线粒体DNA重排的母系遗传机制：模拟单一大规模缺失与MIDD及原发性心脏表型的关联研究

本研究针对一个表现为扩张型心肌病伴心律失常、糖尿病和感音神经性耳聋的母系遗传家系，通过全外显子测序（WES）和长读长测序（ONT）技术，首次揭示其致病机制为模拟单一大规模缺失（SLD）的线粒体DNA（mtDNA）重排（12 kb缺失与重复共存）。研究突破传统短读长测序局限，证实mtDNA重复可稳定遗传，为罕见线粒体病诊断提供新范式，相关成果发表于《Mitochondrion》。

　　

线粒体疾病领域长期存在一个谜题：为何某些表现为母系遗传的复杂临床表型难以用经典的线粒体DNA（mtDNA）突变解释？意大利研究团队在《Mitochondrion》发表的最新研究，通过前沿测序技术揭开了这一谜底。传统观点认为，mtDNA单一大规模缺失（SLD）多为散发，但该团队在一个表现为扩张型心肌病、糖尿病和耳聋（MIDD）的三代家系中，发现其致病机制实为罕见的mtDNA重排——看似SLD的12 kb缺失实际是野生型与缺失分子串联形成的重复结构。这一发现不仅改写了诊断标准，更揭示了mtDNA结构变异的遗传复杂性。

研究团队采用全外显子测序（WES）初筛发现mtDNA覆盖深度异常，经长读长纳米孔测序（ONT）和特异性PCR验证，确认患者体内存在占80%异质性的mtDNA重复结构。关键实验技术包括：1）基于TWIST捕获的WES检测覆盖度异常；2）ONT长读长测序解析全长mtDNA重排；3）MitoSAlt算法预测结构变异；4）跨代样本（血液、尿路上皮、肌肉）的多组织验证。

研究结果部分：

1. 患者特征：先证者（71岁女性）及其两女儿均表现为以心律失常为主的扩张型心肌病、早发糖尿病和耳聋，缺乏典型眼外肌麻痹（PEO），脑影像显示基底节钙化。
2. 遗传学突破：WES初诊为m.3336-15749del（12.4 kb SLD），但ONT测序发现实际为"野生型+缺失"的28.5 kb重复分子，其断裂点侧翼存在CTCCTCATT重复序列。
3. 技术对比：传统短读长测序误判为SLD，而MitoSAlt工具和长读长数据准确识别重复结构，证实该变异存在于所有患者组织（异质性80%）。

讨论指出，这是首例通过长读长测序鉴定的mtDNA重复家系，其特殊之处在于：1）心脏表型主导，突破KSS综合征传统认知；2）重复结构稳定遗传（可能通过卵母细胞选择性传递）；3）缺失区域包含轻链复制起点（OriL），理论上无法独立复制，暗示重复分子是主要致病形式。该研究为解释母系遗传的SLD病例提供了分子模型，并强调长读长测序在mtDNA结构变异诊断中的不可替代性。

结论部分强调，mtDNA重排（尤其是重复）应纳入非典型线粒体病的鉴别诊断，其临床意义在于：1）修正既往SLD病例的遗传风险评估（复发风险可能被低估）；2）指导对"阴性"WES结果的重新解读；3）推动线粒体基因组结构动态研究。研究团队由意大利多家机构（包括Humanitas临床研究中心和米兰大学）合作完成，获欧盟GENOMIT等项目支持，第一作者Piervito Lopriore与通讯作者Daniele Ghezzi、Holger Prokisch均为线粒体疾病研究领域的权威学者。