复合体I缺乏症的核黄素治疗：两例白质脑病新病例及系统性文献综述

《Journal of the Neurological Sciences》：Riboflavin therapy in complex I deficiency: Two new cases of leukoencephalopathy and a systematic literature review

　　

朱莉娅·费雷拉|费德里卡·因韦尔尼齐|曼努埃拉·斯帕尼洛|埃莱奥诺拉·拉曼特亚|伊莎贝拉·莫罗尼|安娜·阿尔迪索内

意大利米兰IRCCS卡洛·贝斯塔神经学研究所儿科神经科学系儿童神经学科

摘要

目的

复合体I缺乏症是儿童线粒体疾病中最常见的生化缺陷，其表现形式多样，包括心肌病、肌病、莱氏综合征以及线粒体白质脑病。目前尚无治愈方法。核黄素作为复合体I辅因子FMN和FAD的前体，可能具有治疗作用，但相关证据并不统一，也缺乏明确的指导原则。

方法

我们回顾性分析了两名经基因检测确认因NDUFS1和NDUFV2变异而患有复合体I缺乏症的患者，这些患者接受了大剂量核黄素治疗，并进行了长达16年以上的临床、生化、神经生理学及MRI随访。同时，我们还对核黄素有效的复合体I缺乏症病例进行了系统性文献综述。

结果

两名患者均出现早期急性精神运动功能衰退以及广泛的囊状白质病变。大剂量核黄素（每日最高10毫克/千克体重）应用后，患者的神经系统功能迅速接近完全恢复，乳酸水平及诱发电位恢复正常，MRI检查结果也有所改善且保持稳定。在我们的文献综述中，还发现了43例对核黄素有反应的复合体I缺乏症病例，其中包括心肌病（16例，主要由ACAD9变异引起）、肌病（12例，均为ACAD9变异）、线粒体白质脑病（8例，多为NDUFV1/NDUFV2变异）、莱氏综合征（5例）、类似MELAS的表现（1例）以及视神经萎缩（1例）。

解读

核黄素可能对多种复合体I缺乏症的表现形式都有长期益处。除了在ACAD9相关心肌病中的明确疗效外，现有证据也支持在其他类型疾病中开展治疗试验。我们的两例患者通过长期随访以及一致的检测数据，进一步证明了核黄素在线粒体白质脑病中也可能具有治疗效果，这一结论补充了此前那些因随访时间短、影像资料不足而结论有限的8项研究。那些直接影响FMN/FAD功能的N模块亚基变异（NDUFV1、NDUFV2、NDUFS1），或许尤其适合用核黄素进行治疗。因此有必要开展前瞻性研究。

引言

线粒体疾病是最常见的遗传性代谢障碍之一，其病因在于线粒体呼吸链和氧化磷酸化系统的功能障碍[1][2]。氧化磷酸化系统负责细胞内三磷酸腺苷的生成，它位于线粒体内膜内侧，由五个酶复合体构成[2]。复合体I，即烟酰胺腺嘌呤二核苷酸-NADH-泛醌还原酶，是规模最大、结构最复杂的复合体，由核DNA和线粒体DNA编码的45个亚基组成，功能上可分为N、P和Q三个模块。电子通过NADH进入位于基质侧的N模块，该模块会结合NADH并使其氧化，然后将电子传递给黄素单核苷酸，再进一步传递给铁硫簇。之后Q模块从铁硫簇获取电子，并将其传递给辅酶Q10（泛醌）。最后P模块负责将质子泵送到膜间隙[3]。由于结构复杂，复合体I缺乏症是儿童期发病线粒体疾病中最常见的生化缺陷，约占此类疾病的三分之一[4][5][6]。

从临床表现来看，复合体I缺乏症的病症差异较大，从新生儿多系统疾病到缓慢进展的脑病都有可能出现[5][6]。其中最常见的表现为莱氏综合征，其特征是代谢活跃的深部灰质结构出现对称性病变，这是因为这些区域对氧化磷酸化功能的依赖度很高，因此也最容易受到其功能障碍的影响[7]。临床表现为精神运动功能发育迟缓或倒退，以及脑干功能障碍的症状，如呼吸异常、眼球震颤、眼肌麻痹或吞咽困难[8][9]。而线粒体白质脑病则表现为脑部MRI上明显的白质异常，约25%的患者会出现这种症状[5][6]，这很可能是由于少突胶质细胞和星形胶质细胞的能量代谢受损，从而导致髓鞘形成异常、轴突功能紊乱以及囊性变性[10]。这类疾病的典型临床特征包括全面的发育迟缓和倒退、肌张力增高和小脑性共济失调，常常伴有上睑下垂和眼肌麻痹等眼部症状[5]。此外，仅累及单个器官的情况，如单纯的心肌病或肌病，也被视为复合体I缺乏症的一种表现形式[5][6]。

目前尚无治愈复合体I缺乏症的方法，治疗主要以支持性治疗为主。近十年来，人们越来越关注核黄素作为一种潜在的治疗手段，因为它正是复合体I辅因子黄素腺嘌呤二核苷酸和FMN的前体。在神经损伤和神经退行性疾病模型中的实验研究表明，大剂量核黄素能够改善线粒体的能量代谢、减轻氧化应激、稳定线粒体膜电位、提高神经元存活率，还能保护线粒体超微结构及髓鞘的完整性，这些作用都体现了它的神经保护潜力[11][12]。在临床领域，也有多项研究指出核黄素对于那些直接影响黄素转运或代谢的疾病具有疗效[13][14]。不过，对于原发性复合体I缺乏症而言，核黄素的作用尚未完全明确，不同研究得出的临床疗效也存在差异[8][9][10][11]。

在所有与复合体I相关的线粒体疾病中，ACAD9基因变异所导致的疾病对核黄素的反应最为一致，有效率约为76%[13][15]，而其他基因变异型的相关证据则较为有限且不一致。目前大多数研究数据都来自小规模的病例系列或零散的报告[16][17][18]，这些研究往往缺乏标准化的临床描述、统一的用药方案以及长期的随访数据，而且有些研究还是在进行基因诊断技术普及之前的成果[19][20]。所有这些局限性都使得人们无法确定核黄素在复合体I缺乏症中的真实疗效，最新的专家评估也认为其疗效“尚不确定”[13]。

基于以上情况，我们介绍了两名患者的情况，他们分别因NDUFV2和NDUFS1基因变异而被确诊为复合体I缺乏症，两人均患有线粒体白质脑病，在开始接受核黄素治疗之后，其临床状况和神经影像学指标都出现了持续改善，这种改善在16年的随访期间一直保持稳定。此外，我们还对核黄素在复合体I相关线粒体疾病中的治疗效果进行了系统性综述，旨在明确其治疗潜力，为这类罕见疾病的临床治疗提供参考。

章节节选

病例报告

我们回顾性分析了在意大利米兰IRCCS卡洛·贝斯塔神经学研究所接受诊断的兩名患者的医疗记录，这两名患者的线粒体复合体I缺乏症已通过生化检测得到确认，且其核基因中也存在致病性变异。作为其临床治疗方案的一部分，这两名患者都接受了超过16年的大剂量口服核黄素治疗。所使用的核黄素是由当地药房配制的药用级制剂，以水溶性粉末的形式给予患者。

病例报告——患者1

患者1的相关情况此前已有报道[30]。她现在是一名19岁的女孩，是父母非近亲结婚所生的独生女，家族病史无特殊，早期发育正常。14个月大时，她出现了发育倒退，运动能力和语言能力下降，主动运动减少，与人互动也减少。几周后，她的病情进一步恶化，出现进行性偏瘫，最终甚至失去了姿势控制能力。她还出现了流涎和吞咽困难，后来不得不

讨论

单纯复合体I缺乏症是儿童期发病线粒体疾病中最常见的生化缺陷，约占所有氧化磷酸化相关疾病的三分之一[5][6]。大多数患者会出现严重的神经系统症状，从而导致较高的发病率和死亡率，大约75%的患者在10岁之前就会去世[5][6]。目前还没有经过科学验证、已被认可的标准化治疗方案，治疗仍然以支持性治疗为主。

鉴于复合体I缺乏症的严重性，

结论

总之，核黄素作为一种在线粒体医学领域越来越受关注的物质，似乎在复合体I缺乏症相关的某些特定疾病中具有很好的治疗前景，比如心肌病、肌病和白质脑病等。我们的研究结果，结合两例新的病例报告以及大量的文献综述，表明核黄素通过稳定复合体I的各个亚基并提升剩余的酶活性，很可能解释了所观察到的治疗效果。

CRediT作者贡献说明

朱莉娅·费雷拉：撰写——初稿撰写、可视化分析、方法设计、研究实施、正式数据分析。费德里卡·因韦尔尼齐：撰写——审阅与编辑、研究实施、正式数据分析。曼努埃拉·斯帕尼洛：撰写——审阅与编辑、研究实施、正式数据分析。埃莱奥诺拉·拉曼特亚：撰写——审阅与编辑、研究实施、正式数据分析、概念构思。伊莎贝拉·莫罗尼：撰写——审阅与编辑、研究实施。安娜·阿尔迪索内：撰写——审阅与编辑、项目管理工作、方法设计，

伦理审批

本研究遵循世界医学协会《1964年赫尔辛基宣言》及其后续修订版所规定的伦理准则。根据当地规定，如果我们所在机构——米兰IRCCS卡洛·贝斯塔神经学研究所——在获得患者书面知情同意的情况下，报告个别病例或病例系列，则无需经过伦理审批或机构审查委员会的批准。

我们已经获得了患者家长的书面知情同意，

资金支持

这项研究没有获得任何公共、商业或非营利性质的资金机构的资助。

利益冲突声明

作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。

致谢

朱莉娅·费雷拉是在米兰大学转化医学专业攻读博士学位期间完成这项研究的。

肌肉活检标本和成纤维细胞上的生化及分子分析工作，是由费德里卡·因韦尔尼齐、曼努埃拉·斯帕尼洛和埃莱奥诺拉·拉曼特亚在马里亚尼基金会资助的儿童线粒体疾病研究机构中完成的。成纤维细胞系和DNA样本则来源于遗传性运动障碍细胞系与DNA银行。