Митохондриальная миопатия | |
---|---|
Другие имена | Митохондриальное мышечное заболевание; мышечная митохондринопатия; мышечная митохондриальная дисфункция |
Упрощенная структура типичной митохондрии | |
Специальность | Нервно-мышечная медицина |
Митохондриальные миопатии — это типы миопатий , связанных с митохондриальными заболеваниями . [1] Аденозинтрифосфат ( АТФ ), химическое вещество, используемое для обеспечения клетки энергией, не может быть произведено в достаточном количестве путем окислительного фосфорилирования , когда митохондрия повреждена или в ней отсутствуют необходимые ферменты или транспортные белки. При дефиците продукции АТФ в митохондриях возникает чрезмерная зависимость от анаэробного гликолиза, что приводит к лактатацидозу либо в состоянии покоя, либо при физической нагрузке. [2]
Первичные митохондриальные миопатии наследуются, в то время как вторичные митохондриальные миопатии могут быть наследственными (например, мышечная дистрофия Дюшенна) [3] или средовыми (например, алкогольная миопатия [4] [5] ). Когда это наследственное первичное заболевание, это одна из метаболических миопатий . [6] [4]
При биопсии мышечная ткань пациентов с этими заболеваниями обычно демонстрирует «рваные красные» мышечные волокна при окрашивании трихромом Гомори. Рвано-красный вид обусловлен накоплением аномальных митохондрий под плазматической мембраной. [7] Эти рваные красные волокна могут содержать нормальные или аномально повышенные накопления гликогена и нейтральных липидов, а гистохимическое окрашивание показывает аномальное вовлечение дыхательной цепи, такое как снижение сукцинатдегидрогеназы или цитохром с оксидазы . [8] Считалось, что наследование происходит по материнской линии ( неменделевское внеядерное ). Теперь известно, что некоторые делеции ядерной ДНК также могут вызывать митохондриальную миопатию, например делецию гена OPA1 . [6]
Проксимальная мышечная слабость, непереносимость физических нагрузок, лактатацидоз, высокое соотношение сывороточного лактата/пирувата, нормальная или повышенная сывороточная CK, одышка, чрезмерная кардиореспираторная реакция на физические нагрузки являются распространенными симптомами. Это может быть изолировано от мышц (чистая миопатия) или может быть системным, включая не только миопатию, но и аномалии глаз, периферическую невропатию и неврологические аномалии. Биопсия мышц обычно показывает рваные красные волокна, гистохимическое окрашивание показывает аномалию дыхательной цепи или снижение цитохром с оксидазы (COX). [9] [10]
Пять наиболее распространенных — MELAS, MERF, KSS, CPEO и MNGIE, которые перечислены ниже: [9]
Митохондриальная миопатия буквально означает митохондриальное мышечное заболевание, мышечное заболевание, вызванное митохондриальной дисфункцией. Митохондрия является основным производителем энергии почти во всех клетках по всему телу. Исключением являются зрелые эритроциты (красные кровяные клетки), поэтому они не используют кислород, который они переносят. В глазу хрусталик и наружный сегмент сетчатки почти не содержат митохондрий. Мышечные клетки имеют много митохондрий, особенно мышечные волокна типа I , и если у митохондрий есть проблемы, из-за которых они не производят достаточно энергии для функционирования клетки, возникают проблемы. [11]
Причина может быть генетической, многие имеют митохондриальное наследование (включая митохондриальную ДНК, которая передается только от матери), хотя существуют также мутации ядерной ДНК с менделевским наследованием , которые являются либо аутосомно-доминантными, либо рецессивными, либо сцепленными с Х-хромосомой рецессивными. Примером ядерной ДНК является мутация в гене POLG (полимераза гамма), которая приводит к повреждению митохондриальной ДНК (мтДНК) и потере ее функции.
Имя (альтернативные имена) | Ген(ы) | Модель наследования (MT, AR, AD, X-сцепленный) | ОМИМ # (GD: описание гена, PS: фенотипическая серия) |
---|---|---|---|
Митохондриальная энцефаломиопатия, лактатацидоз и инсультоподобный синдром (MELAS) (Ювенильная миопатия, энцефалопатия, лактоацидоз и инсульт) | MT-TL1 , MT-TQ , MT-TH , MT-TK , MT-TC , MT-TS1 , MT-ND1 , MT-ND5 , MT-ND6 , MT-TS2 | МТ | 540000 [12] |
Миоклоническая эпилепсия и рваные красные волокна (MERRF) | МТ-ТК , МТ-TL1 , МТ-ТН , МТ-ТС1 , МТ-ТС2 , МТ-ТФ | МТ | 545000 [13] |
Синдром Кернса-Сейра (СКС) (Офтальмоплегия, пигментная дегенерация сетчатки и кардиомиопатия; окулокраниосоматический синдром; синдром офтальмоплегии-плюс; митохондриальная цитопатия, офтальмоплегия, прогрессирующая внешняя, с рваными красными волокнами; хроническая прогрессирующая внешняя офтальмоплегия с миопатией; CPEO с миопатией; CPEO с рваными красными волокнами) | МТ-ТЛ1 | МТ | 530000 [14] |
Хроническая прогрессирующая наружная офтальмоплегия (ХПНП) (Прогрессирующая наружная офтальмоплегия с делециями митохондриальной ДНК, аутосомно-рецессивная/доминантная) | ПОЛГ , SLC25A4 , RNASEH1 , TWNK , TK2 , POLG2 , DGUOK , TOP3A , RRM2B | АР/АД | PS157640 [15] |
Синдром истощения митохондриальной ДНК (тип MNGIE) (Митохондриальная нейрогастроинтестинальная энцефалопатия (МНГИЭ); синдром мионейрогастроинтестинальной энцефалопатии; полинейропатия, офтальмоплегия, лейкоэнцефалопатия и кишечная псевдообструкция; синдром ПОЛИП) | TYMP , RRM2B , POLG , LIG3 | АР | 603041; 612075; 613662; 619780 [16] |
Синдром истощения митохондриальной ДНК (тип Альперса, кардиомиопатический тип, энцефаломиопатический тип, гепатоцеребральный тип и миопатический тип) | MGME1 , SLC25A10 , TK2 , POLG , SLC25A21 , SUCLA2 , TWNK , TFAM , AGK , MRM2 , SLC25A4 , OPA1 , SUCLG1 | АР/АД | PS603041 [16] |
Митохондриальная миопатия, инфантильная, транзиторная (ММИТ) (Митохондриальная миопатия, инфантильная, транзиторная, из-за дефицита дыхательной цепи; миопатия с дефицитом ЦОГ, инфантильная, транзиторная; дефицит дыхательной цепи, инфантильная, транзиторная) | МТ-ТЕ | МТ | 500009 [17] |
Митохондриальная миопатия, летальная, инфантильная (LIMM) (Летальная инфантильная митохондриальная миопатия) | МТ-ТТ | МТ | 551000 [18] |
Наследственная миопатия с лактатацидозом (НМЛ) (Миопатия с непереносимостью физических нагрузок, шведский тип; миопатия с дефицитом сукцинатдегидрогеназы и аконитазы; миоглобинурия вследствие аномального гликолиза; синдром Ларссона–Линдерхольма; миопатия Линдерхольма) | ИСКУ | АР/АД [19] | 255125 [20] |
Митохондриальная миопатия при диабете (Митохондриальная миопатия, липидный тип) | МТ-ТЕ | МТ | 500002 [21] |
Наследуемый по материнской линии диабет и глухота (MIDD) (Диабет и глухота (ДАГ); синдром Баллингера–Уоллеса; инсулиннезависимый сахарный диабет с глухотой, наследуемый по материнской линии) | МТ-ТЛ1 , МТ-ТЕ , МТ-ТК | МТ | 520000 [22] |
Миопатия, митохондриальная прогрессирующая, с врожденной катарактой и задержкой развития (MPMCD) (Миопатия с катарактой и комбинированной недостаточностью дыхательной цепи; комбинированная недостаточность митохондриального комплекса) | ГФЕР | АР | 613076 [23] |
Миопатия, лактатацидоз и сидеробластная анемия (MLASA) (Митохондриальная миопатия и сидеробластная анемия) | PUS1 , YARS2, МТ-АТП6 | АР/МТ | 600462 613561 [24] ГД: 516060 [25] |
Миопатия, изолированная митохондриальная, аутосомно-доминантная (ИМД) | ЧЧД10 | ОБЪЯВЛЕНИЕ | 616209 [26] |
Миопатия, митохондриальная и атаксия (MMYAT) | МСТО1 | АР/АД | 617675 [27] |
Митохондриальная миопатия, эпизодическая, с атрофией зрительного нерва или без нее и обратимой лейкоэнцефалопатией (MEOAL) | FDX2 | АР | 251900 [28] |
Митохондриальная миопатия с лактатацидозом (MMLA) | ПНПЛА8 | АР | 251950 [29] |
Митохондриальная миопатия с дефектом транспорта митохондриальных белков | Неизвестный | АР | 251945 [30] |
Миопатия, подобная миотонической дистрофии; Митохондриальная миопатия | МТ-ТА | МТ | ГД: 590000 [31] |
Митохондриальная миопатия, изолированная | МТ-ТД | МТ | ГД: 590015 [32] |
Миопатия, митохондриальная | МТ-TW | МТ | ГД: 590095 [33] |
Синдром Барта (BTHS) ( Кардиоскелетная миопатия с нейтропенией и аномальными митохондриями; 3-метилглутаконовая ацидурия , тип II; MGCA2; MGA, тип II; MGA2 ) | ТАФАЗЗИН | Сцепленный с Х-хромосомой | 302060 [34] |
Дефицит коэнзима Q 10 , первичный (COQ10D) (Дефицит CoQ10, первичный; дефицит убихинона; дефицит коэнзима Q; дефицит CoQ) | COQ2 , PDSS1 , PDSS2 , ADCK3 , COQ9 , COQ4 , COQ7 , COQ5 | АР | PS607426 [35] |
Дефицит митохондриального комплекса I , ядерный тип (MC1DN) (дефицит оксидоредуктазы NADH:Q(1); дефицит редуктазы NADH-коэнзима Q; дефицит компонента митохондриальной NADH-дегидрогеназы комплекса I) | NDUFS2 , NDUFB3 , NDUFS1 , NDUFA10 , NDUFAF3 , TIMMDC1 , ACAD9 , NDUFS6 , NDUFS4 , NDUFAF2 , NDUFA2 , NDUFAF4 , DNAJC30 , NDUFAF6 , NDUFB9 , NDUFA8 , NDUFB8 , NDUFS3 , NDUFV1 , NDUFS8 , NDUFC2 , TMEM126B , FOXRED1 , NDUFA9 , NDUFA12 , NUBPL , NDUFAF1 , MTFMT , NDUFB10 , NDUFAF8 , NDUFV2 , NDUFS7 , NDUFA11 , NDUFB7 , NDUFA13 , NDUFAF5 , НДУФА6 , НДУФБ11 , НДУФА1 | AR/XL/XLR | ПС252010 [36] |
Дефицит митохондриального комплекса II , ядерный тип (MC2DN) (Дефицит сукцинат-CoQ-редуктазы; дефицит сукцинатдегидрогеназы) | SDHA , SDHAF1 , SDHD , SDHB | АР | ПС252011 [37] |
цитохром b комплекса III (MTCYB); Непереносимость физических нагрузок; мультисистемное расстройство; кардиомиопатия, инфантильный гистиоцитоид; непереносимость физических нагрузок, кардиомиопатия и септооптическая дисплазия; синдром перекрытия паркинсонизма/MELAS | МТ-CYB | МТ | ГД: 516020 [38] |
Дефицит митохондриального комплекса III , ядерный тип (MC3DN) | BCS1L , TTC19 , UQCRQ , UQCRC2 , CYC1 , UQCC2 , LYRM7 , UQCC3 , UQCRFS1 | АР | PS124000 [39] |
Дефицит митохондриального комплекса IV , ядерный тип (MC4DN) ( дефицит митохондриального комплекса IV; дефицит цитохром с оксидазы; дефицит ЦОГ) | SURF1 , SCO2 , COX10 , SCO1 , LRPPRC , COX15 , COX6B1 , TACO1, COX14 , COX20 , PET100 , COA6 , COA3 , COX8A , COX4I1 , APOPT1, COX6A2 , PET117 , COX5A , COXFA4, COX16, COX11 | АР | ПС220110 [40] |
Дефицит митохондриального комплекса V (АТФ-синтазы) , ядерный тип (MC5DN) | ATPAF2 , TMEM70 , ATP5E , ATP5F1A , ATP5F1D, ATP5MD , ATP5PO | АР/АД | PS604273 [41] |
Мышечная дистрофия, конечностно-поясная, тип 1Н (По состоянию на 2017 год заболевание было исключено из LGMD из-за гистохимических доказательств митохондриальной миопатии, но пока не получило новую номенклатуру) [42] [43] | Хромосома 3 (3p23-p25), неизвестный ген | ОБЪЯВЛЕНИЕ | 613530 [44] |
Биопсия мышц: обычно рваные красные волокна при трихромном окрашивании по Гёмёри , нормальное или избыточное накопление гликогена или липидов в этих рваных красных волокнах, гистохимическое окрашивание показывает нарушение дыхательной цепи, такое как ЦОГ-отрицательные волокна. [6] [8] Некоторые митохондриальные миопатии ограничиваются проявлением заболевания только в скелетных мышцах, при этом фибробласты (из биопсии кожи) выглядят нормальными. [45] [19]
Анализы крови: соотношение лактата и пирувата может быть повышенным или нормальным, креатинкиназа (КК) может быть повышенным или нормальным. [6] [2] Электролитная панель, анионный интервал, глюкоза, витамин D, ТТГ , аутоантитела к HMGCR и AChR для исключения псевдометаболических миопатий. [6] [2]
Тест с физической нагрузкой: преувеличенная кардиореспираторная реакция на физическую нагрузку (неадекватная быстрая реакция сердечного ритма на физическую нагрузку с одышкой [ тахикардия и диспноэ ]). [10]
ДНК-тесты: секвенирование всего экзома ( WES ), нейромышечные панели (которые проверяют только экзоны ), или секвенирование всего генома ( WGS ) для более сложных случаев (которые проверяют экзоны, интроны и митохондриальную ДНК ). Первоначально считалось, что интроны являются «мусорной ДНК», однако некоторые интроны регулируют экспрессию экзонов. [46] [47] Например, при митохондриальной миопатии наследственной миопатии с лактатацидозом (HML) наиболее распространенной патогенной мутацией является интронная мутация IVS5+382 G>C (rs767000507). [19]
Существует две группы ДНК, которые влияют на митохондрии: митохондриальный геном (мтДНК) и ядерная ДНК. [6] В случае митохондриальных миопатий, которые включают в себя делецию одной мтДНК, она будет обнаружена только в мтДНК, полученной из мышц, что делает биопсию пораженной мышцы необходимой для анализа ДНК, а не слюны или крови. [6] [8] Даже среди братьев и сестер с одинаковой унаследованной мутацией были затронуты разные группы мышц, при этом непораженные ткани имели близкие к нормальным уровни мтДНК. [48] [49]
ЭМГ: может быть нормальной, миопатической или редко нейрогенной. [6]
Симптомы непереносимости физических нагрузок, аномальная мышечная усталость, миалгия (мышечная боль), аритмия, возможная фиксированная проксимальная мышечная слабость, отложения липидов, возможные эпизоды рабдомиолиза, причем симптомы становятся очевидными или ухудшаются во время голодания, во время лихорадки, во время низкоинтенсивной аэробной активности или после длительной активности — все это пересекается с симптомами другой метаболической миопатии, а именно нарушениями метаболизма жирных кислот . [6]
Тестирование ДНК полезно для определения между схожими, но разными по происхождению биоэнергетической системы метаболическими миопатиями. Когда тестирование ДНК не дает окончательных результатов, необходима биопсия мышц. [2] [6] [8]
Заболевания, которые имитируют симптомы митохондриальной миопатии, включают электролитный дисбаланс, миастению, нарушения щитовидной железы, дефицит витамина D, иммуноопосредованную некротизирующую миопатию, псевдогипоксию , связанную с диабетом , и нарушения метаболизма жирных кислот. [6] [2] Гипоксия из-за ишемии (недостаточный приток крови) также нарушает окислительное фосфорилирование, что можно наблюдать при перемежающейся хромоте, хронической венозной недостаточности и синдроме ущемления подколенной артерии. Если симптомы мышечной усталости улучшаются примерно через 10 минут аэробных упражнений низкой-умеренной интенсивности или примерно через 10 минут отдыха после аэробных упражнений, это будет указывать на феномен второго дыхания, наблюдаемый при некоторых мышечных гликогенозах. [2]
Рваные красные волокна (митохондриальная аномалия) могут быть обнаружены при ряде миопатий, отличных от наследственных первичных митохондриальных миопатий. [50] К ним относятся аксональная болезнь Шарко-Мари-Тута типов 2CC и 2EE, врожденный миастенический синдром типов 12 и 14, врожденная миопатия типов 10B и 22A и миопатии, связанные с MYH7 , такие как дистальная миопатия Лэйнга и миопатия с накоплением миозина. [50]
Вторичная митохондриальная миопатия может быть вызвана естественным старением, [51] [52] воспалительными миопатиями [51] и хроническим злоупотреблением алкоголем. [4] [5] Она также может быть вызвана некоторыми лекарственными средствами, такими как статины, бупивакаин, противоэпилептические препараты (фенитоин, вальпроевая кислота и ламотриджин) и нуклеозидными ингибиторами обратной транскриптазы (противовирусные препараты), такими как зидовудин и клевудин. [53]
Некоторые метаболические миопатии затрагивают несколько биоэнергетических путей, например, множественный дефицит ацил-КоА-дегидрогеназы (MADD) , ранее известный как глутаровая ацидемия II типа (GA-II). Гены ETF , участвующие в MADD, нарушают бета-окисление (метаболизм жирных кислот), нарушают катаболизм аминокислот (метаболизм белков) и одновременно нарушают дыхательную цепь, не перенося электроны из восстановленного FAD + /FADH 2 . Нарушенный метаболизм белков приводит к накоплению глутаровой кислоты и других кислот. Метаболизм жирных кислот еще больше нарушается, поскольку карнитин используется для детоксикации накопленной глутаровой кислоты, вызывая вторичный дефицит карнитина . [54] [55] Хотя MADD затрагивает несколько биоэнергетических путей, его классифицируют как нарушение метаболизма жирных кислот, поскольку это биоэнергетический путь, который больше всего страдает от дефицита. Однако важно отметить, что в качестве дифференциальной диагностики не только симптомы совпадают с митохондриальными миопатиями, но и мышечные биопсии некоторых людей с MADD показывают COX-отрицательные волокна, нарушение дыхательной цепи и дефицит кофермента Q 10. [ 56] [57] Некоторые формы MADD хорошо реагируют на рибофлавин (витамин B2), известные как MADD, чувствительные к рибофлавину (RR-MADD). [6]
Непереносимость физических нагрузок, реагирующая на рибофлавин (RREI), нарушение метаболизма жирных кислот, связанное с геном SLC25A32 , имеет симптомы, похожие на MADD, при этом биопсия мышц показывает рваные красные волокна и липидные отложения (в основном в волокнах типа I), мелкие волокна типа II и нарушенную митохондриальную дыхательную цепь, зависящую от FAD. [58]
Миопатии, включающие аномальную аутофагию, включая аномальную митофагию , могут проявляться вторичным нарушением метаболизма жирных кислот и/или митохондриальными дефектами в скелетных мышцах, могут иметь широкую фенотипическую изменчивость и могут поражать множество других органов. Например, синдром Вичи , связанный с EPG5, и заболевание, связанное с TANGO2 . [59] [60] Заболевание, связанное с TANGO2, по крайней мере частично реагирует на добавки витамина B, пантотеновой кислоты (B5) и фолата (B9). [60] [61]
Болезнь Помпе (болезнь накопления гликогена II типа), другой тип метаболической миопатии, характеризуется вторичной митохондриальной дисфункцией, присутствующей как в ранних формах (детская и ювенильная), так и в поздних формах у взрослых. [62]
Миопатии, связанные с геном DMD , такие как мышечная дистрофия Дюшенна и Беккера , имеют вторичную митохондриальную дисфункцию, нарушающую окислительное фосфорилирование. [3] [63] Механизмов, приводящих к этой митохондриальной дисфункции, много, и еще предстоит выяснить, какие митохондриальные изменения напрямую связаны с заболеванием, а какие являются компенсаторными. [3] У трех неродственных молодых мальчиков с мутацией в гене DMD наблюдалось псевдометаболическое проявление с симптомами непереносимости физических нагрузок, проявляющимися в виде миалгии, вызванной физическими нагрузками, мышечной скованности, миоглобинурии и рабдомиолиза. [64]
Известно, что несколько мышечных дистрофий пояса конечностей имеют вторичную митохондриальную дисфункцию, в том числе: LGMDR1, связанная с кальпаином 3 ( ранее LGMD 2A ), LGMDR2, связанная с дисферлином ( LGMD 2B ), LGMDR3, связанная с α-саркогликаном ( LGMD 2D ), LGMDR5, связанная с γ-саркогликаном ( LGMD 2C ), и LGMDR6, связанная с δ-саркогликаном ( LGMD 2F ). [63] [65] А также миофибриллярная миопатия 8 (MFM8), связанная с PYROXD1, которая имеет начало во взрослом возрасте, медленно прогрессирующий фенотип пояса конечностей. [63] [66]
MICU1 -связанная миопатия с экстрапирамидными признаками нарушает усвоение кальция, вызывая вторичную митохондриальную дисфункцию. Она имеет различные миопатические признаки, а также глазные и неврологические симптомы. [67]
Хотя в настоящее время не существует лекарства, есть надежда на лечение этого класса наследственных заболеваний, поскольку испытания продолжаются.
Аэробные тренировки могут улучшить окислительную способность, поскольку скелетные мышцы становятся аэробно обусловленными . Дезоксинуклеозидмонофосфаты и дезоксинуклеотиды, принимаемые перорально, могут помочь при дефиците TK2 (синдром истощения митохондриальной ДНК 2 миопатического типа). [6]
Избегание физически стрессовых ситуаций, которые истощают запасы гликогена, таких как голодание и упражнения на выносливость (которые в основном полагаются на окислительное фосфорилирование), может помочь. Диета с высоким содержанием углеводов/низким содержанием жиров/низким содержанием белков может помочь. [6]