查结果表明，调整不同缺陷的ME患者的饮食均可获得不同程度的改善;同时近年来提出的改良“鸡尾酒”疗法，虽然其确切疗效需扩大样本进一步研究，但它给ME患者带来了新的希望。利用活化PPAR/PGC-1α途径增加线粒体的生物合成可能成为一个不错的选择，甚至可能成为最有希望的疗法;基因治疗及细胞移植越来越受关注;多种阻止母系遗传的方法也或许是将来的一个发展方向。而目前最大挑战是将这些积极的结果和其他新的战略转变成安全有效的疗法，让广大患者获益。

［1］Lightowlers RN，Chinnery PF，Turnbull DM，et al.Mammalian mitochondrial genetics Heredity heteroplasmy and disease［J］.Trends Genet，1997，13:450 －455.

［2］刘建国，姚 生，李长青.改良"鸡尾酒"疗法对线粒体脑肌病的疗效观察［J］.中国神经免疫学和神经病学杂志，2011，1:31－36.

［3］Hirata K，Akita Y，Povalko N，et al.Effect of L-arginine on synaptosomal mitochondrial function［J］.Brain Dev，2008，30:238 －245.

［4］Murphy JL，Blakely EL，Schaefer AM，et al.Resistance training in patients with single large-scale deletions of mitochondrial DNA［J］.Brain，2008，131:2832 －2840.

［5］Cejudo P，Bautista J，Montemayor T，et al.Exercise training in mitochondrial myopathy:a randomized controlled trial［J］.Muscle Nerve，2005，32:342 －350.

［6］Ghezzi D，Sevrioukova I，Invernizzi F，et al.Severe X-linked mitochondrial encephalomyopathy associated with a mutation in apoptosisinducing factor［J］.Am Hum Genet，2010，86:639 －649.

［7］Horvath R，Kemp JP，Tuppen HA，et al.Molecular basis of infantile reversible cytochrome coxidase deciency myopathy［J］.Brain，2009，132:3165－3174.

［8］Hirano M，Marti R，Casali C，et al.Allogeneic stem cell transplantation corrects biochemical derangements in MNGIE ［J］.Neurology，2006，67:1458－1460.

［9］Bastin J，Aubey F，Rotig A，et al.Activation of peroxisome proliferatoractivated receptor pathway stimulates the mitochondrial respiratory chain and can correct deciencies in patients＇cells lacking its components［J］.Clin Endocrinol Metab，2008，93:1433 －1441.

［10］Lopez LC，Akman HO，Garcia-Cazorla A，et al.Unbalanced deoxynucleotide pools cause mitochondrial DNA instability in thymidine phosphorylase-deficient mice［J］.Hum Mol Genet，2009，18:714 －722.