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为探究线粒体 DNA 耗竭综合征（MDS）相关基因，研究人员对 TK2基因突变进行研究，发现新突变并明确其致病性。
在生命的微观世界里，线粒体就像一个个小小的 “能量工厂”，为细胞的正常运转提供源源不断的动力。然而，当这个 “能量工厂” 出现故障时，一系列严重的疾病就可能随之而来。线粒体 DNA 耗竭综合征（MDS）便是这样一种棘手的疾病，它属于常染色体隐性遗传性疾病，在婴儿期就早早发病，病情发展迅速，往往导致患儿过早死亡，给无数家庭带来了沉重的打击。
MDS 的发病根源在于 mtDNA 拷贝数显著减少，这使得线粒体无法正常工作，进而影响到全身多个组织器官，尤其是骨骼肌、肝脏和大脑。目前，已知有 8 个基因的突变与 MDS 相关，其中胸腺嘧啶激酶 2（TK2）基因突变与 MDS 的肌病型密切相关。TK2在静止组织如骨骼肌中，作为唯一的嘧啶核苷补救酶，对线粒体 DNA 的复制和脱氧核糖核苷酸三磷酸池的平衡起着至关重要的作用。一旦 TK2基因出现异常，就可能引发线粒体功能障碍，导致一系列临床症状。
尽管已有不少 MDS 病例的报道，但与 TK2突变相关且伴有脂质沉积的病例却极为罕见，而 TK2基因的大片段缺失更是少之又少。为了深入了解这一罕见疾病背后的遗传机制，山东大学齐鲁医院的研究人员开展了一项极具意义的研究，相关成果发表在《Orphanet Journal of Rare Diseases》上。
研究人员为了探寻与 MDS 相关的基因，采用了多种先进的研究方法。首先，他们运用全外显子测序技术，对患者的基因进行全面检测，寻找潜在的致病突变。随后，通过基因组分析、结构分析、组织病理学分析以及功能分析等一系列实验，深入评估这些突变的致病性。此外，研究人员还构建了带有 TK2突变的 HEK293T 细胞模型，以此来研究大片段缺失对线粒体功能的具体影响。
通过一系列严谨的研究，研究人员取得了重要的发现。在基因分析方面，他们发现患者的 TK2基因存在一种新型的复合杂合突变，包含一个从外显子 5 到 10 的大片段缺失（E5-E10 del），以及一个先前已报道的错义突变（c.311G>A，p.Arg104His）。经分析，该缺失突变遗传自母亲，错义突变遗传自父亲。根据相关的变异分类标准，这两个突变均被判定为可能致病的突变。
组织病理学研究结果显示，患者肱二头肌的病理特征符合典型的代谢性肌病。肌肉纤维大小不一，存在大量 COX 阴性纤维，同时琥珀酸脱氢酶（SDH）染色增强，表明线粒体功能出现异常。此外，Oil Red O（ORO）染色发现脂质滴大量积累，进一步证实了脂质代谢的紊乱。
在对患者肌肉样本和构建的细胞模型进行研究时，发现新型双等位基因 TK2突变会导致 TK2蛋白和线粒体蛋白的表达水平显著降低。同时，患者肌肉样本中的 mtDNA 拷贝数大幅下降，仅为对照组的 25%。在构建的 TK2缺失突变细胞模型中，该突变使得线粒体呼吸链复合物亚基的表达明显减少，细胞内活性氧（ROS）水平升高，ATP 生成减少，线粒体呼吸链功能严重受损。
研究人员还对 TK2基因突变的频谱进行了分析。他们精确绘制了 75 个已报道的突变位点在基因结构框架上的分布，发现错义突变最为常见，而大片段缺失突变极其罕见。通过对 50 例患者的临床特征和突变特点进行回顾性分析，发现近一半患者出现呼吸衰竭，几乎所有患者的肌酸激酶（CK）水平升高，约 60% 的患者肌肉纤维存在破碎红纤维（RRF）和 COX 缺乏，约 20% 的患者出现脂质积累，且脂质积累往往与较差的预后相关。
综合这些研究结果，研究人员认为该病例中发现的新型复合杂合突变具有明确的致病性。患者出现的临床症状和病理特征与早发性线粒体疾病相符，遗传缺陷与家族中观察到的表型共分离，肌肉样本中 mtDNA 拷贝数显著减少，以及复合杂合突变导致线粒体呼吸链复合物表达下降等证据，都有力地支持了这一结论。
此外，研究人员还发现，虽然目前针对 TK2突变导致的 MDS 尚无有效的治疗方法，但基于核苷的治疗方法展现出了一定的潜力。在动物实验和小规模临床试验中，补充外源性脱氧胞苷（dCtd）和脱氧胸苷（dThd）能够改善呼吸肌功能，显著延长患者的生存期。
这项研究意义重大。它首次揭示了 TK2基因新型复合杂合突变对线粒体功能的影响，尤其是从未报道过的大片段缺失突变位点，进一步验证了其致病性。研究成果丰富了 TK2基因突变谱，加深了人们对 TK2基因突变导致的线粒体肌病的认识，为未来进一步研究该疾病的发病机制、改进诊断方法和开发更有效的治疗手段奠定了坚实的基础。同时，也为罕见病领域的研究提供了新的思路和方向，有望为更多患者带来希望。
