Митохондриальная недостаточность. Митохондриальные заболевания. Митохондриальная дисфункция при кардиомиопатиях у детей

Генетическая информация очень нестабильна. Один из основных постулатов генетики гласит, что изменчивость — это основной фактор развития всего живого. Мутации необходимы для выживания вида. Однако некоторые изменчивости, в частности в митохондриях, приводят к негативным видоизменениям в генетической природе. Такова причина заболевания, носящее название митохондриальный синдром.

Такие заболевания не так часто встречаются, но исход большинства синдромов митохондриальной ДНК крайне неблагоприятен.

Митохондрии. Их функции в клетке

Напомним биологические азы. Митохондрия — это органелла в человеческой клетке, у которой наличествует свой ДНК-код. Передается всегда митохондрия от матери. Несет ее в себе материнская яйцеклетка. Митохондрии самостоятельно делятся в клетке, и многократно повторяют свой набор ДНК, копий которого имеет около 30.

Геном митохондрий имеет в своем распоряжении 22 гена для «собственных» транспортных РНК; 13 - для полипептидов, входящих в надмолекулярные комплексы, обеспечивающих дыхание органеллы; 2 гена для личных РНК.

Самое важное значение этой органеллы в том, что она вырабатывает АТФ. Проще говоря, является «электростанцией» в нашем организме, без нее клетки не могут полноценно функционировать; быстро «старятся» и погибают.

Что такое митохондриальный синдром?

При нарушении работы этих маленьких «энергоблоков» начинаются проблемы с энергообменом в клетке. При легких формах нарушения человек просто не выдерживает физических нагрузок, которые ему положено переносить по возрасту.

Однако более серьезные нарушения провоцируют необратимые изменения в энергообмене, и как следствие, сильные нарушения в работе клеток.

Митохондриальный синдром — это комплекс заболеваний, связанный с различными врожденными повреждениями митохондрий.

Причины синдрома

Такие органеллы как митохондрии делятся по-иному. Для них не присуще рекомбинирование генов, но при этом скорость мутации значительно выше. Во время деления митохондрии распределение генов между новыми клетками имеет совершенно случайный характер. Вероятность возникновение мутации от 1 до 99%. Причем спрогнозировать ее нет никакой возможности.

И чем больше больных генов, тем больше вероятность нарушения. Так как митохондрии наследуются по матери, то вследствие их мутирования в ее организме страдают дети обоих полов. Причем не избирательно, 1 или 2. Есть вероятность что все дети будут с аномалиями развития органов.

Мутации делят на два типа. Большинство белков «зашифровано» ядерной ДНК, которая также может видоизменяться по неясным причинам. Поэтому разделяют синдромы, вызванные как мутацией обычной митохондриальной кольцевой ДНК, так и ядерной.

Симптоматика

Определить четкий набор симптомов, присущих такой болезни, как митохондриальный синдром довольно сложно. Дело в том, что мутировавшие органеллы могут находиться в абсолютно любой клетке любого органа. И чем больше их накапливается, тем сильнее нарушается работа и этого органа, и всей системы, к которой он относится. В митохондрологии принято распределять синдромы в зависимости от вида пораженных тканей и от типа митохондриальной мутации.

Обычно страдают те органы и системы, которые сильнее всего нуждаются в постоянной подаче кислорода - это мозг и центральная нервная система, печень, сердце, мышцы. Недополучая энергию, скелетные мышцы не поддерживают тело в вертикальном положении. В некоторых случаях появляются даже мышечные судороги.

Бывает, митохондрии настолько слабы в своей работе, что человек, получивший такой набор органелл от матери, полностью прикован к постели. При некоторых синдромах, о которых мы расскажем, человек страдает миоклонусами, гепатопатией, эпилептическими припадками и со временем деменцией, причем в совсем юном возрасте. Такие симптомы указывают на синдром митохондриального истощения.

Наиболее вероятные нарушения при мутациях митохондрий

Всего на сегодняшний день уже выявлено множество форм заболеваний, которые вызывает мутация митохондрий. Например, когда затрагивается мышечный каркас, диагностируют эпилептические приступы на фоне мышечного недоразвития. Причем мышечная структура не просто повреждена, она выглядит под микроскопом как недоразвитые волокна красного цвета. Мышечная атрофия в таком случае называется митохондриальной миопатией. Это наиболее частое нарушение при митохондриальной недостаточности. Если затронута именно сердечная мышца — кардиомиопатия, обнаружены патологические процессы в головном мозге — регистрируется энцефалопатия.

Что такое синдром митохондриальной энцефалопатии? Синдром диагностируют, когда есть нарушения в генах — tRNAs, MTND1, 4-6, MTCYB. При этом нарушается работа всей нервной системы.

Вместе с энцефалопатией наблюдаются и такой симптом, как лактат-ацидоз — или молочнокислая кома. Это осложнение, при котором молочная кислота начинает попадать в кровь.

Опасны и такие состояния у больных с синдромом митохондриальной недостаточности, как частые и злокачественные мигрени, у детей наблюдаются задержки психического и моторного развития, глухота, атаксия (проблемы с равновесием).

Симптомы не так хорошо изучены, поскольку заболевания, связанные с митохондриями не так давно открыты. Но об известных синдромах, клинические проявления которых пытаются лечить, мы расскажем.

Синдром МЕЛАС

МЕЛАС (MELAS) — энцефалопатия (проблемы с ЦНС), лактат-ацидоз, и в дополнение инсульты. Встречается синдром, как у младенцев, так и у взрослых людей. Но чаще симптомы начинают проявляться где-то с 5 до 15 лет. Что это за симптомы? Они перечислены в названии синдрома. У больного внезапно начинаются множественные инсульты — в височной и ли теменной зонах мозга. Присоединяются к инсультам и неврологические проблемы. Затем возникает мышечная слабость, сенсорная тугоухость. Возможны частые мышечные судороги.

Причиной синдрома считается подмена митохондриального гена в 3243-м положении. И лечение возможно только симптоматическое, то есть поддерживающая терапия.

Синдромы делеции митохондриальной ДНК

Начнем описание с такого заболевания, как синдром Кернса-Сейра, начинающийся с 4 лет. Синдром проявляется следующим образом:

офтальмоплегия прогрессирующая;
атаксия;
атриовентрикулярная блокада сердца (замедление передачи импульса от одной сердечной камеры к другой);
ретинит пигментный;
те же красные рваные мышечные ткани.

Следующий синдром, имеющий те же «корни» — синдром Пирсона, который проявляется иначе:

анемия гипопластическая, самый первый и опасный симптом;
нарушение функций поджелудочной;
позже возможны нарушения зрения;
нарушения в костном мозге;
появление деменции.

Синдром Пирсона обусловлен, как и синдром Кернса-Сейра, делециями митохондриальной ДНК. Делеции — это такие изменения в хромосомном наборе гена, при которых часть генного материала полностью утеряна.

Те аллели, которые мутировали, или потеряли части хромосом, не должны проявляться как доминантные. Но в митохондриальной ДНК все процессы хаотичны, мутирование происходит слишком быстро. Некоторые ученые даже считают, что митохондрии - это не органеллы, а бактерии, которые когда-то попали в человеческий организм и полностью прижились, создали симбиотическую связь с клеткой и начали служить ей. На такую теорию наталкивает тот факт, что у митохондрии свои, отдельные кольцевые ДНК.

Точковые мутации

К синдромам, обусловленным точковыми изменениями в материнской митохондрии относят синдром MERRF, NAPR, упомянутый MELAS и такое заболевание, как атрофия зрительного нерва Лебера.

Митохондриальный синдром MERRF — какие у него особенности?

Наличествует атаксия — это нарушение координации, возможно, связанное с проблемами мозжечка. Человек плохо контролирует свои движения в пространстве.
Симптомы миоклонической эпилепсии.
Атрофия зрительного нерва (слепота от рождения) и глухота.
Лактоацидоз.
Нарушения чувствительности.
Старт заболевания приходится на возраст от 3 лет.

Следующий вид заболевания NAPR— расшифровывается как невропатия, плюс атаксия, и плюс пигментный ретинит. При данном синдроме у ребенка прогрессируют нарушения в психомоторном развитии и деменция.

Синдром истощения ДНК

Синдром митохондриального истощения ДНК — весьма редкое заболевание. Ребенок с такой наследственной болезнью — инвалид с детства. Эти синдромы также подразделяются на множество видов.

Многие дети погибают от множественных дефектов развития внутренних органов, не дожив до 3 лет. Получение таких «покалеченных» митохондрий от матери происходит по аутосомно-рецессивному типу наследования. Генетики уверены, что в таких случаях имеют место множественные делеции.

Синдром также называют в научных кругах — синдром истощения митохондриальной ДНК. Заболевание проявляется у новорожденного сразу. У больного младенца наличествуют такие аномалии развития:

Тяжелая гепатопатия — нарушение работы печени.
Врожденная миопатия, выраженная в значительной слабости мышц.
Кардиомиопатия — проблемы в работе сердечной мышцы.
Атрофия мышц и отсутствие сухожильных рефлексов.

Основная причина таких заболеваний — это дефект межгеномной взаимосвязи (коммуникации).

Существует в генетике и такое понятие как синдром деплеции митохондриальной ДНК. Деплеция — это синоним истощения в генетике. При таком тяжелом синдроме генетический материал митохондрий истощен на 70-98%. Описан впервые не так давно, в 1991 году.

Что происходит с ребенком? В новорожденном периоде уже проявляется лактоацидоз, гипоальбуминемия (резкое снижение альбумина в крови), отеки и выраженная печеночная недостаточность. Наблюдались у некоторых больных и судороги. Симптом, который виден невооруженным взглядом — выраженная мышечная гипотония. Все дети, рожденные с такими признаками, не доживали и до года.

Причиной считается нарушение гена, который ответственен за репликацию ДНК. Его «неверная» работа приводит к тому, что практически все митохондрии мутируют и не выполняют свои функции. Тип наследования делеции митохондриальной ДНК может быть как аутосомно-рецессивным, так и аутосомно-доминантным.

Нарушения в ядерной ДНК

Кроме перечисленных митохондриальных синдромов есть другие, связанные с нарушениями в ядерной ДНК. Их тоже немало: Менкеса, Лея, Альперса, различные дефицитные состояния. Все они имеют прогрессирующее течение. Наиболее опасным считается синдром Лея, при котором ребенок практически не жизнеспособен уже с рождения.

Митохондриальный синдром у детей

Большинство заболеваний начинается с раннего детского возраста. В основном распространена миопатия, из-за которой дети не могут самостоятельно передвигаться и страдают мышечными болями. Кардиомиопатия — нарушения функции миокарда, также встречается довольно часто.

Митохондриальный синдром у ребенка, если недомогания не слишком серьезны и не угрожают здоровью, на протяжении всей жизни будет причинять беспокойства и мешать нормальному развитию. Таким детям нужны мероприятия по социализации. Им важно развивать скелетные мышцы, но не спортивными методами (так как у многих поражен миокард), а благодаря плаванию с дельфинами. Поэтому создан специальный фонд для таких детей, куда поступают деньги от благотворительности.

Одной из форм синдрома митохондриального истощения ДНК болеет мальчик по имени Чарли Гард, рожденный в 2016 году. Он с рождения не может самостоятельно глотать, пищу, дышать. Его состояние полностью контролируется врачами, и родители отчаянно борются за его жизнь. Хотя надежды мало. У него врожденная гепатопатия, он слеп и имеет тугоухость. Его родители надеются на современные методы лечения. Синдром получил также «народное» название — митохондриальный синдром Чарли.

Однако синдром митохондриального истощения ДНК однозначно приводит к летальному исходу. Врачи предупреждают об этом родителей сразу после установления диагноза. Множественные поражения органов и систем исключают нормальную жизнь для таких детей. Поэтому исключительно важно женщине перед беременностью пройти генетический анализ на мутации в митохондриях.

Тесты для диагностики

Диагностика подобных синдромов - это сложное задание для медиков. При постановке диагноза значение имеет комплексный анализ различных показателей. Проводится отдельно генетическое исследование, биохимическое, морфологическое, затем все данные сводятся воедино. Исследуется даже генеалогия ребенка.

Для точного медицинского заключения нужно провести также множество тестов для измерения различных соотношений. Например, проверяется пропорция в плазме крови лактат/пируват. Ведь недостаток пируватов и преобладание лактатов может означать начало лактоацидоза. Очень важно знать доктору о соотношении кетоновых тел в плазме. Но наиболее эффективным методом диагностики является биопсия мышц. Форму мутации можно узнать благодаря молекулярно-генетическому анализу ДНК.

Лечение синдромов

Трудность лечения заключается в отсутствии каких-нибудь механизмов, которые смогли бы заново «перестроить» мутировавшие гены. Врачи в таких случаях ничего не могут предпринять, кроме того, что назначить пируваты и некоторые витаминные комплексы. Особенно сложно помочь детям с множественными делециями генов. И если в карточке ребенка значится терминальная стадия синдрома митохондриального истощения ДНК, то это значит, что врачи полностью расписываются в своем бессилии.

Единственное, что может предложить медицина, это выявление митохондриальных мутаций у матери до беременности. Тогда можно попробовать пойти на экстракорпоральное зачатие, чтобы выносить здорового ребенка.

Ключевые слова

НОВОРОЖДЕННЫЕ ДЕТИ / МИТОХОНДРИАЛЬНОЕ ЗАБОЛЕВАНИЕ / СИНДРОМ ИСТОЩЕНИЯ МТДНК 13-ГО ТИПА / ЭНЦЕФАЛОМИОПАТИЯ / ЛАКТАТ-АЦИДОЗ / НЕОНАТАЛЬНАЯ МАНИФЕСТАЦИЯ / ГЕН FBXL4 / NEWBORNS / MITOCHONDRIAL DISORDER / 13 TYPE MTDNA DEPLETION SYNDROME / ENCEPHALOMYOPATHY / LACTIC ACIDOSIS / NEONATAL MANIFESTATION / FBXL4 GENE

Аннотация научной статьи по клинической медицине, автор научной работы - Дегтярева А.В., Степанова Е.В., Иткис Ю.С., Дорофеева Е.И., Нароган М.В.

Представлено клиническое наблюдение ребенка с ранней неонатальной манифестацией редкого наследственного заболевания синдрома истощения митохондриальной ДНК (мтДНК) 13-го типа, подтвержденного лабораторно в России. Мутации в гене FBXL4 являются причиной нарушения репликации мтДНК и снижения активности комплексов дыхательной цепи митохондрий, следствием чего служит нарушение функционального состояния различных органов и систем, в первую очередь мышечной системы и головного мозга. Антенатально у ребенка был диагностирован гидронефроз справа, субэпендимальные кисты головного мозга, частичная кишечная непроходимость на фоне многоводия. Состояние резко ухудшилось к концу первых суток жизни. Отмечался клинический симптомокомплекс сепсиса, выраженный синдром угнетения, мышечной гипотонии, декомпенсированный метаболический лактат-ацидоз , повышение концентрации митохондриальных маркеров в плазме крови и моче, а также изменения в области базальных ганглиев головного мозга. Дифференциальный диагноз проводился с наследственными заболеваниями, протекающими по типу «сепсисподобного» симптомокомплекса с лактат-ацидозом : группа нарушений обмена аминокислот, органических кислот, дефектов ß-окисления жирных кислот, болезни дыхательной цепи митохондрий, гликогеновая болезнь. Синдром истощения мтДНК 13-го типа имеет неблагоприятный прогноз, однако точная диагностика имеет исключительно важное значение для медико-генетического консультирования и позволяет предотвратить повторное рождение больного ребенка в семье.

Текст научной работы на тему «Клиническое наблюдение пациента с синдромом истощения митохондриальной ДНК»

Клиническое наблюдение пациента с синдромом истощения митохондриальной ДНК

А.В. Дегтярева1,3, Е.В. Степанова1, Ю.С. Иткис2, Е.И. Дорофеева1, М.В. Нароган1,3, Л.В. Ушакова1, А.А. Пучкова1, В.Г. Быченко1, П.Г. Цыганкова2, Т.Д. Крылова2, И.О. Бычков2

1ФГБУ «Научный центр акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова» Минздрава РФ, Москва;

2ФГБНУ «Медико-генетический научный центр», Москва;

3ФГАОУ ВО Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова Минздрава РФ, Москва, Россия

Clinical case of Mitochondrial DNA Depletion

A.V. Degtyareva1,3, E.V. Stepanova1, Yu.S. Itkis2, E.I. Dorofeeva1, M.V. Narogan1,3,

L.V. Ushakova1, A.A. Puchkova1, V.G. Bychenko1, P.G. Tsygankova2, T.D. Krylova2, I.O. Bychkov2

1«Research Center for Obstetrics, Gynecology and Perinatology» Ministry of Healthcare of the Russian Federation 2FSBI «Research Center for Medical Genetics»

3First Moscow state medical University I.M. Sechenov of Ministry of Healthcare

Представлено клиническое наблюдение ребенка с ранней неонатальной манифестацией редкого наследственного заболевания - синдрома истощения митохондриальной ДНК (мтДНК) 13-го типа, подтвержденного лабораторно в России. Мутации в гене FBXL4 являются причиной нарушения репликации мтДНК и снижения активности комплексов дыхательной цепи митохондрий, следствием чего служит нарушение функционального состояния различных органов и систем, в первую очередь мышечной системы и головного мозга. Антенатально у ребенка был диагностирован гидронефроз справа, субэпендимальные кисты головного мозга, частичная кишечная непроходимость на фоне многоводия. Состояние резко ухудшилось к концу первых суток жизни. Отмечался клинический симптомокомплекс сепсиса, выраженный синдром угнетения, мышечной гипотонии, декомпенсированный метаболический лактат-ацидоз, повышение концентрации митохондриальных маркеров в плазме крови и моче, а также изменения в области базальных ганглиев головного мозга. Дифференциальный диагноз проводился с наследственными заболеваниями, протекающими по типу «сепсисподобного» симптомокомплекса с лактат-ацидозом: группа нарушений обмена аминокислот, органических кислот, дефектов р-окисления жирных кислот, болезни дыхательной цепи митохондрий, гликогеновая болезнь. Синдром истощения мтДНК 13-го типа имеет неблагоприятный прогноз, однако точная диагностика имеет исключительно важное значение для медико-генетического консультирования и позволяет предотвратить повторное рождение больного ребенка в семье.

Ключевые слова: новорожденные дети, митохондриальное заболевание, синдром истощения мтДНК 13-го типа, энцефало-миопатия, лактат-ацидоз, неонатальнаяманифестация, генFBXL4.

Для цитирования: Дегтярева А.В., Степанова Е.В., Иткис Ю.С., Дорофеева Е.И., Нароган М.В., Ушакова Л.В., Пучкова А.А., Быченко В.Г., Цыганкова П.Г., Крылова Т.Д., Бычков И.О. Клиническое наблюдение пациента с синдромом истощения митохондриальной ДНК. Рос вестн перинатол и педиатр 2017; 62:(5): 55-62. DOI: 10.21508/1027-4065-2017-62-5-55-62

Abstract: The article reports clinical case of early neonatal manifestation of a rare genetic disease - mitochondrial DNA depletion syndrome, confirmed in laboratory in Russia. Mutations of FBXL4, which encodes an orphan mitochondrial F-box protein, involved in the maintenance of mitochondrial DNA (mtDNA), ultimately leading to disruption of mtDNA replication and decreased activity of mitochondrial respiratory chain complexes. It"s a reason of abnormalities in clinically affected tissues, most of all the muscular system and the brain. In our case hydronephrosis on the right, subependimal cysts of the brain, partial intestinal obstruction accompanied by polyhydramnios were diagnosed antenatal. Baby"s condition at birth was satisfactory and worsened dramatically towards the end of the first day of life. Clinical presentation includes sepsis-like symptom complex, neonatal depression, muscular hypotonia, persistent decompensated lactic acidosis, increase in the concentration of mitochondrial markers in blood plasma and urine, and changes in the basal ganglia of the brain. Imaging of the brain by magnetic resonance imaging (MRI) demonstrated global volume loss particularly the subcortical and periventricular white matter with significant abnormal signal in bilateral basal ganglia and brainstem with associated delayed myelination. Differential diagnosis was carried out with hereditary diseases that occur as a «sepsis-like» symptom complex, accompanied by lactic acidosis: a group of metabolic disorders of amino acids, organic acids, p-oxidation defects of fatty acids, respiratory mitochondrial chain disorders and glycogen storage disease. The diagnosis was confirmed after sequencing analysis of 62 mytochondrial genes by NGS (Next Generation Sequencing). Reported disease has an unfavorable prognosis, however, accurate diagnosis is very important for genetic counseling and helps prevent the re-birth of a sick child in the family.

Key words: newborns, mitochondrial disorder, 13 type mtDNA depletion syndrome, encephalomyopathy, lactic acidosis, neonatal manifestation, FBXL4 gene.

For citation: Degtyareva A.V., Stepanova E.V., Itkis Yu.S., Dorofeeva E.I., Narogan M.V., Ushakova L.V., Puchkova A.A., Bychenko V.G., Tsygankova P.G., Krylova T.D., Bychkov I.O. Clinical case of FBXL4-Related Encephalomyopathic Mitochondrial DNA Depletion. Ros Vestn Perinatal i Pediatr 2017; 62:(5): 55-62 (in Russ). DOI: 10.21508/1027-4065-2017-62-5-55-62

Митохондрии представляют собой сложные орга-неллы, которые играют ключевую роль в гоме-остазе клетки . Они являются основным источником синтеза внутриклеточной энергии в виде молекул АТФ, тесно вовлечены в процессы кальциевого и свободнорадикального обмена, а также участвуют в апоптозе. Ткани и органы, особенно зависимые от этих функций, первыми страдают при митохон-дриальных болезнях - больше всего это сказывается на мышечной ткани, нервной и эндокринной системах . Большинство митохондриальных заболеваний имеют прогрессирующий характер, приводят к инвалидности и преждевременной смерти. Эти болезни относят к редким, с частотой распространенности 1-1,5: 5000-10 000 новорожденных . Митохондриальные заболевания могут развиться в любом возрасте. Около 30% случаев манифестируют в неонатальном периоде .

Согласно генетической классификации, митохон-дриальные болезни разделяют на следующие группы: 1) заболевания, вызванные точковыми мутациями ми-тохондриальной ДНК (мтДНК) - синдромы MELAS, MERRF, LHON, NARP, имеющие материнское наследование; 2) заболевания, обусловленные единичными крупными перестройками мтДНК - синдромы Кирнса-Сейра, Пирсона; 3) болезни, связанные с мутациями в ядерных генах структурных белков

Адрес для корреспонденции: Дегтярева Анна Владимировна - д.м.н., зав. по клинической работе отдела неонатологии и педиатрии Научного центра акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова, проф. кафедры неонатологии Первого Московского государственного медицинского университета имени И.М. Сеченова, ORCID 0000-0003-0822-751X Степанова Екатерина Владимировна - ординатор Научного центра акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова Дорофеева Елена Игоревна - к.м.н., зав. по клинической работе отделения хирургии новорожденных отдела неонатологии и педиатрии Научного центра акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова

Нароган Марина Викторовна - д.м.н., вед. научн. сотр. отделения патологии новорожденных и недоношенных детей отдела неонатологии и педиатрии Научного центра акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова, проф. кафедры неонатологии Первого Московского государственного медицинского университета имени И.М. Сеченова Ушакова Любовь Витальевна - к.м.н., врач-невролог научно-консультативного педиатрического отделения отдела неонатологии и педиатрии Научного центра акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова

Пучкова Анна Александровна - к.м.н., зав. по клинической работе научно-консультативного педиатрического отделения отдела неонатоло-гии и педиатрии Научного центра акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова

Быченко Владимир Геннадьевич - к.м.н., зав. отделением лучевой диагностики Научного центра акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова 117997 Москва, ул. академика Опарина, д. 4

Иткис Юлия Сергеевна - научный сотрудник Медико-генетического научного центра

Крылова Татьяна Дмитриевна - врач-лабораторный генетик Медико-генетического научного центра

Бычков Игорь Олегович - аспирант Медико-генетического научного центра 115478 Москва, ул. Москворечье, д.1

дыхательной цепи митохондрий, - синдром Ли, младенческие энцефаломиопатии, наследующиеся ауто-сомно-рецессивно или Х-сцепленно; 4) болезни, связанные с мутациями в ядерных генах белков-переносчиков и сборщиков комплексов дыхательной цепи митохондрий, - синдром Ли, младенческие энцефа-ломиопатии, наследующиеся аутосомно-рецессивно или Х-сцепленно; 5) заболевания, связанные с мутациями в ядерных генах, ответственных за биогенез мтДНК, - синдромы истощения мтДНК с аутосом-но-рецессивным типом наследования.

Одним из биохимических маркеров митохондри-альных болезней является высокий уровень лактата в крови . В комплекс первой линии обследований при подозрении на эту патологию входит определение содержания аминокислот, ацилкарнитинов и органических кислот в крови и моче . Недавно была показана высокая информативность определения концентрации фактора роста фибробластов-21 (FGF-21) и ростового фактора дифференцировки-15 (GDF-15) в плазме крови , однако эффективность этих биомаркеров для диагностики отдельных групп митохондриальных болезней по-прежнему исследуется различными группами ученых . Окончательный диагноз митохондриального заболевания устанавливается на основании результата мо-лекулярно-генетического анализа.

В настоящее время не существует эффективных методов лечения митохондриальных болезней. Симптоматическая терапия основана на использовании метаболических препаратов, таких как коэнзим Q10, креатин моногидрат, рибофлавин, идебенон, кар-нитин, тиамин, дихлорацетат и др. Также следует уделять особое внимание питанию ребенка; рекомендован переход на низкобелковую диету с использованием в рационе большого количества жиров. Противопоказано использование препаратов валь-проевой кислоты и барбитуратов .

Синдромы истощения мтДНК представляют собой клинически и генетически гетерогенную группу заболеваний, наследуемых по аутосомно-рецессив-ному типу и вызванных мутациями в генах, поддерживающих биогенез и целостность мтДНК . При таких нарушениях происходит снижение числа копий мтДНК в пораженных тканях без ее структурного повреждения. Клинически выделяют три формы заболеваний, связанных со снижением ко-пийности мтДНК: энцефаломиопатическую, ми-опатическую и гепатоцеребральную. Известно 20 генов, мутации которых ведут к синдромам истощения мтДНК: ABAT, AGK, C10ORF2 (TWINKLE), DGUOK, DNA2, FBXL4, MFN2, MGME1, MPV17, OPA1, POLG, POLG2, RNASEH1, RRM2B, SLC25A4, SUCLA2, SUCLG1, TFAM, TK2, TYMP . В Российской Федерации в лаборатории наследственных болезней обмена веществ Медико-генетического научного центра были диагностированы у 36 пациентов

синдромы истощения мтДНК с мутациями в генах POLG и TWINKLE (энцефаломиопатическая и гепа-тоцеребральная формы), DGUOK и MPV17 (гепато-церебральная форма), что составило существенную долю от всех ранних форм митохондриальных заболеваний .

Синдром истощения мтДНК 13-го типа (MIMhttp://omim.org/entry/615471 615471) вызван мутациями в гене FBXL4, локализованном в локу-се 6q16.1-q16.27 . Впервые данное нарушение описано в 2013 г. P.E. Bonnen и X. Gai независимо друг от друга . В настоящее время в мире известно 26 клинических наблюдений . Ген FBXL4 кодирует белок (F-box and leucine-rich repeat 4 protein), являющийся одной из субъединиц убик-витинпротеинлигазного комплекса, который играет важную роль в процессе разрушения дефектных белков в клетке, в том числе в митохондриях . Точная функция данного белка неизвестна, но на культурах клеток было показано, что в поврежденных митохондриях снижается синтез АТФ и нарушается репликация мтДНК, что приводит в конечном счете к снижению ее копий в тканях и нарушению работы дыхательной цепи митохондрий .

В большинстве случаев синдром истощения мтДНК 13-го типа манифестирует в раннем неона-тальном периоде, однако описаны наблюдения более поздней манифестации в возрасте до 24 мес . Заболевание характеризуется энцефалопатией, гипотонией, лактат-ацидозом, грубой задержкой развития и изменениями в области базальных ганглиев при магнитно-резонансной томографии (МРТ) головного мозга. По данным M. Huemer и соавт. , у пациентов с мутациями в гене FBXL4 отмечаются такие фе-нотипические признаки, как узкое и длинное лицо, выступающий лоб, густые брови, узкие глазные щели, широкая переносица, седловидный нос.

Прогноз является крайне неблагоприятным, большинство детей умирают в первые 4 года жизни. Установление диагноза заболевания имеет большую значимость для медико-генетического консультирования и возможной пренатальной диагностики .

Цель данной публикации - клиническое описание первого российского случая митохондриально-го заболевания, обусловленного мутациями в гене FBXL4, и определение основных критериев для диагностики синдромов истощения мтДНК в раннем детском возрасте.

Пациент и методы исследования

Девочка родилась и находилась под динамическим наблюдением в Научном центре акушерства, гинекологии и перинатологии им. В.И. Кулакова. Проводилось комплексное клинико-лабораторное и инструментальное обследование. Некоторые биохимические и молекулярно-генетические исследования осуществлены в лаборатории наследственных

болезней обмена веществ Медико-генетического научного центра. Органические кислоты в моче анализировались методом газовой хроматографии с масс-спектрометрической детекцией в виде три-метилсилиловых эфиров. Пробоподготовка проводилась по методу, предложенному M. Lefevere . Анализ выполнялся на приборе 7890А/5975С (Agilent Technologies, США) с колонкой НР-5МS (30м*0,25мм*4мкм). Расчет полученных результатов осуществляли методом внутреннего стандарта. Концентрацию митохондриальных маркеров FGF-21 и GDF-15 в плазме крови измеряли с помощью наборов на основе метода иммуноферментного анализа фирмы Biovendor (Czech Republic).

ДНК выделяли из цельной крови наборами фирмы Isogene (Россия) по протоколу производителя. Секвенирование 62 ядерных митохондриальных генов проведено методом NGS (Next Generation Sequencing) на приборе Ion Torrent PGM™ System for Next-Generation Sequencing (Life Technologies, Thermo Fisher Scientific). Пробоподготовка образцов ДНК проводилась набором реагентов Ion AmpliSeq™ Library Kit 2.0 (дизайн пула праймеров по технологии Ampliseq) согласно протоколу производителя. Визуализация выравнивания секвенируемых фрагментов на референсную последовательность генома человека Human.hg19 проведена в программе IGV. Обнаруженные изменения аннотировались с помощью программы ANNOVAR. Предсказательная функциональная значимость не описанных ранее мутаций оценивалась по различным программам со свободным доступом (PolyPhen2, Mutation taster, SIFT). Выявленные варианты фильтровались по частоте встречаемости в популяциях по данным, представленным в открытых базах ExAc, 1000 genomes и др. Нуклеотидные замены, отличные от референсной последовательности, анализировались по базам данных по мутациям и полиморфизмам (HGMD, Ensemble, dbSNP). Верификацию выявленных в гене FBXL4 мутаций проводили методом прямого автоматического секвениро-вания на генетическом анализаторе ABI3500 (Thermo Fisher Scientific) с использованием BigDye Terminator v.1.1 (Thermo Fisher Scientific). Для полимеразной цепной реакции (ПЦР) использовали специфические олигонуклеотидные праймеры (последовательность доступна по запросу). Выравнивание и сравнение данных проведено в соответствии с транскриптом NM_012160.

Клиническое наблюдение

Ребенок родился в срок у соматически здоровой женщины с отягощенным акушерско-гинекологиче-ским и инфекционным анамнезом. Брак не родственный. В семье есть один здоровый ребенок. Беременность протекала с обострением сальпингоофорита в I триместре, пульпитом с повышением температуры до 38°С, завершилась самостоятельными родами.

Ребенок родился с массой тела 2555 г, длиной 49 см, оценкой по шкале Апгар 8/9 баллов. Антенатально был диагностирован гидронефроз справа, субэпенди-мальные кисты головного мозга и частичная кишечная непроходимость на фоне многоводия. Первые часы жизни имели характер «периода относительного благополучия», однако, учитывая антенатально выявленную патологию, ребенок был переведен в отделение хирургии, реанимации и интенсивной терапии новорожденных для обследования.

К концу первых суток жизни состояние резко ухудшилось, наблюдался выраженный синдром угнетения, мышечная гипотония, ухудшение гемодинамики, дыхательные нарушения, потребовавшие проведения искусственной вентиляции легких. По кислотно-основному состоянию и газовому составу крови отмечался декомпенсированный метаболический лактат-ацидоз (pH 7,12; pCO2 12,6 мм рт.ст; pO2 71,9 мм рт.ст., BE -24,2 ммоль/л; лактат 19,0 ммоль/л). Исходя из данных анамнеза нельзя было исключить наличие инфекционного процесса, и ребенку была назначена антибактериальная и иммуномоделирую-щая терапия. В клиническом анализе крови отмечался лейкоцитоз со сдвигом формулы влево, снижение содержания гемоглобина, уровень тромбоцитов был в пределах нормативных значений (табл. 1).

При этом маркеры системной воспалительной реакции (С-реактивный белок и прокальцитонин) были отрицательными (0,24 мг/л и 10 нг/мл соответственно) и в ходе обследования не были выявлены очаги инфекции. С целью исключения врожденной пневмонии было проведено рентгенологическое исследование, по результатам которого не было обнаружено специфических изменений. На основании результатов люмбальной пункции был исключен менингит. Клинический анализ мочи тоже не выявил

Таблица 1. Показатели клинического анализа крови пациентки Table 1. The parameters of the clinical blood test of the patient

воспалительных изменений. Кроме того, были получены отрицательные результаты микробиологических посевов крови и мочи, соскоба из зева и серологического исследования на TORCH-инфекции.

В неврологическом статусе отмечался синдром выраженного угнетения, менингеальной симптоматики не было, наблюдалось непостоянное расходящееся косоглазие, выраженная диффузная мышечная гипотония. В терапию был подключен метаболический препарат меглюминат натрия сукцинат (Реам-берин) и стимулятор синтеза ацетилхолина и фосфа-тидилхолина - холина альфоссцерат (Холитилин). На фоне проводимого посиндромного лечения отмечалась положительная динамика, к 8-м суткам жизни ребенок был снят с респираторной терапии. По результатам клинического анализа крови воспалительные изменения купировались, маркеры воспаления С-реактивный белок и прокальцитонин оставались в пределах нормы. Однако у ребенка сохранялись признаки выраженной мышечной гипотонии, синдрома угнетения ЦНС и лактат-ацидоз (9,5 ммоль/л). Важно отметить, что уровень лактата ни разу не снижался до нормальных значений и носил волнообразный характер в течение всего периода пребывания в стационаре (рис. 1).

Расхождение между клиническими признаками сепсиса с выраженным декомпенсированным лак-тат-ацидозом, отрицательными маркерами системной воспалительной реакции и ответом на лечение явилось поводом заподозрить метаболическое нарушение. В спектр дифференциальной диагностики были включены заболевания, протекающие в нео-натальном периоде по типу «сепсисподобного» сим-птомокомплекса с лактат-ацидозом: группа нарушений обмена аминокислот, органических кислот, дефектов р-окисления жирных кислот, болезни ды-

Показатели 2-е сутки жизни Референсные значения (1-7-е сутки жизни) 8-е сутки жизни Референсные значения (> 7 сут жизни)

Эритроциты, -1012/л 4,03 5,5-7,0 4,42 4,5-5,5

Гемоглобин, г/л 137 160-190 136 180-240

Гематокрит 40,9 0,41-0,56 38,1 0,41-0,56

Тромбоциты, -199/л 236 218-419 213 218-419

Лейкоциты, -109/л 49,11 5,0-30,0 11,72 8,5-14,0

Нейтрофилы, -109/л 27. 514 6- 20 4. 342 1,5 - 7,0

Нейтрофильный индекс 0,44 < 0,25 0,16 < 0,25

Палочкоядерные, % 16 5-12 6 1-5

Сегментоядерные, % 56 50-70 47 35-55

Эозинофилы, % 0 1-4 3 1-4

Моноциты, % 9 4-10 18 6-14

Лимфоциты, % 10 16-32 32 30-50

хательной цепи митохондрий и гли-когеновая болезнь I типа (болезнь Гирке) . Ребенку проводилась проба с кормлением, в основе лежит определение концентрации глюкозы и лактата в крови после голодной паузы и через 20-30 мин после кормления . По результатам данного исследования уровень глюкозы крови натощак был снижен, а уровень лактата повышен, после кормления отмечалось увеличение уровня глюкозы и выраженное нарастание лак-татемии (табл. 2).

В группу первой линии обследования были включены тесты, определяющие спектр аминокислот и ацилкарнитинов в крови и органических кислот в моче, а также плазменных митохон-дриальных биомаркеров FGF-21 и GDF-15. В крови было обнаружено повышенное содержание аланина, лейцина и орнитина (табл. 3). Спектр ацилкарнити-нов в крови был в пределах нормы, что позволило исключить заболевания из группы дефектов ß-окис-ления жирных кислот . При исследовании мочи обнаружено повышение уровня лактата, фумаровой кислоты, 3-гидроксибутирата, пирувата, сукцината и 4-гидроксифенилпирувата (см. табл. 3). Данные изменения могут свидетельствовать о митохондриаль-

Таблица 2. Результаты проведения пробы с кормлением Table 2. Results of a sample with feeding

Рис. 1. Динамика концентрации лактата крови (в ммоль/л). Fig. 1. Dynamics of blood lactate concentration.

ном нарушении и фумаровой ацидурии .

Проводилось молекулярно-генетическое исследование нуклеотидной последовательности гена FH, мутации которого обусловливают развитие фумаровой ацидурии . Отклонений от нормы не обнаружено.

Концентрация митохондриальных маркеров FGF-21 и GDF-15 в плазме крови была повышена и составила 720 пг/мл (норма 0-330 пг/мл) и 15715 пг/мл (норма 0-2000 пг/мл) соответственно.

В возрасте 8 сут жизни ребенку проводилась МРТ головного мозга, по результатам которой было обнаружено симметричное поражение подкорковых ядер в виде кистозных изменений, что является высоко-

Показатель До еды Через 20-30 мин после еды

BE, ммоль/л - 6,2 - 7,7

Глюкоза, ммоль/л 2,1 2,7

Лактат, ммоль/л 5,8 9.2

p CO2, мм рт.ст. 33,4 29,2

Таблица 3. Уровень аминокислот в крови и органических кислот в моче у пациентки Table 3. The level of patient"s amino acids in the blood and organic acids in the urine

Показатель Нижняя граница нормы Верхняя граница нормы Значение у пациентки

Аминокислоты в крови, нмоль/л

Аланин 85 750 1139,327

Лейцин 35 300 405,533

Орнитин 29 400 409,205

Органические кислоты в моче, моль на моль креатинина

Лактат 0,00 25,00 82,9

Фумаровая кислота 0,00 2,00 274,2

3-гидроксибутират 0,00 3,00 18,2

Пируват 0,00 12,00 13,7

Сукцинат 0,50 16,00 103,4

4-гидроксифенилпируват 0,00 2,00 39,5

патогномоничным признаком митохондри-альных болезней. Также были выявлены последствия кровоизлияния в боковые желудочки мозга (рис. 2).

Учитывая клинико-лабораторный сим -птомокомплекс, заподозрили митохондри-альное заболевание из группы младенческих энцефаломиопатий. Методом таргетного секвенирования ребенку был проведен анализ кодирующей последовательности 62 ядерных генов, мутации в которых приводят к развитию митохондриальной патологии. В гене FBXL4 были выявлены две компаунд-гетерозиготные мутации c.A1694G:p. D565G (в 8-м экзоне) и c.627_633del:p.V209fs (в 4-м экзоне). Мутация c.A1694G:p.D565G

Рис. 2. МРТ головного мозга ребенка в возрасте 8 сут жизни. A - Т2 взвешенное изображение в аксиальной плоскости. Белыми стрелками показаны кисты по контурам боковых желудочков, являющиеся характерным признаком митохондриальных заболеваний. Красными стрелками находится в высококонсервативной области показаны продукты биодеградации гемоглобина в просвете желудочковой LRR (Leucine-Rich Repeat) домена и была системы (последствия внутрижелудочкового кровоизлияния).

Б - томограмма выполнена в режиме Flair в аксиальной плоскости. Белыми стрелками показаны кисты в паравентрикулярных областях и в проекции подкорковых ядер, что характерно для митохондриальных заболеваний. Fig. 2. MRI of the child"s brain at the age of 8 days of life. A - Т2 weighted image in the axial plane. White arrows show cysts along the contours of the lateral ventricles, which are a characteristic feature of mitochondrial diseases. Red arrows show the products of biodegradation of hemoglobin in the lumen of the ventricular system (consequences of intraventricular hemorrhage). B - the tomogram is performed in the Flair in the axial plane. White arrows show cysts in paraventricular regions and in the projection of the subcortical nuclei, which is characteristic of mitochondrial diseases.

ранее описана в литературе . Вторая мутация обнаружена впервые у нашей пациентки, и ее патогенность не вызывает сомнений, поскольку она приводит к сдвигу рамки считывания и образованию преждевременного стоп-кодона.

В возрасте 42 дней ребенок был выписан домой в состоянии средней степени тяжести. В катамнезе сохранялись признаки угнетения ЦНС, выраженная мышечная гипотония, тенденция к птозу, деком-пенсированный метаболический лактат-ацидоз, задержка психомоторного развития, дисфагия, монотонная плоская весовая кривая, частые рецидивирующие респираторные инфекции, что в дальнейшем привело к развитию полиорганной недостаточности и летальному исходу в возрасте 11 мес жизни.

Обсуждение

В нашем наблюдении антенатально были диагностированы гидронефроз справа, субэпендималь-ные кисты головного мозга и частичная кишечная непроходимость на фоне многоводия. Данная картина при проведении пренатальной ультразвуковой диагностики описана при мутациях в гене FBXL4 . Приблизительно в 10% случаев многоводие возникает на фоне врожденных заболеваний , в том числе и наследственных заболеваний обмена веществ . В наблюдении M. Van Rij и соавт. у пациента также было диагностировано выраженное мно-говодие в 30 нед внутриутробного развития и было обнаружено органическое поражение структуры головного мозга в виде гипоплазии мозжечка, субэ-пендимальных кист и расширения большой цистерны головного мозга . О пренатальном выявлении субэпендимальных кист головного мозга сообщено и в наблюдении T. Baroy и соавт. . При митохон-дриальных заболеваниях также описаны случаи пре-натальной диагностики гидронефроза .

Состояние ребенка резко ухудшилось к концу 1-х суток жизни после периода «светлого промежутка», отмечался выраженный синдром угнетения, мышечная гипотония, дыхательные нарушения (потребовавшие проведения искусственной вентиляции легких), ухудшение гемодинамики, декомпенсиро-ванный метаболический лактат-ацидоз. Неонаталь-ная манифестация синдрома истощения мтДНК в более чем 80% случаев описана в виде выраженного синдрома угнетения, мышечной гипотонии, энцефалопатии, дисфагии с эпизодами срыгивания в сочетании с повышенным уровнем лактата и метаболическим ацидозом, возникающими после периода «светлого промежутка» . Патогенетически повышение уровня лактата связано с тем, что при функциональном нарушении дыхательной цепи изменяется окислительно-восстановительный баланс в цитоплазме, что приводит к нарушению функционирования цикла Кребса из-за избытка НАДН по отношению к НАД+. Этот процесс приводит к увеличению концентрации лактата, повышению молярного соотношения лактат/пируват и концентрации кетоновых тел в крови . Согласно данным литературы, уровень лактата у детей с синдромом истощения мтДНК 13-го типа составляет от 6,3 до 21 ммоль/л. Отмечается повышение уровня лак-тата в цереброспинальной жидкости . Нормальное молярное соотношение лактат/пируват состав-

ляет <20, тогда как, по данным M. Van Rij и соавт., у детей с мутациями в гене FBXL4 этот показатель составил 71 . У нашей пациентки уровень пирува-та не исследовался.

В нашем наблюдении гиперлактатемия являлась ведущей лабораторной характеристикой заболевания, однако этот признак не является высокоспецифичным. Причинами повышения концентрации лак-тата в крови также могут служить перинатальная асфиксия, врожденные пороки сердца, сепсис, заболевания печени и почек, дефекты р-окисления жирных кислот, органические ацидурии, нарушение метаболизма биотина, углеводного обмена и др., что представляет большие трудности для ранней диагностики патологии .

При обследовании пациента наблюдалось несоответствие между клиническими признаками инфекционного процесса с декомпенсированным лактат-ацидозом и отрицательными маркерами системной воспалительной реакции в сочетании с отсутствием очагов инфекции и бактериемии. На фоне посин-дромной терапии отмечалось некоторое улучшение состояния ребенка, но при этом сохранялись неврологические нарушения и выраженный лактат-ацидоз, что позволило заподозрить метаболическое заболевание. При исследовании спектра аминокислот была выявлена повышенная концентрация аланина, лейцина и орнитина, что часто обнаруживают при лактат-ацидозе. Уровень лактата в моче, а также метаболитов цикла Кребса (фумаровой кислоты, пирувата, сукци-ната) был значительно повышен, что также характерно для ряда митохондриальных заболеваний. Схожие изменения органических кислот в моче были описаны M.C. Van Rij и соавт. в клиническом наблюдении ре-

бенка с синдромом истощения мтДНК 13-го типа .

У нашей пациентки концентрация FGF-21 в плазме превышала верхнюю границу нормы в 2 раза, а концентрация GDF-15 - более чем в 7 раз. Эти данные соответствуют недавним публикациям о том, что GDF-15 является более чувствительным маркером митохондриальной патологии. При гепато-церебральных формах синдрома истощения мтДНК уровень обоих маркеров повышается в среднем в 15 раз выше границы нормы . В возрасте 8 сут жизни ребенку проводилась МРТ головного мозга, на которой были обнаружены высокоспецифичные признаки энцефаломиопатической формы митохон-дриального заболевания: симметричные поражения подкорковых ядер в виде кистозных изменений .

Таким образом, в настоящей работе представлено наблюдение пациентки с неонатальной манифестацией митохондриального заболевания - синдромом истощения мтДНК 13-го типа, обусловленным мутациями в гене FBXL4. Первые признаки заболевания были неспецифичными и имели характер сепсиспо-добного симптомокомплекса, появившегося после периода светлого промежутка в состоянии ребенка. Отмечался выраженный синдром угнетения, мышечной гипотонии, а также стойкий лактат-ацидоз, повышение уровня митохондриальных биомаркеров FGF-21 и GDF-15 в плазме крови и симметричные поражения в подкорковых структурах на МРТ головного мозга. В настоящее время не существует патогенетического лечения синдрома истощения мтДНК, но выявление генотипа пациента дает основание для проведения пренатальной диагностики, которая поможет предотвратить повторное рождение больного ребенка в семье.

ЛИТЕРАТУРА (REFERENCES)

1. Wallace DC. Mitochondrial diseases in man and mouse. Science 1999; 283: 1482-1488.

2. Pfeffer G., Majamaa K., Turnbull D.M., Thorburn D., Chin-nery P.F. Treatment for mitochondrial disorders. Cochrane Database Syst Rev 2012; 4: 1-42. DOI: 10.1002/14651858. CD004426.pub3

3. Maypek E. Inborn Errors of Metabolism - Early Detection, Key Symptoms and Therapeutic Options. Bremen. UNI-MED, 2008; 128.

4. Schaefer A.M., Taylor R.W., Turnbull D.M., Chin-nery P.F. The epidemiology of mitochondrial disorders-past, present and future. Biochim Biophys Acta 2004; 1659: 115-120.

5. Honzik T, Tesarova M., Magner M., Mayr J., Jesina Р. et al. Neonatal onset of mitochondrial disorders in 129 patients: clinical and laboratory characteristics and a new approach to diagnosis. J Inherit Metab Dis 2012; 35: 749-759. DOI 10.1007/s10545-011-9440-3

6. Gibson K., Halliday J.L., Kirby D.M., Yaplito-Lee J., Thorburn D.R., Boneh A. Mitochondrial oxidative phosphoryla-tion disorders presenting in neonates: clinical manifestations and enzymatic and molecular diagnoses. Pediatrics 2015; 122: 1003-1008. DOI: 10.1542/peds.2007-3502

7. Debray F.G., Lambert M., Mitchell G.A. Disorders of mito-

chondrial function. Curr Opin Pediatr 2008; 20: 471-482. DOI: 10.1097/M0P.0b013e328306ebb6

8. Van Rij M.C., Jansen F.A.R., Hellebrekers D.M.E.I., Onken-hout W, Smeets H.J.M., Hendrickx A.T. et al. Polyhydramnios and cerebellar atrophy: a prenatal presentation of mitochondrial encephalomyopathy caused by mutations in the FBXL4 gene. Clin Case Rep 2016; 4 (4): 425-428. DOI: 10.1002/ccr3.511

9. Koene S., Smeitink J. Mitochondrial medicine. A clinical guideline. First edition. Netherlands. Khondrion, Nijmegen, 2011; 135.

10. Крылова Т.Д., Прошлякова Т.Ю., Байдакова Г.В., Ит-кис Ю.С., Куркина М.В., Захарова Е.Ю. Биомаркеры в диагностике и мониторинге лечения болезней клеточных органелл. Медицинская генетика 2016; 15 (7): 3-10.

11. Liang C., Ahmad K, Sue C.M. The broadening spectrum of mitochondrial disease: Shifts in the diagnostic paradigm. Biochim Biophys Acta 2014; 1840 (4): 1360-1367. DOI: 10.1016/j.bbagen.2013.10.040

12. Davis R., Liang C., Edema-Hildebrand F., Riley C., Need-ham M. Fibroblast growth factor 21 is a sensitive bio-marker of mitochondrial disease. Neurology. Amer Acad Neurol 2013; 81: 1819-1826. DOI: 10.1212/01. wnl.0000436068.43384.ef

13. Pagliarini D.J., Calvo S.E., Chang B, Sheth S.A., Vafai S.B., Ong S.E. et al. A mitochondrial protein compendium elucidates complex I disease biology. Cell 2008; 134 (1): 112-123. DOI: 10.1016/j.cell.2008.06.016

14. Даниленко Н.Г., Цыганкова П.Г., Сивицкая Л.Н., Левдан-ский О.Д., Давыденко О.Г. Синдромы митохондриальной деплеции в неврологической практике: клинические особенности и ДНК-диагностика. Неврология и нейрохирургия (Восточная Европа) 2013; 19 (3): 97-111.

15. El-Hattab A.W., Craigen W.J., Scaglia F. Mitochondrial DNA maintenance defects. Biochim Biophys Acta 2017; 1863 (6): 1539-1555. DOI: 10.1016/j.bbadis.2017.02.017

16. Дегтярева А.В., Захарова Е.Ю., Цыганкова П.Г., Чеглецо-ва Е.В., Готье С.В., Цырюльникова О.М. Недостаточность митохондриальной деоксигуанозинкиназы. Вестник Российского государственного медицинского университета 2009; 1: 27-30.

17. Михайлова С.В., Захарова Е.Ю., Цыганкова П.Г., Абруко-ва А.В. Клинический полиморфизм митохондриальных энцефаломиопатий, обусловленных мутациями гена полимеразы гамма. Рос вестн пед и перинатол 2012; 57: 4(2): 54-61.

18. Bonnen P.E., Yarham J.W., Besse A., Wu P., Faqeih E.A., Al-Asmari A.M. et al. Mutations in FBXL4 cause mitochon-drial encephalopathy and a disorder of mitochondrial DNA maintenance. Am J Hum Genet 2013; 93: 471-481. DOI: 10.1016/j.ajhg.2013.07.017

19. Gai X., Ghezzi D., Johnson M.A., Biagosch C.A., Shamseld-in H.E., Haack T.B. et al. Mutations in FBXL4, encoding

Поступила 20.05.17

поддержки, о которых необходимо сообщить.

a mitochondrial protein, cause early-onset mitochondrial encephalomyopathy. Am J Hum Genet 2013; 93: 482-495. DOI: 10.1016/j.ajhg.2013.07.016

20. Huemer M., Karall D., Schossig A., Abdenur J.E. Clinical, morphological, biochemical, imaging and outcome parameters in 21 individuals with mitochondrial maintenance defect related to FBXL4 mutations. J Inherit Metab Dis 2015; 38 (5): 905-914. DOI:10.1007/s10545-015-9836-6

21. Antoun G., McBride S., Vanstone J., Naas T., Michaud J., Red-path S. Detailed Biochemical and Bioenergetic Characterization of FBXL4-Related Encephalomyopathic Mitochondrial DNA Depletion. JIMD Reports 2016; 27: 1-9. DOI: 10.1007/8904_2015_491

22. Baroy T., Pedurupillay C., Bliksrud Y, Rasmussen M., Holmgren A., VigelandM.D. et al. A novel mutation in FBXL4 in a Norwegian child with encephalomyopathic mitochondrial DNA depletion syndrome 13. Eur J Med Genet 2016; 59; 342-346. DOI: 10.1016/j.ejmg.2016.05.005

23. Winston J. T., Koepp D. M., Zhu C., Elledge S. J., Harper J. W. et al. A family of mammalian F-box proteins. Curr Biol 1999; 9: 1180-1182

24. Nirupam N., Nangia S., Kumar A., Saili A. An unusual case ofhyperlactataemia in a neonate. Intern J STD & AIDS 2012; 24 (12): 986-988. DOI: 10.1177/0956462413487326

25. Lefevere M.F., Verhaeghe B.J., Declerck D.H., Van Bocxlaer J.F., De Leenheer A.P., De Sagher R.M. Metabolic Profiling of Urinary Organic Acids by Single and Multicolumn Capillary Gas Chromatography. J Chromatogr Sci 1989; 27 (1): 23-29.

26. Mroch A.R., Laudenschlager M., Flanagan J.D. Detection of a novel FH whole gene deletion in the propositus leading to subsequent prenatal diagnosis in a sibship with fumarase deficiency. Am J Med Genet Part A 2012; 158A: 155-158. DOI: 10.1002/ajmg.a.34344

27. Dashe J., McIntire R.D., Ramus R., Santos-Ramos, Twick-ler D.M. Hydramnios: anomaly prevalence and sonographic detection. Obstet Gynecol 2002; 100: 134-139.

28. Raju G.P., Li H.C., Bali D., Chen Y.T., Urion D.K., Lidov H.G. et al. A case of congenital glycogen storage disease type IV with a novel GBE1 mutation. J Child Neurol 2008; 23: 349352. DOI: 10.1177/0883073807309248

29. Montero R., Yubero D., Villarroya J., Henares D., Jou C., Rodriguez M.A., Ramos F. et al. GDF-15 Is Elevated in Children with Mitochondrial Diseases and Is Induced by Mitochondri-al Dysfunction. PLoS ONE 2016; 11 (2): e0148709.

Наследственные болезни человека - обусловлены патологическими мутациями, которые передаются из поколения в поколение. Эти мутации могут быть локализованы как в половых хромосомах X или Y, так и в обычных. В первом случае характер наследования заболеваний различается у мужчин и женщин, во втором - пол не будет иметь значения в закономерностях наследования генетических мутаций. Наследственные болезни разделяют на две группы: хромосомные и генные .

Генные заболевания, в свою очередь, разделяют на моногенные и мультифакториальные . Происхождение первых зависит от наличия мутаций в определенном гене. Мутации могут нарушать структуру, повышать или снижать количественное содержание кодируемого геном белка.

Во многих случаях у больных не обнаруживается ни активности мутантного белка, ни его иммунологических форм. В результате нарушаются соответствующие обменные процессы что, в свою очередь, может приводить к аномальному развитию или функционированию различных органов и систем больного. Мультифакториальные заболевания - обусловлены комбинированным действием неблагоприятных факторов окружающей среды и генетических факторов риска, формирующих наследственную предрасположенность к заболеванию. К этой группе заболеваний относятся подавляющее большинство хронических болезней человека с поражением сердечно-сосудистой, дыхательной, эндокринной и других систем. К этой группе заболеваний можно отнести и ряд инфекционных болезней, чувствительность к которым во многих случаях также генетически детерминирована.

С определенной долей условности мультифакториальные болезни можно разделить на:

Врожденные пороки развития

Распространенные психические и нервные болезни

Распространенные болезни среднего возраста.

ВПР мультифакториальной природы - расщелина губы и неба, спинно-мозговая грыжа, стеноз привратника, анэнцефалия и черепно-мозговая грыжа, вывих бедра, гидроцефалия, гипоспадия, косолапость, астма бронхиальная, диабет сахарный, язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки, ревматоидный артрит, коллагенозы. Генные болезни - это большая группа заболеваний, возникающих в результате повреждения ДНК на уровне гена, употребляется в отношении моногенных заболеваний. Примеры:

Фенилкетонурия - нарушение превращения фенилаланина в тирозин из-за резкого снижения активности фенилаланингидроксилазы

Алкаптонурия - нарушение обмена тирозина вследствие пониженной активности фермента гомогентизиназы и накоплением в тканях организма гомотентизиновой кислоты

Глазно-кожный альбинизм - обусловлен отсутствием синтеза фермента тирозиназы.

Болезнь Ниманна-Пика - снижение активности фермента сфингомиелиназы, дегенерация нервных клеток и нарушение деятельности нервной системы

Болезнь Гоше - накопление цереброзидов в клетках нервной и ретикуло-эндотелиальной системы, обусловленное дефицитом фермента глюкоцереброзидазы.

Синдром Марфана паучьи пальцы, арахнодактилия - поражение соединительной ткани вследствие мутации в гене, ответственном за синтез фибриллина.

Хромосомные болезни - относятся болезни, обусловленные геномными мутациями или структурными изменениями отдельных хромосом. Хромосомные болезни возникают в результате мутаций в половых клетках одного из родителей. Примеры: Болезни, обусловленные нарушением числа аутосом неполовых хромосом

Синдром Дауна - трисомия по 21 хромосоме, к признакам относятся: слабоумие, задержка роста, характерная внешность, изменения дерматоглифики

Синдром Патау - трисомия по 13 хромосоме, характеризуется множественными пороками развития, идиотией, часто - полидактилия, нарушения строения половых органов, глухота; практически все больные не доживают до одного года

Синдром Эдвардса - трисомия по 18 хромосоме, нижняя челюсть и ротовое отверстие маленькие, глазные щели узкие и короткие, ушные раковины деформированы; 60% детей умирают в возрасте до 3-х месяцев, до года доживают лишь 10%, основной причиной служит остановка дыхания и нарушение работы сердца.

Болезни, связанные с нарушением числа половых хромосом

Синдром Шерешевского - Тёрнера - отсутствие одной Х-хромосомы у женщин 45 ХО вследствие нарушения расхождения половых хромосом; к признакам относится низкорослость, половой инфантилизм и бесплодие, различные соматические нарушения микрогнатия, короткая шея и др.

Полисомия по Х-хромосоме - включает трисомию кариотии 47, XXX, тетрасомию 48, ХХХХ, пентасомию 49, ХХХХХ, отмечается незначительное снижение интеллекта, повышенная вероятность развития психозов и шизофрении с неблагоприятным типом течения

Полисомия по Y-хромосоме - как и полисомия по X-хромосоме, включает трисомию кариотии 47, XYY, тетрасомию 48, ХYYY, пентасомию 49, ХYYYY, клинические проявления также схожи с полисомией X-хромосомы

Синдром Клайнфельтера - полисомия по X- и Y-хромосомам у мальчиков 47, XXY; 48, XXYY и др., признаки: евнухоидный тип сложения, гинекомастия, слабый рост волос на лице, в подмышечных впадинах и на лобке, половой инфантилизм, бесплодие; умственное развитие отстает, однако иногда интеллект нормальный.

Болезни, причиной которых является полиплоидия триплоидии, тетраплоидии и т. д.; причина - нарушение процесса мейоза вследствие мутации, в результате чего дочерняя половая клетка получает вместо гаплоидного 23 диплоидный 46 набор хромосом, то есть 69 хромосом у мужчин кариотип 69, XYY, у женщин - 69, XXX; почти всегда летальны до рождения.

Митохондриальные заболевания - группа наследственных заболеваний, связанных с дефектами в функционировании митохондрий, приводящими к нарушениям энергетических функций в клетках эукариотов, в частности - человека. Обусловлены генетическими, структурными, биохимическими дефектами митохондрий, приводящими к нарушениям тканевого дыхания. Они передаются только по женской линии к детям обоих полов, так как сперматозоиды передают зиготе половину ядерного генома, а яйцеклетка поставляет и вторую половину генома, и митохондрии.

Примеры: Помимо относительно распространённой митохондриальной миопатии , встречаются

Митохондриальный сахарный диабет, сопровождающийся глухотой DAD, MIDD,

Синдром MELAS - это сочетание, проявляющееся в раннем возрасте, может быть вызвано мутацией митохондриального гена MT-TL1, но сахарный диабет и глухота могут быть вызваны как митохондриальными заболеваниями, так и иными причинами

Наследственная оптическая нейропатия Лебера, характеризующийся потерей зрения в раннем пубертатном периоде

Синдром Вольфа-Паркинсона-Уайта

Рассеянный склероз и подобные ему заболевания

синдром Лея Leigh или подострая некротизирующая энцефаломиопатия: После начала нормального постнатального развития организма болезнь обычно развивается в конце первого года жизни, но иногда проявляется у взрослых. Болезнь сопровождается быстрой потерей функций организма и характеризуется судорогами, нарушенным состоянием сознания, деменцией, остановкой дыхания.

Выделяют большое число хронических заболеваний, одним из патогенетических звеньев которых является вторичная митохондриальная недостаточность. Их перечень далеко не полон и расширяется по сей день.

Все эти нарушения полиморфны, могут иметь различную степень выраженности и представлять интерес для медицинских специалистов самых различных областей - невропатологов, кардиологов, неонатологов, нефрологов, хирургов, урологов, оториноларингологов, пульмонологов и др.

По нашим данным, не менее трети всех детей-инвалидов в симптомокомплексе своих заболеваний имеют признаки полисистемного нарушения клеточной энергетики. Следует отметить, что за последние годы значительно увеличилось число детей с заболеваниями, сопровождающимися высокой вероятностью тканевой гипоксии.

Проведенные недавно в Московском НИИ педиатрии и детской хирургии исследования у детей, поступивших в генетическую клинику с недифференцированными нарушениями физического и нервно-психического развития, показали, что у половины из них отмечены нарушения клеточного энергообмена. Сотрудниками этого института впервые обнаружено наличие митохондриальных нарушений при таких патологиях у детей: болезни соединительной ткани (синдромы Марфана и Элерса-Данло), туберозный склероз, ряд неэндокринных синдромов, сопровождающихся задержкой роста (остеохондродисплазии, синдромы Аарскога, Сильвера-Рассела и др.), выявлено влияние митохондриальной недостаточности на течение ряда кардиологических, наследственных, хирургических и других заболеваний. Совместно с сотрудниками Смоленской медицинской академии описана декомпенсирующая митохондриальная недостаточность при сахарном диабете 1 типа у детей со сроком заболевания более 5 лет.

Особо следует отметить полисистемные митохондриальные дисфункции, вызванные экопатогенными факторами. Среди последних - как хорошо известные (например, угарный газ, цианиды, соли тяжелых металлов), так и описанные сравнительно недавно (в первую очередь побочные действия ряда лекарственных веществ - азидотимидина, вальпроатов, аминогликозидов и некоторых других). Кроме того, к этой же группе относятся митохондриальные дисфункции, вызванные рядом алиментарных нарушений (прежде всего дефицит витаминов группы В).

Наконец, отдельно нужно упомянуть о том, что, по мнению многих исследователей, увеличение числа митохондриальных дисфункций является если не основным, то одним из важнейших механизмов старения. На международном симпозиуме по митохондриальной патологии, состоявшемся в Венеции в 2001 г., было сообщено об открытии специфических мутаций митохондриальной ДНК, появляющихся при старении. Эти мутации не обнаруживаются у молодых пациентов, а у лиц пожилого возраста определяются в различных клетках организма с частотой свыше 50%.

Патогенез.

Снижение доставки кислорода к нервной клетке в условиях острой ишемии приводит к ряду регуляторных функционально-метаболических изменений в митохондриях, среди которых нарушения состояния митохондриальных ферментных комплексов (МФК) играют ведущую роль и которые приводят к подавлению аэробного синтеза энергии. Общая ответная реакция организма на острую кислородную недостаточность характеризуется активацией срочных регуляторных компенсаторных механизмов. В нейрональной клетке включаются каскадные механизмы внутриклеточной сигнальной трансдукции, ответственные за экспрессию генов и формирование адаптивных признаков. Такая активация проявляется уже через 2-5 минут кислородного голодания и протекает на фоне снижения дыхания, связанного с подавлением МФК-1. Подтверждением вовлечения в адаптивные процессы внутриклеточных сигнальных систем, необходимых для формирования геномзависимых адаптивных реакций, являются активация протеинкиназ -- конечных звеньев этих систем, открытие мито-КАТФ-канала, усиление связанного с ним АТФ-зависимого транспорта К+, повышенная генерация H2O2.

На этом этапе приспособительных реакций ключевая роль отводится семействам так называемых ранних генов, продукты которых регулируют экспрессию генов позднего действия. На сегодняшний день установлено, что в мозге к таким генам относятся NGFI-A, c-jun, junB, c-fos, играющие важную роль в процессах нейрональной пластичности, обучения, выживаемости/гибели нейронов. В том случае, когда прекондиционирование оказывало защитное действие и корригировало нарушения, вызванные тяжелым гипоксическим воздействием в чувствительных к гипоксии структурах мозга, наблюдалось повышение экспрессии мРНк всех этих генов, так же как и мРНК генов митохондриальных антиоксидантов.

Более длительное пребывание в условиях сниженного содержания кислорода сопровождается переходом на новый уровень регуляции кислородного гомеостаза, который характеризуется экономизацией энергетического обмена (изменением кинетических свойств ферментов окислительного метаболизма, которому сопутствует увеличение эффективности окислительного фосфорилирования, появлением новой популяции мелких митохондрий с набором ферментов, позволяющих им работать в этом новом режиме). Кроме того, в данных условиях адаптация к гипоксии на клеточном уровне тесно связана с транскрипционной экспрессией индуцируемых гипоксией генов позднего действия, которые участвуют в регуляции множественных клеточных и системных функций и необходимы для формирования адаптивных признаков. Известно, что при низких концентрациях кислорода этот процесс контролируется прежде всего специфическим транскрипционным фактором, индуцируемым при гипоксии во всех тканях (HIF-1). Этот фактор, открытый в начале 90-х годов, функционирует как главный регулятор кислородного гомеостаза и является механизмом, с помощью которого организм, отвечая на тканевую гипоксию, контролирует экспрессию белков, ответственных за механизм доставки кислорода в клетку, т.е. регулирует адаптивные ответы клетки на изменения оксигенации тканей.

В настоящее время для него идентифицировано более 60 прямых генов-мишеней. Все они способствуют улучшению доставки кислорода (эритропоэза, ангиогенеза), метаболической адаптации (транспорту глюкозы, усилению гликолитической продукции АТФ, ионному транспорту) и клеточной пролиферации. Продукты регулируемых HIF-1 действуют на разных функциональных уровнях. Конечным результатом такой активации является увеличение поступления O2 в клетку.

Идентификация и клонирование HIF-1 позволили установить, что он представляет собой гетеродимерный redox-чувствительный белок, состоящий из двух субъединиц: индуцибельно экспрессируемой кислородочувствительной субъединицы HIF-1б и конститутивно экспрессируемой субъединицы HIF-1в (транслокатор арилгидрокарбонового ядерного рецептора -- aryl hydrocarbon receptor nuclear translocator -- ARNT). Гетеродимеризуясь с арилкарбоновым рецептором (AHR), он образует функциональный диоксиновый рецептор. Известны и другие белки семейства HIF-1б: HIF-2б, HIF-3б. Все они принадлежат к семейству основных белков, содержащих в аминокислотной концевой части каждой субъединицы базисный домен «спираль -- петля -- спираль» (basic helix-loop-helix -- bHLH), характерный для самых различных транскрипционных факторов и необходимый для димеризации и связывания ДНК.

HIF-1б состоит из 826 аминокислотных остатков (120 kD) и содержит два транскрипционных домена в C-терминальном конце. В нормоксических условиях его синтез происходит с невысокой скоростью и его содержание минимально, так как он подвергается быстрой убиквитинации и деградации протеосомами. Этот процесс зависит от взаимодействия имеющегося в первичной структуре HIF-1б и специфичного для него кислородозависимого домена деградации (ODDD -- oxygen dependant domen degradation) с широко распространенным в тканях белком von Hippel Lindau (VHL) -- супрессором опухолевого роста, который действует как протеинлигаза.

Молекулярной основой для такой регуляции является O2-зависимое гидроксилирование двух его пролиновых остатков P402 и P564, входящих в структуру HIF-1б, одним из трех ферментов, известных под общим названием «белки пролилгидроксилазного домена (PHD)», или «HIF-1б-пролилигидроксилазы», что необходимо для связывания HIF-1б с белком VHL. Обязательными компонентами процесса являются также б-кетоглутарат, витамин C и железо. Наряду с этим происходит гидроксилирование остатка аспарагина в C-терминальном трансактивационном домене (C-TAD), что приводит к подавлению транскрипционной активности HIF-1б. После гидроксилирования остатков пролина в ODDD и остатка аспарагина происходит связывание HIF-1б с белком VHL, которое делает доступной эту субъединицу протеосомной деградации.

В условиях резкого дефицита кислорода кислородозависимый процесс гидроксилирования пролиловых остатков, характерный для нормоксии, подавляется. В силу этого VHL не может связаться с HIF-1б, его деградация протеосомами ограничивается, что делает возможным его аккумуляцию. В отличие от этого p300 и CBP могут связываться с HIF-1б, так как этот процесс не зависит от аспарагинилгидроксилирования. Это обеспечивает активацию HIF-1б, его транслокацию в ядро, димеризацию с HIF-1в, приводящую к конформационным изменениям, образованию транскрипционного активного комплекса (HRE), запускающего активацию широкого спектра HIF-1-зависимых генов-мишеней и синтез защитных адаптивных белков в ответ на гипоксию.

Вышеприведенные механизмы внутриклеточной сигнальной трансдукции происходят в клетке при ее адаптации к гипоксии. В случае, когда наступает дезадаптация, в клетке накапливается значительная концентрация АФК, активизируются процессы ее апоптической гибели.

В числе первых можно назвать, в частности, переход фосфатидилсерина в наружный мембранный слой и фрагментацию ДНК под действием АФК и NO. В этой мембране фосфатидилсерин обычно присутствует только во внутреннем липидном слое. Такое асимметричное распределение данного фосфолипида обусловлено действием особой транспортной ATPазы, переносящей фосфатидилсерин из внешнего липидного слоя плазматической мембраны во внутренний. Эта ATPаза либо инактивируется окисленной формой фосфатидилсерина, либо просто «не узнает» окисленный фосфолипид. Вот почему окисление фосфатидилсерина посредством АФК ведет к его появлению во внешнем слое плазматической мембраны. По-видимому, существует специальный рецептор, обнаруживающий фосфатидилсерин в наружном липидном слое. Предполагается, что этот рецептор, связав фосфатидилсерин, шлет внутрь клетки сигнал апоптоза.

Фосфатидилсерин играет ключевую роль в так называемом принудительном апоптозе, вызываемом определенным типом лейкоцитов. Клетка с фосфатидилсерином во внешнем слое клеточной мембраны «узнается» этими лейкоцитами, которые инициируют ее апоптоз. Один из апоптогенных механизмов, используемых лейкоцитами, состоит в том, что лейкоциты начинают выделять в межклеточное пространство вблизи клетки-мишени белки перфорин и гранзимы. Перфорин проделывает отверстия во внешней мембране клетки-мишени. Гранзимы входят в клетку и запускают в ней апоптоз.

Иной способ, используемый лейкоцитом для принуждения клетки-мишени к вхождению в апоптоз, состоит в ее бомбардировке супероксидом, образующимся снаружи лейкоцита посредством специальной трансмембранной дыхательной цепи плазматической мембраны. Эта цепь окисляет внутриклеточный NADPH, с которого электроны переносятся на флавин и далее на особый цитохром b, способный окисляться кислородом с выделением супероксида снаружи лейкоцита. Супероксид и другие образующиеся из него АФК окисляют фосфатидилсерин плазматической мембраны клетки-мишени, тем самым усиливая апоптозный сигнал, посылаемый клетке этим фосфолипидом.

Кроме того, лейкоциты включают фактор некроза опухоли. TNF связывается с его рецептором на внешней стороне плазматической мембраны клетки-мишени, что активирует сразу несколько параллельных путей запуска апоптоза. В одном из них происходит образование активной каспазы-8 из прокаспазы-8. Каспаза-8 -- протеаза, расщепляющая цитозольный белок Bid с образованием его активной формы tBid (truncated Bid). tBid меняет конформацию другого белка, Bax, вызывая образование проницаемого для белков канала во внешней мембране митохондрий, что приводит к их выходу из межмембранного пространства в цитозоль.

Разнообразие путей АФК-зависимого апоптоза иллюстрирует рис. 1. Истинная картина, по всей вероятности, еще более сложна, так как помимо TNF есть и другие внеклеточные индукторы апоптоза (цитокины), действующие каждый через свой собственный рецептор. Кроме того, существуют антиапоптозные системы, противостоящие проапоптозным системам. Среди них белки типа Bcl-2, тормозящие проапоптическую активность Bax; уже упоминавшиеся ингибиторы каспаз (IAP); белок NFkB (nuclear factor kB), индуцируемый посредством TNF. NFkB включает группу генов, среди которых есть те, которые кодируют супероксиддисмутазу и другие антиоксидантные и антиапоптозные белки.

Все эти сложности отражают то очевидное обстоятельство, что для клетки «решение покончить с собой» есть крайняя мера, когда исчерпаны все другие возможности предотвращения ее ошибочных действий.

Приняв во внимание изложенное выше, можно представить себе следующий сценарий событий, призванных защитить организм от АФК, генерируемых митохондриями. Образовавшись в митохондриях, АФК вызывают открытие поры и, как следствие, -- выход цитохрома С в цитозоль, что немедленно включает дополнительные антиоксидантные механизмы, а затем митоптоз. Если в митоптоз уходит лишь небольшая часть внутриклеточной популяции митохондрий, концентрации цитохрома С и других митохондриальных проапоптических белков в цитозоле не достигают значений, необходимых, чтобы активировать апоптоз. Если же все больше и больше митохондрий становятся суперпродуцентами АФК и «открывают кингстоны», эти концентрации возрастают и начинается апоптоз клетки, содержащей много дефектных митохондрий. В результате происходит очистка ткани от клеток, митохондрии которых образуют слишком много АФК.

Таким образом, можно говорить о митохондриальной дисфункции как о новом патобиохимическом механизме нейродегенеративных расстройств широкого спектра. В настоящий момент выделяют два вида митохондриальной дисфункции -- первичную, как следствие врожденного генетического дефекта, и вторичную, возникающую под действием различных факторов: гипоксии, ишемии, оксидативного и нитрозирующего стресса, экспрессии провоспалительных цитокинов. В современной медицине все более значимое место занимает учение о полисистемных нарушениях клеточного энергообмена, так называемой митохондриальной патологии, или митохондриальной дисфункции.

Митохондриальные дисфункции -- разнородная группа патологии, вызванная генетическими, биохимическими и структурно-функциональными дефектами митохондрий с нарушением клеточно-тканевого дыхания. Классификация митохондриальной дисфункции имеет свою историю. Одной из первых была схема, основанная на биохимических дефектах метаболизма. Недостаточно глубокой оказалась и систематизация по клиническим синдромам, среди них ранее выделяли:

1) синдромы установленной митохондриальной природы;
2) синдромы предположительно митохондриальной природы;
3) синдромы -- следствия митохондриальной патологии.

Первое упоминание о болезни, связанной с дефектом митохондрий, относится к 1962 г.: R. Luft и соавт. описали случай заболевания, при котором имело место нарушение сопряжения дыхания и фосфорилирования в митохондриях скелетных мышц у пациента с нетиреоидным гиперметаболизмом. В последующие годы были описаны клинические, биохимические и морфологические аспекты митохондриальных энцефаломиопатий. В развитии этого направления большую роль сыграло использование модифицированной окраски по Гомори, с помощью которой удавлось выявлять в скелетных мышцах волокна с измененными митохондриями -- так называемые ragged-red волокна (RRF).

Позднее, с открытием митохондриального генома и мутаций мДНК или яДНК, удалось применить генетический принцип классификации для первичной, врожденной митохондриальной дисфункции -- сначала в упрощенном виде, затем в усложненном. Ключевая область митохондриальной патологии -- наследственные синдромы, в основе которых лежат мутации генов, ответственных за митохондриальные белки (синдромы Кернса -- Сейра, MELAS, MERRF, Пирсона, Барта и др.). Митохондриальные дисфункции проявляются широким рядом клинических симптомов. Эти мутации способны вовлекать тРНК, рРНК или структурные гены и могут выражаться биохимически как дефекты всей электронно-транспортной цепи или как дефекты отдельных энзимов.

На протяжении 90-х годов XX столетия идентификация множества митохондриальных дефектов, обусловливающих клинически совершенно разные расстройства, ставила в тупик клиницистов в отношении диагностики гетерогенных и сложных синдромов, характеризующихся следующими признаками:

-- скелетные мышцы: низкая толерантность к физической нагрузке, гипотония, проксимальная миопатия, включающая фациальные и фарингеальные мышцы, офтальмопарез, птоз;
-- сердце: нарушение сердечного ритма, гипертрофическая миокардиопатия;
-- ЦНС: атрофия зрительного нерва, пигментная ретинопатия, миоклонус, деменция, инсультоподобные эпизоды, расстройства психики;
-- периферическая нервная система: аксональная невропатия, нарушение двигательной активности гастроинтестинального тракта;
-- эндокринная система: диабет, гипопаратиреоидизм, нарушение экзокринной функции поджелудочной железы, низкий рост.

Поскольку первичные митохондриальные дисфункции проявляются у человека целым рядом различных симптомов, клиницисты попробовали объединить некоторые группы наиболее часто встречающихся комбинаций симптомов в синдромы:

· MELAS -- Mitochondrial Myopathy, Encephalopathy, Lactic Acidosis and Stroke-like episodes (митохондриальная миопатия, энцефалопатия, лактат-ацидоз, инсультоподобные эпизоды).
· CPEO/PEO -- External Ophtalmoplegia, Ophtalmoplegia plus syndrome (офтальмоплегия, связанная с поражением глазодвигательных мышц, офтальмоплегия плюс синдром).
· KSS -- Kearns -- Sayre Syndrome -- retinopathy, proximal muscle weakness, cardiac arrhythmia and ataxia (ретинопатия, слабость проксимальных мышц, аритмия, атаксия).
· MERRF -- Myoclonic Epilepsy associated with Ragged Red Fibres (миоклоническая эпилепсия с обнаружением RRF).
· LHON -- Leber Hereditary Optic Neuropathy (врожденная невропатия глазного нерва).
· Leig syndrome -- infantile subacute necrotizing encephalopathy (инфантильная подострая некротизирующая энцефалопатия).
· NAPR -- Neuropathy, Ataxia and Pigmentary Retinopathy (невропатия, атаксия и пигментная ретинопатия).

Митохондриальные заболевания — неоднородная группа наследственных заболеваний, которые вызваны структурными, генетическими или биохимическими дефектами митохондрий, приводящих к нарушениям энергетических функций в клетках эукариотических организмов. У человека при митохондриальных заболеваниях в первую очередь поражается мышечная и нервная система.

МКБ-9	277.87
MeSH	D028361
DiseasesDB	28840

Общие сведения

Митохондриальные заболевания как отдельный тип патологий выделены в конце ХХ века после выявления мутации генов, которые ответственны за синтез митохондриальных белков.

Открытые в 1960-х годах мутации митохондриальной ДНК и вызванные этими мутациями болезни более изучены, чем заболевания, вызванные нарушениями ядерно-митохондриальных взаимодействий (мутации ядерной ДНК).

По имеющимся на сегодняшний день данным не менее 50 известных медицине заболеваний связано с митохондриальными нарушениями. Распространенность этих заболеваний составляет 1:5000.

Виды

Митохондрии являются уникальными клеточными структурами, которые обладают собственным ДНК.

Согласно мнению многих исследователей, митохондрии – потомки архебактерий, превратившиеся в эндосимбионтов (микроорганизмы, которые живут в организме «хозяина» и приносят ему пользу). В результате внедрения в эукариотические клетки они постепенно утратили или передали ядру эукариотического хозяина большую часть генома, и это учитывается при классификации. Также принимается во внимание и участие дефектного белка в биохимических реакциях окислительного фосфорилирования, которое позволяет запасать энергию в виде АТФ в митохондриях.

Единой общепринятой классификации не существует.

Обобщенная современная классификация митохондриальных заболеваний выделяет:

Заболевания, которые возникают при мутациях митохондриальной ДНК. Дефекты могут быть вызваны точечными мутациями белков, тРНК или рРНК (обычно наследуются по материнской линии), или структурными перестановками – спорадическими (нерегулярными) дупликациями и делециями. Это первичные митохондриальные заболевания, к которым относятся наследственные ярко выраженные синдромы — синдром Кернса — Сейра, синдром Лебера, синдром Пирсона, синдром NAPR, синдром MERRF и др.
Заболевания, которые вызваны дефектами ядерной ДНК. Ядерные мутации могут нарушать функции митохондрий – окислительное фосфолирование, работу электронтранспортной цепи, утилизацию или транспорт субстратов. Также мутации ядерной ДНК вызывают дефекты ферментов, которые необходимы для обеспечения циклического биохимического процесса — цикла Кребса, являющегося ключевым этапом дыхания всех использующих кислород клеток и центром пересечения в организме метаболических путей. К данной группе относят гастроинтестинальное митохондриальное заболевание, синдром Люфта, атаксию Фридриха, синдром Альперса, болезни соединительной ткани, диабет и др.
Заболевания, которые возникают в результате нарушений в ядерной ДНК и вызванных этими нарушениями вторичных изменений в митохондриальной ДНК. Вторичными дефектами являются тканеспецифические делеции или дупликации митохондриальной ДНК и уменьшение количества копий митохондриальной ДНК или их отсутствие в тканях. В данную группу входят печеночная недостаточность, синдром Де Тони-Дебре-Фанкони и др.

Причины развития

Митохондриальные заболевания вызываются дефектами находящихся в клеточной цитоплазме органелл — митохондрий. Основной функцией этих органелл является выработка энергии из поступающих в цитоплазму продуктов клеточного обмена веществ, которая происходит благодаря участию около 80 ферментов. Выделяющаяся энергия запасается в виде молекул АТФ, а затем преобразуется в механическую или биоэлектрическую энергию и т.д.

Причины митохондриальных заболеваний – нарушение выработки и аккумуляции энергии из-за дефекта одного из ферментов. В первую очередь при хроническом дефиците энергии страдают самые энергозависимые органы и ткани – ЦНС, сердечная мышца и скелетные мышцы, печень, почки и эндокринные железы. Хронический дефицит энергии вызывает патологические изменения в данных органах и провоцирует развитие митохондриальных заболеваний.

Этиология митохондриальных заболеваний имеет свою специфику – большинство мутаций происходит в генах митохондрий, поскольку в этих органеллах интенсивно протекают окислительно-восстановительные процессы и образуются повреждающие ДНК свободные радикалы. У митохондриальной ДНК механизмы восстановления повреждений несовершенны, так как ее не защищают белки-гистоны. В результате дефектные гены накапливаются быстрее в 10-20 раз, чем в ядерной ДНК.

Мутировавшие гены передаются при делении митохондрий, поэтому даже в одной клетке находятся органеллы с разным вариантом генома (гетероплазмия). При мутации митохондриального гена у человека наблюдается смесь мутантной и нормальной ДНК в любом соотношении, поэтому даже при наличии одинаковой мутации митохондриальные заболевания у людей выражены в разной степени. Наличие 10% дефектных митохондрий не оказывает патологического влияния.

Мутация может длительное время не проявляться, так как нормальные митохондрии компенсируют на начальном этапе недостаточность функции дефектных митохондрий. Со временем дефектные органеллы накапливаются, и проявляются патологические признаки заболевания. При раннем манифесте течение болезни более тяжелое, прогноз может быть негативным.

Митохондриальные гены передаются только от матери, так как содержащая эти органеллы цитоплазма присутствует в яйцеклетке и практически отсутствует в сперматозоидах.

Митохондриальные заболевания, которые вызваны дефектами ядерной ДНК, передаются благодаря аутосомно-рецессивному, аутосомно-доминантному или Х-сцепленному типу наследования.

Патогенез

Геном митохондрий отличается от генетического кода ядра и больше напоминает код бактерий. У человека геном митохондрий представлен копиями небольшой кольцевой молекулы ДНК (их число колеблется от 1 до 8). Каждая митохондриальная хромосома кодирует:

13 белков, которые отвечают за синтез АТФ;
рРНК и тРНК, которые участвуют в происходящем в митохондриях синтезе белка.

Около 70 генов белков митохондрий кодируются генами ядерной ДНК, благодаря чему осуществляется централизованная регуляция функций митохондрий.

Патогенез митохондриальных заболеваний связан с процессами, которые происходят в митохондриях:

С транспортом субстратов (органической кетокислоты пирувата, которая является конечным продуктом метаболизма глюкозы, и жирных кислот). Происходит под воздействием карнитин-пальмитоил-трансферазы и карнитина.
С окислением субстратов, которое происходит под влиянием трех ферментов (пируватдегидрогеназы, липоат-ацетилтрансферазы и липоамид-дегидрогеназы). В результате процесса окисления образуется ацетил-КоА, участвующий в цикле Кребса.
С циклом трикарбоновых кислот (цикл Кребса), который не только занимает центральное место в энергетическом обмене, но и поставляет промежуточные соединения для синтеза аминокислот, углеводов и других соединений. Половина стадий цикла является окислительными процессами, в результате которых выделяется энергия. Эта энергия аккумулируется в виде восстановленных коферментов (молекул небелковой природы).
С окислительным фосфорилированием. В результате полного разложения пирувата в цикле Кребса образуются коферменты NAD и FAD, участвующие в переносе электронов в дыхательную цепь переноса электронов (ЭТЦ). ЭТЦ контролируется митохондриальным и ядерным геномом и осуществляет транспорт электронов при помощи четырех мультиферментных комплексов. Пятый мультиферментный комплекс (АТФ-синтаза) катализирует синтез АТФ.

Патология может возникать как при мутациях генов ядерной ДНК, так и при мутациях генов митохондрий.

Симптомы

Митохондриальные заболевания отличаются значительным разнообразием симптомов, поскольку в патологический процесс вовлекаются разные органы и системы.

Нервная и мышечная системы являются самыми энергозависимыми, поэтому от дефицита энергии они страдают в первую очередь.

К симптомам поражения мышечной системы относятся:

снижение или потеря возможности выполнять двигательные функции в связи со слабостью мышц (миопатический синдром);
гипотония;
боли и болезненные спазмы мышц (крампи).

Митохондриальные заболевания у детей проявляются в головной боли, рвоте и слабости мышц после физической нагрузки.

Поражение нервной системы проявляется в:

задержке психомоторного развития;
утрате приобретенных ранее навыков;
наличии судорог;
наличии периодического появления апноэ и ;
повторных коматозных состояниях и смещении кислотно-щелочного баланса организма (ацидоз);
нарушениях походки.

У подростков наблюдаются головные боли, периферические нейропатии (онемение, утрата чувствительности, паралич и др.), инсультоподобные эпизоды, патологические непроизвольные движения, головокружение.

Для митохондриальных заболеваний также характерны поражения органов чувств, которые проявляются в:

атрофии зрительных нервов;
птозе и наружной офтальмоплегии;
катаракте, помутнении роговицы, пигментной дегенерации сетчатки;
дефекте поля зрения, которое наблюдается у подростков;
снижении слуха или нейросенсорной глухоте.

Признаками митохондриальных заболеваний являются и поражения внутренних органов:

кардиомиопатия и блокады сердца;
патологическое увеличение печени, нарушения ее функций, печеночная недостаточность;
поражения проксимальных почечных канальцев, сопровождающиеся повышенным выведением глюкозы, аминокислот и фосфатов;
приступы рвоты, дисфункция поджелудочной железы, диарея, целиакоподобный синдром.

Наблюдается также макроцитарная анемия, при которой увеличен средний размер эритроцитов, и панцитопения, для которой характерно снижение количества всех видов клеток крови.

Поражение эндокринной системы сопровождается:

задержкой роста и нарушением полового развития;
гипогликемией и диабетом;
гипоталамо-гипофизарным синдромом с дефицитом СТГ;
дисфункцией щитовидной железы;
гипотиреозом, нарушением обмена фосфора и кальция и .

Диагностика

Диагностика митохондриальных заболеваний основывается на:

Изучении анамнеза. Поскольку все симптомы митохондриальных заболеваний не являются специфическими, диагноз предполагается при комбинации трех и более симптомов.
Физикальном обследовании, которое включает тесты на выносливость и силу.
Неврологическом обследовании, включающем проверку зрения, рефлексов, речи и познавательных способностей.
Специализированных пробах, которые включают наиболее информативный тест – мышечную биопсию, а также фосфорную магнитно-резонансную спектроскопию и др. неинвазивные методы.
КТ и МРТ, которые позволяют выявить признаки повреждения головного мозга.
ДНК-диагностике, которая позволяет выявить митохондриальные заболевания. Не описанные ранее мутации определяются методом прямого секвенирования мтДНК.

Лечение

Эффективное лечение митохондриальных заболеваний активно разрабатывается. Внимание уделяется:

Увеличению эффективности энергетического обмена при помощи тиамина, рибофлавина, никотинамида, коэнзима Q10 (показывает хороший результат при синдроме MELAS), витамина С, цитохрома С и т.д.
Профилактике повреждения мембран митохондрий свободными радикалами, для которой используются a-липоевая кислота и витамин Е (антиоксиданты), а также мембранопротекторы (цитиколин, метионин и др.).

Лечение также включает применение креатина моногидрата как альтернативного источника энергии, снижение уровня молочной кислоты и физические упражнения.

Нашли ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl + Enter

Версия для печати