1、Leber 氏遗传性视神经萎缩 发表时间：2010-11-28 发表者：王影 (访问人次：8) Leber 氏遗传性视神经萎缩(Lebers hereditary optic neuropathy LHON)是一种最常见的线粒体疾病。本病由 Von Graefe 等于 1858 年首先报告。1871 年 Teodor Leber 于 16 个家系中收集 55 例，确认为一独立的遗传性疾病。该病的病理机制一直不清，1988 年 Wallance 等明确线粒体 DNA 突变与该病密切相关，这为 LHON 病理机制的研究翻开新的一页。但该病遗传关系、外显率及病理机制方面仍存在很多疑问有待于进一步研究
2、。本文谨对LHON 发病机理及临床研究做一综述。中国中医科学院眼科医院眼科王影1.临床研究1.1 流行病学LHON 是母系遗传性疾病，男性多发，西方发病率男女比率为 3：1 或 9：1，我国约为6：4，显示黄种女性发病率有增多现象。该病发生多在青春期（18-23 岁） ，最小可在 1 岁，最大 70 岁。我国尚无明确的该病发生率报道。在英国北部 1：25,000【1】 ，芬兰是1：40,000【2】 。公认的 LHON 原发突变位点有三个，分别是 11778、14484 和 3460，这三个位点突变率约占所有 LHON 患者的 90，国人患者的 11778 位点突变约占 66。高加索LHON
3、患者中 11778 突变大约占 69%, T14484C 和 G3460A 分别占 14% 和 13%【2】 。在欧洲，G11778A 突变大约 50%，G3460A 和 T14484C 突变分别占 35%和 20%。在日本 LHON11778 位点突变可达 91.7或 87，其余两突变位点则较少见。这些调查结果表明该病在发病率及突变位点中存在种族差异。1.2 临床表现1.2.1 临床症状通常 LHON 患者发病时无明显诱因，部分有体温升高或疲劳【2】 ，临床上主要表现为双眼同时或先后急性或亚急性中心视野缺失,而色觉丧失多在视力下降之前，发病时患者通常没有明显不适，少数会有眼部疼痛或转眼时的牵
4、扯痛。LHON 患者还可伴有震颤、共济失调、肌张力障碍、脊髓皮质束功能障碍、耳聋和骨骼畸形等异常，以及类似多发性硬化的一种综合症。部分患者还伴有心脏功能障碍，有研究者认为这些患者的心功能治疗同时有利于眼部病变的恢复【3】 。左炜等观察 30 例 LHON 患者中有 53.3有心电图异常【4】 。看来，LHON 除眼部症状外还累及全身诸多器官系统。1.2.2 临床分期1996 年，Nikoskelainen 著写的眼科学中将该病大致分为三期: (1) 临床前期: 视盘充血水肿,视盘上及邻近区微血管扩张弯曲明显,绕盘周神经纤维层水肿混浊；FFA 见静脉充盈迅速, 动静脉分流, 但无渗漏。(2) 急
5、性期: 上述体征更明显, 有时可见盘周出血；FFA 显示充盈时间更快, 视盘颞上下方为主有丰富的动静脉分流枝, 颞侧部分血管壁可出现荧光滞留现象, 而盘斑束的血管床减少, 充盈迟缓。(3) 萎缩期: 视盘颞侧小动脉变细, 毛细血管减少, 神经纤维的带状或楔形缺失区逐渐加宽, 视盘颞侧变淡白；随病程进展上述改变范围更大并累及全视盘及周围神经纤维层。我国临床对本病尚无明确分期。该病早期诊断是困难的但对于治疗和预后是重要的。1.2.3 物理检查LHON 患者的早期视觉诱发电位（VEP）无明显改变，后期可有振幅的下降或潜伏期的延迟。视网膜血管荧光造影在急性期无荧光渗漏，成为辅助临床诊断的指标之一。Sm
6、ith 认为该病早期视乳头周围毛细血管扩张性微动脉血管改变，视乳头周围神经纤维层肿胀，视乳头无渗漏，是 LHON 患者的三联症。其后被各国学者证实，已作为 LHON 的经典概念。脑和视神经的核磁共振检查是正常的, 但用瞬时翻转信号扫描表现常有神经胶质过多症的变化【5】 。Giacomo【6】利用 OCT 检查发现，所有未发病 LHON 患者视神经纤维层厚度均较对照组薄，发病患者颞侧象限最先受累，男性视神经纤维弥漫性损伤较女性明显。我国尚无此项检查的相应报道。1.3 诊断标准LHON 尚无明确的诊断标准，研究认为通过外周血基因诊断该病是最简单的，但由于外周血与视神经线粒体基因突变率是不同的，容易
7、出现假阴性结果，因此对于该病的诊断应同时与临床表现相结合，家族遗传史、发病年龄及眼底三联症表现尤为重要。即使未查出 LHON 原发三个位点，或虽无明确家族遗传史，若有上述临床表现也应高度怀疑为该病。全基因扫描的应用有一定临床价值，我们临床上已屡见新的突变位点。2.病理机制2.1 基因背景线粒体间质、内膜、外膜、内外膜间空隙都储存多种酶或酶群。基质含线粒体DNA（mitochondrial DNA，mtDNA） 、复制和转录 mtDNA 所必需的蛋白质、蛋白质合成的线粒体核糖体和实现其他功能（指柠檬酸循环和脂肪酸的 氧化作用）的酶。人类线粒体 DNA为一含有 16569 个碱基对的环状双链闭环分
8、子。mtDNA 能自身复制，成为独立于染色体外的遗传系统。其含有两条 DNA 链，一条轻链，另一条重链，两条链都有编码功能。mtDNA 共编码二类 rRNA, 22 种 tRNA 和包含 13 条多肽链的 mRNA（细胞色素 B、细胞色素 C、氧化酶的、 亚单位，ATP 酶亚单位 6 和 8 两种成分及呼吸链 NADH 脱氢酶的 7 个亚单位：ND1、ND2、ND3、ND4、NDL4、ND5、ND6） 。仅有复合物（琥珀酸脱氢酶）是完全由核 DNA编码的。因而线粒体基因组在调节氧化磷酸化作用中起关键作用。大部分线粒体蛋白由核基因组编码，在胞浆内转化并引入线粒体。因此核基因在线粒体功能中也起着重
9、要作用。线粒体的遗传特征：（1）母系遗传 由于线粒体位于细胞质内，父方仅有核基因进入卵子形成配子，受精卵中的线粒体绝大多数均来自于母亲，因此线粒体疾病多数为母系遗传。（2）异质性 mtDNA 基因排列紧凑，某些基因可相互重叠，除一个 87bp 处于超纵子之间被称为 D 袢的区域之外，几乎每个均用于组件基因。与核基因不同，一个线粒体中有 1-10 个mtDNA，每个细胞中有成百上千个 mtDNA 拷贝，每个细胞内所有 mtDNA 分子是一致的，称为同质性；而当 mtDNA 发生突变时就会导致细胞内野生型与突变型两种 mtDNA 同时存在，称为异质性。 （3）mtDNA 突变的表型表达 mtDNA
10、 突变的表型表达与核基因的表达不同，主要由某种组织中突变型与野生型 mtDNA 的相对比例及该组织中对线粒体的 ATP 产生的依赖程度所决定。当突变型 mtDNA 的数目达到某种程度，能足以引起某器官或组织的功能异常时，则称为阈值效应。也就是说突变 mtDNA 是否在组织产生表型效应，这要依突变 mtDNA 与正常mtDNA 相对比例和该组织对线粒体产生的 ATP 依赖程度而定。突变型 mtDNA 在不同组织中的差别表达与这些组织对线粒体能量的依赖程度关系密切，中枢神经系统、视网膜、心脏、骨骼肌和肝脏对能量的依赖性较高，氧化磷酸化功能缺陷往往在这些组织表现明显。 （4）mtDNA 突变的发生频
11、率高 mtDNA 突变的发生频率要比核基因高 16 倍以上，由于其缺乏完整的修复系统，故随着年龄的增加体细胞内 mtDNA 突变会逐渐积累，氧化磷酸化功能也不断下降，甚至能量产生低于组织能量需求的阈值，即出现临床症状。 （5）突变类型 线粒体突变分为，错义突变、生物合成突变、缺失突变和拷贝数突变。迄今所有 LHON 突变均为复合物、和的氧化磷酸化亚单位的错义突变。 （6）遗传趋势 mtDNA 复制速度在单位时间内与它的长度呈正比，mtDNA 暴露在细胞质中容易受到氧化损伤产生各种突变，同时又缺乏酶的保护，因此发生了突变的 mtDNA 与正常大小的 mtDNA 相比具有增殖优势，也就是说随着时间
12、的延长，异常的 mtDNA 有在体细胞内积累的趋势。线粒体基因的遗传特征与 LHON 疾病的发生密切相关，研究认为 LHON 的病理机制主要有以下因素有关。2.2 LHON 发病机制1988 年 Wallance 发现 LHON 患者线粒体脱氧核糖核酸第 11778 位点突变，即鸟苷酸（G）被腺嘌呤（A）替代，此突变使呼吸链上还原型辅 I（NADH）脱氧酶亚单位 4（ND4）基因编码的第 340 位氨基酸由精氨酸变为组氨酸，这一位置的氨基酸是人类从鞭毛虫进化到现在一直保留的，因此具有高度的保守性。1991 年，Huoponen 等又发现一种新的 mtDNA 突变：ND1基因 3460 位引起丙
13、氨酸变为苏氨酸，并证实肯定与 LHON 相关。Johns 等在 14 个 LHON 病人首次发现 ND6 基因 14484 位点突变，在这 14 个家系中除该位点突变外,相继发生的还有13708 等位点突变。研究认为这些突变可能降低电子流动效率而影响酶的活性，从而减少神经细胞 ATP 的产生，细胞功能逐渐丧失，从而导致患者视力受损。Yen 氏7等将该病的线粒体基因突变分为四组，主要突变组包括 3460、11778 和 14484；罕见位点 2 个，14459、14495；假设可能突变位点有 11 个，伴发突变位点有 9 个，合计有 25 个。这些突变基因主要位于 mtDNA 内的 NADH 脱
14、氢酶上。除了 11778、14484 和 3460 之外，其他突变位点也可能是原发的，但其机制欠清。虽然一些研究者认为 LHON 突变的多发性对于视力丧失是必要条件，但尚未证明。事实上，有研究者发现携带两个主要突变基因尚未发病的患者【8】 。还可能 LHON 细胞内存在一些潜在的 mtDNA 单倍体虽然不是表形表达的主要因素，但影响着mtDNA 突变位点的存在、表型或表达【9】 。有研究发现这三个主要突变位点的所有患者，均有辅酶 Q10 底物与复合酶 I 的交互作用障碍，因此认为 LHON 的突变可能影响了辅酶 Q 结合位点及泛醌中间产物而导致稳定性下降【10】 。另一个因素，线粒体呼吸链是需
15、氧细胞、95%超氧离子的发源地。细胞的呼吸链抑制可以引起自由基代谢的增加，氧化损伤反过来又可以抑制呼吸链。这种氧化损伤和呼吸链功能障碍的自我扩张循环趋势，可以导致线粒体损伤，尤其是对线粒体损伤极为敏感的中枢神经组织。还有研究认为筛板前无髓鞘的视神经部分线粒体呼吸活动程度较高。这部分视觉系统对线粒体功能障碍尤其是辅酶 I 的异常可能较为敏感。导致携带者是否发病的主因尚不清楚，核编码因素、线粒体产物或线粒体的新陈代谢均可能影响 LHON 表型表达。但从线粒体生理特征来看可能与以下几点有关：（1）粒体在各组织的不同分布和瓶颈现象 在卵母细胞早期阶段，mtDNA 分子数量由减少到几百后增长到成熟卵母细
16、胞的约十万，因此卵母细胞可有不同的突变水平。所以通过母亲预测子代基因突变水平或是否发病是困难的。 （2）年龄因素的影响 mtDNA 突变的高发生频率，随着年龄的增加体细胞内 mtDNA 突变会逐渐积累，氧化磷酸化功能不断下降，视神经对能量的需求比一般的组织要高，这可能是视神经为主要受累组织的原因之一。在个体中组织能量的利用和储存也决定着视力丧失的时间和范围。随着年龄增长，线粒体能量产物的下降， LHON 患者视力丧失发生的时间可能反映线粒体功能恶化临界水平的域值。 （3）遗传的异质性 Howell 等【11】研究英国一跨越了六代的 LHON 家系。在这家系中，有两支有 11778 突变位点表现
17、为复杂的种族隔离模式，另外一支同质野生型，有四支为异质状态。进而，有等位基因 11778 的联合种族分离，以及在家族中 18 和 19 患者核苷5471 位点 G:A 不外显的多态性。这种在相同 mtDNA 分子中的联合种族分离现象显示两种替代同时或几乎是同时发生。然而，在一个家庭中的较高分歧线粒体等位基因率暗示在这两种替代中有复杂的起源和分歧史。总之在此家系的一分支中，媒介随后分离突变基因型到较高的水平，在另一分支，有双倍的野生型或突变型成为基本上的同质型。在几个发病和未发病的家系中，LHON 原发性突变的异质性程度可能与视力丧失的危险性有关，然而在绝大多数经分子鉴定为 LHON 患者中，仅
18、少数发病患者血中检测到异质性【12】 。（4）内在和外在的环境因素 系统疾病、营养缺乏、药物作用、或毒素它们直接或间接抑制线粒体代谢，从而引发或增加疾病表形表达。慢性中毒与环境因素的研究较多，迄今所有LHON 突变均为复合物、和的氧化磷酸化亚单位的错义突变。LHON 患者可能出现氧化磷酸化的异常，线粒体内氧化物和硫氰酸酶活性发生障碍，当长期吸烟、摄入含氰物质、环境污染等, 使患者体内氰化物堆积，久之可抑制细胞的细胞色素 C 氧化酶，进一步加重线粒体基因突变后氧化磷酸障碍，从而使发病几率增加。但研究发现用氰化物解毒剂羧钴胺及硫代硫酸钠等治疗未能阻止本病病程发展及视功能损害。因此该研究尚有待深入。
19、尤其在营养明显缺乏的古巴并没有表现 11778 突变位点 LHON 患者发病的增加【13】 。虽然一无对照组试验暗示烟草和过度酒精可促使视力下降，一大样本对照研究未能证明这一结论【14】 。其他对 LHON 有害的因子如：乙胺丁醇,有学者认为抗病毒治疗对 LHON 突变患者也可能是有害的。Alfredoa【15】在研究 LHON 发病危险因素中发现，吸烟是该病患者的高危因素，但高血压和高胆固醇血症的发生率却比对照组低。国内尚无相关研究的报道，这一结果尚有待深入研究。Yen 等16报告内分泌失调, 如生育、胰岛素依赖型糖尿病等可诱发 LHON，若能及时纠正这种内分泌失调可使部分患者的视力获得一定
20、程度的恢复。（5）多发性硬化 除了基因分析以外的辅助检查，评价 LHON 时通常是有限的。除了那些暗示有多发性硬化和那些有肌张力障碍和基底神经节损害的家系，在 LHON 患者的 CT 和 MRI 检查是正常的。1992 年 Harding 等首次发现能导致 LHON 的线粒体 DNA 突变也见于 MS 患者, 随后欧美国家的研究人员对线粒体 DNA 突变与 MS 的关系进行了大量的研究, 结果表明, 引起 LHON 的 3 个原发性线粒体 DNA 突变位点 11778、3460、14484 均可存在于 MS 患者, 其中以 11778 突变最为常见。一个男孩有视力损害但没有暗示脱髓鞘疾病的症状
21、和体征，但却发现有广泛 T2 高信号脑室白质的改变【17】 。两名 LHON 患者在 CT、MRI 和眶部超声检查时发现有视神经鞘的扩张【18】 。在 LHON 患者急性视力丧失阶段 MRI 检查通常是正常的，而在几个月后眶内段视神经表现为 MRI 的 T2 高信号【19】 。与此相反, 亚洲地区不但少见报道(仅见于日本) , 而且结果迥异, 认为 mtDNA 突变与 MS 发病无关【20】 。周珏倩【21】检测18 例 MS 患者外周血线粒体 DNA 11778 突变。结果未能检测出 MS 患者线粒体 DNA 突变。作者推测这可能与亚洲 MS 患者发病率明显低于欧洲有关。2.3 LHON 与
22、细胞凋亡近年来 mtDNA 与细胞凋亡之间的相关性研究日益受到重视。Pitkeane 等发现细胞培养过程中,如果呼吸链中 NADH 脱氢酶复合体缺陷,则细胞可产生大量超氧化物。用抗-Fas 处理引起LHON 的细胞系及与复合体 缺陷有关的 mtDNA 突变细胞系,更易被诱导凋亡【22】 。Danielson 等【23】研究发现突变位点在 3460 和 11778 的 LHON 患者对 Fas 所引发的细胞凋亡具有敏感性,推断细胞凋亡在 LHON 神经损伤过程中起着重要作用,而这种凋亡与氧化损伤有关。Mashima【24】为明确氧化应激与凋亡是否能引起该病患者的临床变化，发现在EPHX1 基因携
23、带纯合的 His113 和在 TP53 基因上有纯合的 Arg 72 的该病患者，发病早于那些没有这些基因型的患者，因此认为核基因调控的与氧化应激和凋亡相关的多态现象可以改变该病患者的发病年龄。Floreani 等【25】研究发现尽管在所有 LHON 患者的胞质体中有超氧化物岐化酶的减少，在有严重 3460 和 11778 突变的 LHON 患者血细胞中 GPx 和 GR 的活性降低，然而在所有 LHON 患者的胞质体中 GR 和 MnSOD 活性都下降。这些结果暗示，在 LHON有突变位点的细胞中，有抗氧化功能的降低，尤其是有明显临床表型突变的细胞，在暴露在半乳糖等氧化应激的环境中这种损伤更
24、加明显。Battisti 等【26】 ，利用电镜、血流变、琼脂凝胶电泳和线粒体膜电位检测来检查 6LHON 患者和 6 正常人，结果 LHON 患者比对照组凋亡率高，在凋亡过程中有线粒体被涉及。从而提出不同的氧化损伤与氧化还原动态平衡在不同个体基因突变表达中的重要作用有线性关系。研究认为该病患者的线粒体基因突变使得一些组织器官的呼吸功能受限，因此该病与氧化损伤密切相关。OzawaT 认为 mtDNA 氧化损伤及其引起的突变使氧化磷酸化基因受损,又使与呼吸链有关的酶出现异常,造成线粒体氧化磷酸化功能障碍,促进活性氧(ROS)产生,进一步使呼吸链功能失衡,如此循环最终导致细胞死亡。自由基攻击 mt
25、DNA 碱基的方式主要是直接使碱基氧化修饰，氧化修饰后的碱基在复制过程中容易出现错配而导致突变27 。王剑勇等【28】对 11778 点突变的 LHON 家系行血清一氧化氮(NO)和一氧化氮合酶(NOS)检测,结果患者的 NOS 高于携带者。在研究 LHON 家系人群中自由基、抗氧化物的变化时发现，无论是病人还是正常携带者与正常组相比,血清超氧化物岐化酶（SOD）水平均显著增高,且病人谷胱甘肽（GSH）明显高于正常组,而血清谷胱甘肽-转移酶（GST） 、GSH 水平 LHON 正常携带者则低于正常对照组【29】,这些研究尚有待于进一步观察。.实验室研究 迄今尚无 LHON 早期视神经病理报道，
26、因此定位和原始损伤尚不十分清楚。Kerrison 等【30】在一 81 岁澳大利亚 LHON 女患者尸检中发现，视神经纤维、视神经节细胞层和视神经萎缩。电镜检查显示神经节细胞内涵物里有局限在双层膜上的钙，暗示存在线粒体钙化。三个急性视力丧失多年的患者的组织病理学和形态学分析，结果是严重广泛的视神经纤维缺失。仅遗留外周和原发较大直径的神经纤维束. 纤维囊性斑痕化，散在变性颗粒（degeneration dust）和轻微炎症表现。这一研究者提出选择性神经节细胞（P 细胞起博细胞，永存细胞，持续细胞）丧失【31】 。在线粒体突变疾病的研究中，尚无合适的动物模型。转线粒体细胞模型则是现代研究线粒体突变
27、疾病的主要手段。该模型通过脱核的胞质体与缺乏线粒体 DNA 的 细胞融合引入外源性目的的 mtDNA，用选择培养基挑出融合细胞，然后采用一系列方法来评价融合细胞功能表现和外源性目的 mtDNA 生物学致病机理。1996 年，Jun 利用转线粒体细胞模型来研究14459 位点突变 LHON 患者线粒体复合酶活性，结果发现该酶活性下降了 39%【32】 。.治疗与预后在 LHON 表型表达上尚有许多问题，不同突变位点表现相近似的临床表现，三个主要位点突变表型中都存在自发视力恢复现象。但恢复率却是不同的，在 136 个患者中 11778 位点突变仅有 4有自发恢复现象【33】 ；14484 有 37
28、-65。另外 14484 患者的视敏度要明显好于11778 和 3460 突变位点的患者。 Oostra34研究 11778、3460、14484 三个原发性突变LHON 患者的视力预后方面,14484 位点视力预后最好,其次是 3460 位点,11778 位点突变患者的视力预后最差。在澳大利亚、荷兰、美国,随访观察视力丧失患者 2 年,发现伴有 14484 位点突变的患者视力恢复率高。童绎等 35研究发现 Leber 病有或无 Wallace 突变对视力恢复预测无意义,伴有严重神经系统并发症者常无 11778 位点突变。总之，对于一些 LHON 患者视力自发性恢复，任何无对照的疗效报告，必须
29、是慎重的。这种自发性恢复机制尚不清楚，同时长期随访观察以明确是否真正的自发恢复也是十分必要的。对 LHON 目前尚无特效疗法。六十年代末日本提倡的对 LHON 患者采用交叉蛛网膜粘连松解的颅骨切除术，超过 120 例约 80患者有视力提高，但很难相信利用外科手术改变视神经血管状态即可得到如此的有效率。临床上常见因激素冲击疗法无效后,才意识到该病可能与LHON 有关的现象。一些研究认为线粒体代谢中自然存在的具有抗氧化功能的辅助因子，如辅酶 Q10、琥珀酸盐、维生素 K1、K3、C、B1 及 B2 对视力恢复起辅助作用。据 1999 年Yoles 报道 28 例 LHON 患者中 14 例由艾地苯
30、醌（对苯二酚）联合维生素 B2、C，在视力恢复上眼睛的数量没有差别。左炜等利用中西医结合疗法治疗 28 例 LHON 患者，获得了 46.5总有效率【36】 。被认为有神经保护作用或抗节细胞凋亡的因子用于 LHON 急性视力丧失、预防第二眼发生或对高危无症状家系成员的预防治疗，但疗效待进一步观察研究。异型表达基因治疗对 LHON 和其他线粒体疾病可能是未来较为有希望的治疗方法之一。这种治疗是指利用核编码转位术合成（ND4 含有核苷酸 11778 位点）正常基因编码的 mtDNA，插入灭活后的腺关联病毒载体，编码细胞质中蛋白，然后输入线粒体。这种蛋白质可以增加携带 11778 位点胞质杂合体 3
31、 倍的存活率，并能储存 ATP 合成产物到含有正常 mtDNA 胞质体的水平，这一疗法亦有待进一步研究。.展望线粒体基因的遗传特征可以解释一部分 LHON 的发病机制，首先，迄今所有 LHON 家系均属于母系遗传；该病患者发病时间多数在青壮年时期，这可能与 mtDNA 遗传趋势有关，由于线粒体细胞内异质性的存在，随着时间延长异常 mtDNA 在体内蓄积，达到“阈值效应”后导致患者发病。同时由于视神经对氧的需求量较大，从而视神经成为该病的“靶点” 。虽然对于LHON 的现代研究较多，但仍存在许多尚未解决的问题。一些尤为突出问题，如在 LHON 患者所有母系相关的家系成员中均携带 mtDNA 突变，但有人却从未有过临床症状。因此，尽管mtDNA 突变的存在对于表型表达是十分重要的，但可能并不足以引起发病；为什么不同基因编码的不同蛋白的多位点 mtDNA 突变导致该病表达同一的临床表型，而病位仅局限在视神经；按线粒体遗传特征进行推论，随着年龄增长突变基因逐渐增加，患者病情应是逐渐加重的趋势，同时这种突变比率也应可以达到其他组织对氧损伤的阈值，从而出现其他组织的病变，但该病患者的发病规律并非如此；不完全的外显率和倾向男性发病暗示还有其它因素，如核、线粒体基因或者环境因素在发病中起作用；在 LHON 发病过程中，视力已明显下降，视神经乳头颜色苍白，通常激素冲击疗法无效，这是否证
