С клинической точки зрения данные заболевания являются наиболее четко очерченными формами митохондриальных энцефаломиопатий. Их принято подразделять на синдромы, обусловленные: а) толковыми мутациями мгДНК; б) крупными делециями и дупликациями мтДНК.
Толковые мутации митохондриальной ДНК. Толковые мутации мтДНК при митохондриальных энпефа- ломиопатиях могут затрагивать как структурные гены белковых субъединиц дыхательной цепи, так и гены транспортных РНК (тРНК). Хорошо изученными представителями данной подгруппы являются синдромы MERFF, MELAS, NARP, болезнь Лея, наследственная атрофия зрительных нервов Лебсра [Вельтищев Ю.Е., Темин П.А., 1998; Краснопольская К.Д., Захарова ЕЛО., 1998; DiMauro S., 1993; Schapira A. etal., 1998; Chinnery Р. et al., 1999 (a)].
Синдром MERRF (устоявшееся навание-акроним от англ. Myoclonus Epilepsy with Ragged-Red Fibers) — миоклонус-эпилепсия с рваными красными волокнами — в типичных случаях характеризуется началом заболевания на втором десятилетии жизни и развитием прогрессирующей миоклонус-эпилепсии в сочетании с мозжечковой атаксией, деменцией, миопатией, нейросенсорной тугоухостью, задержкой физического развития. На секции выявляются распространенные дегенеративные изменения в базальных ганглиях, ядрах ствола мозга (включая черную субстанцию), коре и ядрах мозжечка, проводниках спинного мозга. Важнейшим диагностическим признаком является обнаружение при исследовании мышечных биоптатов так называемого феномена «рваных красных волокон» (при окраске методом Гомори- трихром). «Рваные» красные волокна отражают факт митохондриальной дисфункции и представляют собой миофибриллы со своеобразно измененными краями вследствие пролиферации митохондрий и формирования митохондриальных агломератов по периферии мышечного волокна. При электронно-микроскопическом исследовании данных агломератов патологические изменения митохондрий определяются вполне отчетливо (аномалии формы и размеров, нарушение конфигурации крист, наличие паркристаллических включений и др.). Другим важным маркером болезни является выявляемый гистохимически дефицит цитохром с-оксидазы в мышечных волокнах. Характерно повышение уровня лактата в крови (лактат-ацидоз). Указанные лабораторные признаки не являются специфичными для только для синдрома MERRF и могут с различной частотой и выраженностью обнаруживаться у больных с другими формами митохондриальных энцефаломиопатий. В семьях, отягощенных MERRF, обычно наблюдается материнское наследование болезни. Свыше 95% случаев MERRF обусловлены заменами нуклеотидов мтДНК в положениях 8344 (A—»G) и 8356 (Т—»С), затрагивающими ген лизи- новой тРНК (xPHKLys); это приводит к нарушению ми- гохондриалыюго синтеза лизин-обогащенных белков вследствие преждевременного обрыва трансляции |S h off пег J., Wallace D., 1992; DiMauro S., 1993; ChomynA., 1998]. Мутации являются гетероплазмичес- кими, и процентное содержание мутантной мтДНК тесно коррелирует с выраженностью дефектов окислительного фосфорилирования и тяжестью клинических проявлений болезни [Shofiner J., Wallace D., 1992].
Синдром MELAS (от англ. Mitochondrial Encephalomyopathy, Lactic Acidosis, and Stroke-like episodes) - митохондриальная энцгфаломиопатия, лактат-ацидоз и инсультоподобные эпизоды — обычно манифестирует в 5-20 лет. Заболевание проявляется в первую очередь острыми инсультоподобными эпизодами с развитием очаговых изменений в затылочной и теменно-височной областях мозга и появлением соответствующей неврологической симптоматики (парезы, корковые расстройства зрения, судороги, кома, приступы головной боли и рвоты и др.). Появление очагов связывают с преходящей дисфункцией окислительного фосфорилирования в паренхиме мозга, а также структурнометаболическими нарушениями в стенках артериол и капилляров; характерной особенностью таких «смешанных» по генезу инфарктов мозга является относительно оыстрое восстановление. При синдроме MELAS могут наблюдаться также миопатические проявления (повышенная утомляемость и непереносимость физических нагрузок], деменция, атаксия, дег енерация сетчатки, ней- росепсорная глухота, низкорослость, диабет, кардиомиопатия и целый ряд других мульти органных проявлений. Харак терен значительный уровень лактат-ацидоза в крови и спинномозговой жидкости, при биопсии скелетных мышц нередко выявляется феномен «рваных красных волокон». Синдром MELAS наследуется по материнскому типу, однако исключительная вариабельность клинических проявлений может весьма затруднять оценку семейного анамнеза. У больных с синдромом MELAS описано, как минимум, 8 толковых мутаций в генах мтДНК, причем 5 из них локализованы в различных участках гена TPHKLeu(UUR) (см. рис. 67) [DiMauro S., 1993; Servidei S., 1997; Chinnery P. et al., 1999 (а)]. Наиболее частой мутацией является замена A—»G в положении 3243 (около 80% больных), а в целом мутации указанного гена лейциновой тРНК обнаруживаются почти в 95% случаев MELAS. В редких случаях у больных MELAS описаны толковые мутации в генах других тРНК и гене СОХ Ш-субъединицы IV комплекса дыхательной цепи (рис. 67). Все мутации обнаруживаются в гетероплазми- ческом состоянии.
Синдром NARP (от англ. Neuropathy, Ataxia, Retinitis Pigmentosa) - невропатия с атаксией и пигментным ретинитом — характеризуется, в соответствии с названием, развитием прогрессирующей периферической невропатии с мышечной слабостью, мозжечковой атаксии и пигментной дегенерации сетчатки. Как и при других митохондриальных энцефаломиопатиях, клиническая картина может быть весьма вариабельной, с наличием или отсутствием у родственников ряда дополнительных симптомов (задержка психомоторного развития, эпилептические припадки, деменция). Исследования на лактат-ацидоз и другие маркеры митохондриальной дисфункции не всегда информативны. Тип наследования болезни материнский. У всех больных с синдромом NARP обнаруживается гетероплазмическая мутация T-gt;G в положении 8993 (ген АТФазы 6 - субъединицы V комплекса дыхательной цепи) [Harding A. etal., 1992]. Уровень гетероплазмии является решающим для характера манифестации данной мутации: при содержании мутантной мтДНК lt;78% заболевание может проявляться изолированными расстройствами зрения, несколько более высокий уровень мутантной мтДНК сопровождается развитием различных вариантов синдрома NARP, тогда как у больных с уровнем мутантной мтДНК 90% и более наблюдается драматически иной фенотип с быстрым фатальным исходом - болезнь Лея [Wallace D., 1993].
Болезнь Лея (подострая некротизирующая энце- фаломиелопатия) представляет собой наиболее тяжелую клиническую манифестацию недостаточности окислительного фосфорилирования. Она проявляется в грудном и раннем детском возрасте в виде дыхательных нарушений, отставания психомоторного развития ребенка, экстрапирамидных симптомов, атаксии, спастичнос- |рг, атрофии зрительных первов, а также подострых эпизодов тяжелой клинико-биохимической декомпенсации на фоне интеркуррентных инфекций. Весьма характерен шактат-ацидоз, особенно в период обострения симптоматики. Продолжительность жизни обычно не превышает 5 лет. Типичными изменениями в веществе мозга являются билатеральные некрозы в области зрительного бугра, базальных ганглиев, мозжечка и ствола мозга, диффузная демиелинизация и глиоз. Болезнь Лея развивается при носительстве ряда толковых мутаций mi ДНК в состоянии гомоплазмии либо гетероплазмии с высоким (gt;90%) содержанием мутантного вида мтДНК. Например, нуклеотидные замены в генах АТФазы 6, ND1 и тРНКУа|, ассоциированные в гетероплазмическом состоянии с NARP и MELAS, в случае перехода к гомоплазмии обычно принимают более тяжелое течение и проявляются в виде болезни Лея [Wallace D., 1993; Campos Y. ct al., 1997; Chinnery P. et al., 1999 (а)]. В связи с этим в одной родословной могут паблюдаться различные фенотипы матерински-наследуемых митохондриальных энцефаломиопатий.
Наследственная невропатия зрительных нервов Лебера проявляется острой и безболевой утратой цент-
рального зрения. Спонтанное и обычно неполное восстановление остроты зрения возможно лишь в редких случаях болезни. В острой стадии на глазном дне определяются изменения в области дисков зрительных нервов (перипапиллярная телеангиэктатическая микроан- гиопатия, отечность дисков). В некоторых описанных родословных зрительная невропатия сочеталась с дистонией и билатеральным стриарным некрозом (фенотип, близкий к болезни Лея), периферической полиг*европа- тией, спастическими парезами, скелетными деформациями и другими дополнительными симптомами. Дебют заболевания обычно приходится на второе и третье десятилетия жизни, хотя известны более ранние и более поздние случаи леберовской невропатии. Тип наследования материнский. Невропатия Лсбера может вызываться рядом толковых мутаций в генах комплексов I, III и IV дыхательной цепи (см. рис. 67). Наиболее частыми являются замены G3460A в гене ND 1, G11778A в гене ND 5 и Т14484С в гене ND 6 комплекса I - свыше 95% случаев заболевания [Shoffner J., Wallace D., 1992; Servidei S., 1997; Chirmery P. et al., 1999 (а, б)]. Обычно данные мутации обнаруживаются в гомоплазмическом состоянии и характеризуются неполной пеиетрантнос- тью: заболевают около 50% мужчин и 10% женщин, в связи с чем некоторые случаи манифестируют как спорадические [Chinnery Р. et al., 1999 (б)]. Причины такой неполной пенетрантности не вполне ясны. Предполагается, что для манифестации зрительных расстройств может быть необходимо одновременное присутствие си- нергистических «вторичных» мутаций в мтДНК, наличие которых у пациентов с невропатией Лебера было показано рядом исследователей [Johns D., Berman J., 1991; Brown M. et al., 1992].
Помимо указанных основных фенотипов, у больных с толковыми мутациями мтДНК могут наблюдаться
и другие клинические варианты митохондриальной неврологической патологии, например прогрессирующая наружная офтальмоплегия, миопатия (изолированная или в сочетании с кардиомиопатией), различные варианты неспецифической энцефаломиопатии (напрймер, синдром деменция/хорея) и т.д. [DiMauro S., 1993; Servidei Sv 1997; Chinnery P. et al., 1999 (а)]. Некоторые из соответствующих мутантных сайтов указаны на рис. 67 (см. также приложение 1).
Делеции и дуплика] да и митохондриальной ДНК. Данные типы мутаций мтДНК обычно возникают de novo в соматических клетках на ранней стадии эмбриогенеза и приводят к манифестации спорадических случаев митохондриальных болезней. Наследование этих мутаций невозможно, поскольку, как предполагается, ооциты с крупными перестройками мтДНК не способны дать начало развитию эмбриона [DiMauro S., 1993]. Типичным неврологическим проявлением делеций/дупликаций мтДНК является прогрессирующая наружная офтальмоплегия, которая может входить в структуру сложных муль- тисистемных синдромов. Наиболее изученным из них является синдром Кернса Сейра. Это заболевание характеризуется развитием на 1 -2-м десятилетии жизни прогрессирующей наружной офтальмоплегии (птоз, ограничение движений глазных яблок, иногда двоение) в сочетании с пигментной дегенерацией сетчатки, атриовентрикулярной блокадой сердца, миопатией, атаксией, дейросенсорной глухотой, эндокринными расстройствами. При развернутой клинической картине большинство больных погибают от патологии сердца через 10-20 лет от начала заболевания. Нередко в клинике могут наблюдаться те или иные редуцированные варианты синдрома Кернс» {Тейра. При лабораторных исследованиях обычно выявляется повышение уровня белка в спинномозговой жидкости, лактат-ацидоз, феномен «рваных красных
волокон» в мышечных биоптатах. Около 80% больных с синдромом Кернса-Сейра имеют те или иные делеции митохондриального генома протяженностью от 2 до 10,4 кб, причем 30-40% из них имеют идентичную делецию 4977 нуклеотидов, захватывающую сегмент мтДНК от гена АТФазы 8 до гена ND 5 (рис. 68а) [Moraes С. et al., 1989; DiMauro S., 1993; Wallace D., 1993]. Описаны более редкие случаи, когда при тех или иных вариантах синдрома Кернса-Сейра у больных выявлялись дупликации или толковые мутации мтДНК [DiMauro S., 1993; Servidei S., 1997]. Все описанные мутации являются ге- тероплазмическими, и различные уровни гетероплазмии в разных тканях-мишенях обусловливают значительный полиморфизм клинических проявлений болезни.
Ярким примером указанного полиморфизма является синдром Пирсона — злокачественная младенческая форма поражения костного мозга с панцитопенией, обусловленная теми же крупными делециями мтДНК, что и синдром Кернса-Сейра. Основное молекулярное различие между данными заболеваниями заключается в том, что при синдроме Кернса-Сейра содержание мутатной мтДНК в мышцах достигает 80% против ~5% в кроветворных клетках, тогда как у больных с синдромом Пирсона наблюдаются обратные соотношения [Schon Е., DiMauro S., 1994]. Более того, с возрастом пропорция мутантной мтДНК в мышечной ткани повышается, а в клетках костного мозга, напротив, снижается вследствие интенсивной митотической сегрегации в сторону нормальных стволовых клеток. С клинической точки зрения драматизм ситуации заключается в том, что больные с синдромом Пирсона, у которых в детстве ценой множественных трансфузий удалось компенсировать фатальный дефект кроветворения, фактически обречены спустя 10-15 лет заболеть другим тяжелейшим и некурабельным ми- тоходриальным недугом - синдромом Кернса-Сейра.
Более доброкачественной формой по сравнению с синдромом Кернса-Сейра является так называемая прогрессирующая наружная офтальмоплегия с рваными красными волокнами - медленно прогрессирующее заболевание молодого возраста, не влияющее на продолжительность жизни и проявляющееся парезом глазодвигательных мышц, блефароптозом, проксимальной слабостью скелетной мускулатуры. Иногда единственным проявлением болезни может быть 2-сторонний блефа- роптоз. Примерно у 50-70% указанных больных выявляются делеции или, гораздо реже, дупликации мтДНК (в последнем случае иногда наблюдается сочетание глазодвигательных нарушений с диабетом) [Moraes С. et al., 1989; DiMauro S., 1993; Wallace D., 1993]. Как отмечалось выше, у остальных больных с прогрессирующей наружной офтальмоплегией митохондриальной приросты заболевание обусловлено разнообразными толковыми мутациями мтДНК (рис. 67).