与疾病相关的线粒体DNA突变最新研究

　　

生物通报道：来自温州医学院浙江省医学遗传学重点实验室，温州医学院附属眼视光医院的研究人员发现线粒体ND1 T3866C可能是与Leber’s遗传性视神经病和四肢畸形跛行相关的线粒体基因突变。这对于进一步确认这一疾病的机制，以及治疗这一疾病具有重要的意义。这一研究成果公布在《遗传》杂志上。

线粒体在细胞的生命活动过程中承担重要的功能，线粒体DNA突变导致的线粒体代谢缺陷往往会引发线粒体疾病，症状非常复杂，发病率也较高。之前的研究已证实线粒体DNA(mtDNA)突变与人类许多疾病的发病机制相关。

Leber’s遗传性视神经病(Leber’s hereditaryoptic neuropathy, LHON)是 1858 年由Von Grafe等首先报道, 1871 年以德国眼科医生Leber的名字命名的。它是一种主要累及视网膜、巩膜筛板前部视乳头黄斑束纤维, 导致视神经退行性变的母系遗传病。临床主要表现为双眼同时或先后的急性或亚急性无痛性视力减退, 多在 20~30 岁间出现症状 。

线粒体DNA(Mitochondrial DNA,mtDNA)突变是导致其发病的主要分子基础, 目前[3]已发现 50 多个相关位点 。其中ND4 G11778A、ND1G3460A、ND6 T14484C 3 个原发突变在不同种族的LHON家系中占 50%以上 , 这提示还有其他LHON相关的mtDNA突变存在。

在这篇文章中，为了深入研究中国人群中LHON发病的分子机制和突变频谱, 研究人员对全国范围内多个LHON家系进行了系统性的研究。在筛查过程中发现一例携带线粒体ND1基因T3866C突变的WZ205家系, 并对该家系进行临床和分子遗传学分析。

这一具有典型母系遗传特征的中国人Leber’s遗传性视神经病和四肢畸形跛行的家系共5代60人，共27名母系成员，其中4人只有Leber’s遗传性视神经病症状，1人呈现四肢畸形跛行症状，4人同时具有上述两种临床症状，而其他成员无临床症状。先证者mtDNA全序列分析表明，ND1基因T3866C突变位点和43个多态位点（不包括G11778A、G3460A 和 T14484C 三个原发位点），属于东亚单体型D4a3。MtDNA 3866位点T-C碱基的改变使ND1亚基第187位进化高度保守的异亮氨酸转变为苏氨酸，从而改变该蛋白的结构，进而影响其功能。另有报道T3866 C突变可能与儿童线粒体脑肌病有关；且在135名正常对照中未发现该突变。因此，线粒体ND1 T3866C可能是与Leber’s遗传性视神经病和四肢畸形跛行相关的线粒体基因突变。

WZ205家系中男女发病率在中国人群中为 1:2 至 3.5:1 。外显率为 29.6%, 比已报道的单独G11778A的LHON家系的外显率高 , 而比原发位点协同继发位点家系的外显率低 , 比Zhou 等报道的 5 个携带 G11696A 突变的家系外显率高。另外, 该家系有些成员同时具有LHON和四肢畸形跛行症状(Ⅲ-1、Ⅲ-5、Ⅲ-7、Ⅳ-13); 有些成员只具有LHON症状(Ⅰ-2、Ⅲ-10、Ⅲ-20、Ⅲ-25); 而Ⅲ-22 只表现为四肢畸形跛行。这是第一个除具有典型LHON症状外 还表现为四肢畸形跛行的家系。 具有LHON表现和(或)四肢畸形跛行的患者只存在于母系成员中, 提示mtDNA 突变可能为其发病的分子基础。

研究人员通过对先证者的线粒体全基因组进行分析, 发现了一个可能与LHON和四肢畸形跛行相关的线粒体ND1 T3866C突变以及其他 43 个mtDNA 变异位点, 属于东亚D4a3 线粒体单体型。在这些突变中其他 43 个突变位点进化上并不保守, 因此可以认为他们为多态性位点。另外, 在 135 名正常对照中未发现该突变。但 T3866C 突变使NADH脱氢酶ND1 亚单位第 187 位非极性疏水性异亮氨酸转变为极性中性苏氨酸, 该氨基酸在 29 种物种中的保守系数达 100%。同时其蛋白二级结构 预测分析显示 蛋白为 个跨膜域组成SOSUI ND1 8的分子, 其中 I187T 位于第５个跨膜区, 位于跨膜区氨基酸的疏水性极性改变会影响整个蛋白的三维构象, 从而影响ND1 蛋白的功能, 使NADH脱氢酶活性减低, 进而影响线粒体ATP的产生 。视神经属于中枢神经系统, 在组成视神经的纤维中直径小的多属于乳头黄斑束, 它们对能量的需求较高; 而由于无髓鞘视网膜神经节细胞轴突的存在, 视网膜的能量需求比脑部更高, 对能量缺乏很敏感, 故当有视神经变性、能量衰竭时, 最易受损。因此, 线粒体ATP产生减少可能会首先累及乳头黄斑束和视网膜而发病。

线粒体 ND1 T3866C 可能是与 LHON 和四肢畸形跛行相关的突变。然而该家系成员不完全外显及发病年龄不同和视力损害程度不等, 说明 T3866C突变本身可能不足以致病, 其他修饰因子如核修饰基因、环境因素等在疾病的发生发展中起到一定的作用。

（生物通：万纹）