การวินิจฉัยโรคไมโตคอนเดรีย

การประเมินลักษณะของการถ่ายทอดและการแสดงอาการทางคลินิกของโรคไมโตคอนเดรีย

เนื่องจากโรคกล้ามเนื้ออ่อนแรงบางกรณีอาจเกิดจากความเสียหายต่อจีโนมนิวเคลียร์ การถ่ายทอดโรคจะสอดคล้องกับกฎการถ่ายทอดทางพันธุกรรมของเมนเดเลียน ในกรณีที่การพัฒนาของโรคเกิดจากการกลายพันธุ์ในดีเอ็นเอของไมโตคอนเดรีย การถ่ายทอดทางพันธุกรรมจะสอดคล้องกับประเภทของไมโตคอนเดรีย นั่นคือจะถ่ายทอดผ่านทางสายเลือดของมารดา ในที่สุด เมื่อพยาธิวิทยาพัฒนาขึ้นพร้อมกับความเสียหายของยีนในจีโนมนิวเคลียร์และไมโตคอนเดรียพร้อมกัน การถ่ายทอดทางพันธุกรรมจะมีความซับซ้อนและถูกกำหนดโดยปัจจัยต่างๆ ในเรื่องนี้ ในการวิเคราะห์ลำดับวงศ์ตระกูลโดยใช้ลักษณะทางการ (ลักษณะของการถ่ายทอดทางพันธุกรรมตามสายเลือด) สามารถระบุประเภทของการถ่ายทอดทางพันธุกรรมที่แตกต่างกันมากที่สุดได้: ถ่ายทอดทางพันธุกรรมแบบ...

การพัฒนาของโรคกล้ามเนื้ออ่อนแรง เช่น ความผิดปกติของการเผาผลาญกรดไพรูวิกหรือกรดไขมันที่เกิดออกซิเดชันแบบเบตา (Krebs cycle) เกี่ยวข้องกับการกลายพันธุ์ของยีนจีโนมนิวเคลียร์ โรคเหล่านี้มีลักษณะเฉพาะคือการถ่ายทอดทางพันธุกรรมแบบถ่ายทอดทางยีนด้อย เมื่อพ่อแม่เป็นพาหะของการกลายพันธุ์ (heterozygotes) และเด็กเป็นพาหะของการกลายพันธุ์ที่ถ่ายทอดมาจากพ่อและแม่ (homozygotes) โดยทั่วไปแล้วพ่อแม่จะมีสุขภาพภายนอกที่ดี และควรตรวจหาโรคที่คล้ายคลึงกันหรืออาการแสดงเล็กๆ น้อยๆ ของโรคในพี่น้องของเด็กที่ป่วย (proband sibs) และในญาติของทั้งแม่และพ่อ (ลูกพี่ลูกน้อง)

ในกรณีของการถ่ายทอดทางพันธุกรรมแบบด้อยที่เชื่อมโยงกับโครโมโซม X (เช่น ภาวะกรดกลูตาริกในทารกแรกเกิดประเภท II หรือภาวะพร่องของซับยูนิต E1 ของคอมเพล็กซ์ไพรูวิก โรคเมนเคส เป็นต้น) เด็กผู้ชายมักได้รับผลกระทบมากกว่า และแม่เป็นพาหะของการกลายพันธุ์และถ่ายทอดไปยังลูกชาย การถ่ายทอดทางพันธุกรรมของแม่แตกต่างจากการถ่ายทอดทางพันธุกรรมแบบเชื่อมโยงกับโครโมโซม X ตรงที่ทั้งสองเพศได้รับผลกระทบ ในกรณีเหล่านี้ เมื่อวิเคราะห์ลำดับวงศ์ตระกูล จำเป็นต้องวิเคราะห์อุบัติการณ์ของโรคในผู้ชาย เนื่องจากโรคนี้จะไม่ปรากฏในผู้หญิง ลำดับวงศ์ตระกูลไม่แสดงการถ่ายทอดของโรคตามสายพ่อ-ลูก เนื่องจากพ่อสามารถถ่ายทอดโครโมโซม Y ไปยังลูกชายได้เท่านั้น

เมื่อโรคเกิดขึ้นเนื่องจากจีโนมไมโตคอนเดรียได้รับความเสียหาย (เช่น โรคทางเดินหายใจหลายชนิด โรคเส้นประสาทตาเลเบอร์ โรค MELAS โรค MERF โรค NARP เป็นต้น) จะสามารถติดตามการถ่ายทอดทางพันธุกรรมของมารดาได้ เนื่องจากเด็กจะสืบทอดไมโตคอนเดรียจากมารดา และมารดาสามารถถ่ายทอดไมโตคอนเดรียให้กับทั้งเด็กชายและเด็กหญิงได้ ดังนั้น ทั้งสองเพศจึงได้รับผลกระทบเท่าเทียมกัน ในเรื่องนี้ ควรติดตามการถ่ายทอดโรคตามสายเลือดของมารดาในแผนภูมิลำดับวงศ์ตระกูล

เมื่อวิเคราะห์แผนภูมิลำดับเครือญาติและค้นหาอาการของโรคไมโตคอนเดรียในญาติ ควรจำไว้ว่าความรุนแรงของโรค (การแสดงออกของอาการ) อาจแตกต่างกันอย่างมาก ซึ่งอาจเกิดจากจำนวนไมโตคอนเดรียที่เสียหายต่างกัน ลักษณะของความเสียหาย การกระจายตัวของการกลายพันธุ์ในเซลล์ต่างกัน เป็นต้น ดังนั้น จึงไม่สามารถตรวจพบสัญญาณที่ชัดเจนของโรคได้เสมอไป ในบางกรณี อาจตรวจพบอาการหรือสัญญาณเฉพาะบุคคลที่ถูกลบไปแล้ว ซึ่งสามารถตรวจพบได้ระหว่างการค้นหาเป้าหมาย

การพัฒนาของพยาธิวิทยาของไมโตคอนเดรียอาจเกี่ยวข้องกับความเสียหายต่อบริเวณขนาดใหญ่ของไมโตคอนเดรียที่เรียกว่า microdeletions (ตัวอย่างเช่น กลุ่มอาการ Kearns-Sayre, กลุ่มอาการ Pearson, โรคเบาหวานบางประเภทที่มีอาการหูหนวก, ophthalmoplegia ภายนอกที่คืบหน้า ฯลฯ) ในกรณีเหล่านี้ มักไม่พบอาการเฉพาะในญาติ เนื่องจากการพัฒนาของโรคเกี่ยวข้องกับการเกิดการกลายพันธุ์ใหม่ที่เกิดขึ้นในไซโกตทันทีหลังจากการปฏิสนธิของไข่ ( การกลายพันธุ์ de novo ) โรคนี้เกิดขึ้นโดยไม่สม่ำเสมอ บ่อยครั้งพร้อมกับโรคเหล่านี้ สภาวะหลายอย่างที่เกี่ยวข้องกับการกลายพันธุ์หลายครั้งของดีเอ็นเอไมโตคอนเดรียได้รับการถ่ายทอดในลักษณะที่ถ่ายทอดทางพันธุกรรมแบบออโตโซมัลโดมิแนนต์ เช่น เอ็นเซฟาโลไมโอพาธีบางรูปแบบ กล้ามเนื้ออ่อนแรงที่เกิดความเสียหายต่อดวงตา แม้จะมีการกลายพันธุ์ของ mtDNA (การลบออกหลายครั้ง) ก็มีการถ่ายทอดทางพันธุกรรมแบบออโตโซมัลโดมิแนนต์

อย่างไรก็ตาม แตกต่างจากการถ่ายทอดทางพันธุกรรมของเมนเดเลียน การถ่ายทอดทางพันธุกรรมประเภทออโตโซมัลโดมิแนนต์ในพยาธิวิทยาของไมโตคอนเดรียมีลักษณะเฉพาะคือมีผู้ได้รับผลกระทบจำนวนมากในรุ่นต่อๆ มา

ในที่สุด โรคทางไมโตคอนเดรียบางโรค ซึ่งมักเกี่ยวข้องกับการลดจำนวนไมโตคอนเดรียของ mtDNA หรือการขาดหายไปของไมโตคอนเดรียในเซลล์ สามารถถ่ายทอดทางพันธุกรรมแบบถ่ายทอดทางยีนด้อยได้ เช่น โรคกล้ามเนื้ออ่อนแรงแต่กำเนิด โรคกล้ามเนื้อหัวใจ โรคระบบประสาทเสื่อม กรดแลกติกในเลือดสูง ตับเสียหาย เป็นต้น

การศึกษาลักษณะของการถ่ายทอดทางพันธุกรรมของโรคถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการพยากรณ์โรคทางการแพทย์และทางพันธุกรรม และต้องมีการวิเคราะห์อาการทางคลินิกอย่างลึกซึ้ง พร้อมทั้งมีความรู้เกี่ยวกับกลไกการก่อตัวของพยาธิวิทยาของไมโตคอนเดรียและประเภทของการถ่ายทอดทางพันธุกรรม

การแสดงออกของอาการทางคลินิกนั้นแตกต่างกันอย่างมากตั้งแต่ช่วงแรกๆ ของชีวิตจนถึงวัยผู้ใหญ่ เมื่อวิเคราะห์ตัวบ่งชี้นี้ จำเป็นต้องคำนึงถึงรูปแบบของโรคด้วย เนื่องจากแต่ละรูปแบบจะมีช่วงวัยที่เริ่มมีอาการที่แตกต่างกัน

ความผิดปกติของระบบเผาผลาญที่พบในโรคไมโตคอนเดรียจะค่อยๆ ลุกลามไปในผู้ป่วยส่วนใหญ่ อาการเริ่มแรกมักจะไม่รุนแรง จากนั้นจะค่อยๆ รุนแรงขึ้นจนอาจนำไปสู่ความผิดปกติร้ายแรงที่ทำให้พิการได้ โรคที่พบได้น้อย เช่น โรคกล้ามเนื้ออ่อนแรงในเด็กและโรคเส้นประสาทตาลีเบอร์บางชนิด อาจเป็นแบบไม่ร้ายแรงและหายได้ในที่สุด

ในระหว่างการทดสอบในห้องปฏิบัติการ จะให้ความสนใจกับสัญญาณลักษณะเฉพาะของโรคไมโตคอนเดรีย:

• การมีภาวะกรดเกิน;
• ระดับแลคเตตและไพรูเวตในเลือดสูง มีดัชนีแลคเตต/ไพรูเวตเพิ่มขึ้นมากกว่า 15 โดยเฉพาะอย่างยิ่งจะเพิ่มขึ้นเมื่อมีปริมาณกลูโคสในเลือดสูงหรือออกกำลังกาย
• ภาวะคีโตนในเลือดสูง;
• ภาวะน้ำตาลในเลือดต่ำ;
• ภาวะแอมโมเนียในเลือดสูง
• เพิ่มความเข้มข้นของอะซีโตอะซิเตทและ 3-ไฮดรอกซีบิวไทเรต
• เพิ่มอัตราส่วนของกรด 3-hydroxybutyric / กรดอะซีโตอะซิติกในเลือด
• ระดับกรดอะมิโนในเลือดและปัสสาวะเพิ่มขึ้น (อะลานีน, กลูตามีน, กรดกลูตามิก, วาลีน, ลิวซีน, ไอโซลิวซีน)
• ระดับกรดไขมันในเลือดสูง
• การขับกรดอินทรีย์ออกมากเกินไปในปัสสาวะ
• ระดับคาร์นิทีนในเลือดลดลง
• การเพิ่มขึ้นของปริมาณไมโอโกลบินในของเหลวในร่างกาย
• กิจกรรมของเอนไซม์ไมโตคอนเดรียในไมโอไซต์และไฟโบรบลาสต์ลดลง

ค่าการวินิจฉัยของตัวบ่งชี้เหล่านี้จะสูงขึ้นเมื่อมีอาหารมากกว่าเมื่อท้องว่าง ในทางปฏิบัติ การทดสอบวินิจฉัยได้รับการพิสูจน์แล้วว่าได้ผลดี โดยสามารถระบุแล็กเตตในเลือดโดยเปรียบเทียบกับปริมาณกลูโคสที่รับเข้ามา ซึ่งช่วยให้ตรวจจับความล้มเหลวของห่วงโซ่การหายใจจากปริมาณกลูโคสที่รับเข้ามาเพิ่มเติมได้ชัดเจนยิ่งขึ้น

สำหรับการวินิจฉัยทางห้องปฏิบัติการเกี่ยวกับความผิดปกติของไมโตคอนเดรียและรูปแบบเฉพาะของโรคนั้น วิธีการวิจัยทางชีวเคมีแบบทั่วไปและเป็นประจำนั้นไม่เพียงพอ จำเป็นต้องทำการทดสอบพิเศษ การวิเคราะห์กิจกรรมของเอนไซม์ในชิ้นเนื้อกล้ามเนื้อโครงร่างนั้นสะดวกเป็นพิเศษมากกว่าในเนื้อเยื่ออื่นๆ นอกจากนี้ยังสามารถระบุกิจกรรมของเอนไซม์ในห่วงโซ่การหายใจได้ โดยเฉพาะซิเตรตซินเทส ซักซิเนตดีไฮโดรจีเนส และไซโตโครมซีออกซิเดส

ข้อมูลจากการศึกษาทางสัณฐานวิทยาและพันธุศาสตร์โมเลกุล

การศึกษาทางสัณฐานวิทยามีความสำคัญอย่างยิ่งในการวินิจฉัยพยาธิวิทยาของไมโตคอนเดรีย เนื่องจากข้อมูลที่มีคุณค่าอย่างมาก การตรวจชิ้นเนื้อเนื้อเยื่อกล้ามเนื้อและการตรวจทางฮิสโตเคมีของชิ้นเนื้อที่ได้จึงมักมีความจำเป็น ข้อมูลที่สำคัญสามารถได้รับโดยการตรวจวัสดุพร้อมกันโดยใช้กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงและอิเล็กตรอน

เครื่องหมายสำคัญอย่างหนึ่งของโรคไมโตคอนเดรียคือปรากฏการณ์เส้นใยสีแดง "ขรุขระ" [ปรากฏการณ์ RRF (เส้นใยสีแดงขรุขระ)]ซึ่งเกิดขึ้นในปี 1963 โดยมีความเกี่ยวข้องกับการก่อตัวของไมโตคอนเดรียผิดปกติที่เปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมตามขอบของเส้นใยกล้ามเนื้ออันเนื่องมาจากการขยายตัวและการสะสมในจุดโฟกัส ปรากฏการณ์นี้ตรวจพบได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงโดยใช้การย้อมโกโมริพิเศษ แต่ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการใช้เครื่องหมายไมโตคอนเดรียและวิธีการทางภูมิคุ้มกันต่างๆ เพื่อจุดประสงค์นี้

อาการทางสัณฐานวิทยาอื่น ๆ ของโรคทางไมโตคอนเดรีย ได้แก่:

• การเพิ่มขึ้นของขนาดไมโตคอนเดรียอย่างรวดเร็ว
• การสะสมของไกลโคเจน ไขมัน และแคลเซียมคอนกลอมเมอเรตในชั้นใต้ซาร์โคเล็มมา
• กิจกรรมของเอนไซม์ไมโตคอนเดรียลดลง
• การกระจายตัวของเม็ดเอนไซม์ที่มีฤทธิ์ของซักซิเนตดีไฮโดรจีเนส (SDH), NADH ออกซิโดเรดักเตส, ไซโตโครม ซี ออกซิเดส ฯลฯ ที่ผิดปกติ

ในผู้ป่วยที่มีโรคเกี่ยวกับไมโตคอนเดรีย การใช้กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงของเนื้อเยื่อกล้ามเนื้อสามารถเปิดเผยสัญญาณทางสัณฐานวิทยาที่ไม่เฉพาะเจาะจงได้ เช่น การตายของเส้นใยกล้ามเนื้อในบริเวณนั้น การสะสมของมวลซาร์โคพลาสมิก การมีอยู่ของการสลายของบริเวณใต้ซาร์โคพลาสมิก ภาวะบาโซฟิเลียของซาร์โคพลาสมิก จำนวนนิวเคลียสของกล้ามเนื้อที่เพิ่มมากขึ้น การกระตุ้นกระบวนการสร้างใหม่ ฯลฯ

การศึกษาบทบาทของปรากฏการณ์เส้นใยสีแดง "ขรุขระ" แสดงให้เห็นถึงความสำคัญในการวินิจฉัยภาวะต่างๆ เช่น MELAS, MERRF, กลุ่มอาการ Kearns-Sayre, โรคกล้ามเนื้อตาอ่อนแรงเรื้อรังแบบก้าวหน้า และภาวะอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับการกลายพันธุ์ของ mtDNA ปรากฏการณ์นี้สามารถเกิดขึ้นได้ในโรคอื่นๆ เช่น โรคกล้ามเนื้อเสื่อมแบบดูเชนน์ โรคกล้ามเนื้ออักเสบ โรคกล้ามเนื้ออ่อนแรงแบบไมโอโทนิก การรับประทานยา (โคลไฟเบรต) และภาวะทางพยาธิวิทยาอื่นๆ ดังนั้น ปรากฏการณ์ RRF จึงสามารถเกิดขึ้นควบคู่กับโรคไมโตคอนเดรียหลักได้

ปัจจุบัน การตรวจเนื้อเยื่อกล้ามเนื้อด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็คโตเคมีและอิเล็กตรอนเพื่อตรวจหาสัญญาณของความไม่เพียงพอของไมโตคอนเดรียได้รับความนิยมอย่างแพร่หลาย ในบางกรณี การตรวจดังกล่าวช่วยในการวินิจฉัย โดยเฉพาะภาพทางสัณฐานวิทยาปกติของเนื้อเยื่อกล้ามเนื้อตามข้อมูลกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง

สัญญาณจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ได้แก่ การตรวจจับการแบ่งตัวของไมโตคอนเดรีย การรบกวนของรูปร่างและขนาด การเรียงตัวผิดปกติและการขยายตัวของคริสตี การสะสมของไมโตคอนเดรียที่ผิดปกติใต้ซาร์โคเล็มมา การสะสมของไขมันและพาราคริสตัลไลน์ที่ผิดปกติ (ประกอบด้วยโปรตีนเป็นหลัก) หรือการรวมตัวที่ชอบน้ำซึ่งอยู่ในระหว่างเยื่อหุ้มชั้นในและชั้นนอกหรือภายในคริสตี คลัสเตอร์ทรงกลม มักตั้งอยู่ในเมทริกซ์ (ประกอบด้วยไตรกลีเซอไรด์เป็นหลัก) เป็นต้น

ในผู้ป่วยบางรายสามารถตรวจพบความผิดปกติทางไซโตเคมีในเม็ดเลือดขาวได้

การศึกษาทางชีวเคมีและสัณฐานวิทยาที่ซับซ้อนได้รับการเสริมด้วยวิธีการที่ทันสมัยในการวินิจฉัยทางโมเลกุล (การตรวจจับการกลายพันธุ์ของนิวเคลียสหรือไมโตคอนเดรีย) ซึ่งดำเนินการในห้องปฏิบัติการวินิจฉัยดีเอ็นเอเฉพาะทาง ในโรคไมโตคอนเดรีย การกลายพันธุ์หลายประเภทจะถูกตรวจพบ: การกลายพันธุ์แบบจุด การลบ การซ้ำซ้อน ความผิดปกติของดีเอ็นเอเชิงปริมาณ ฯลฯ

หากไม่มีการกลายพันธุ์ใน mtDNA หากสงสัยว่ามีพยาธิสภาพของไมโตคอนเดรีย จะมีการดำเนินการศึกษาดีเอ็นเอนิวเคลียร์

เกณฑ์การวินิจฉัย

เกณฑ์การวินิจฉัยโรคไมโตคอนเดรียแบ่งได้เป็น 2 กลุ่ม เกณฑ์การวินิจฉัยหลัก (กลุ่มที่ 1)

• คลินิก:
  • การวินิจฉัยที่ได้รับการยืนยัน: MERRF, MELAS, NARP, MNGIE, Pearson syndromes, Leber neuropathy, Leigh and Alpers diseases
  • การมีอาการดังต่อไปนี้ 2 อย่างหรือรวมกัน:
    • โรคหลายระบบที่บอกโรคได้ชัดเจนสำหรับโรคทางเดินหายใจ
    • อาการดำเนินไปอย่างก้าวหน้าโดยมีอาการกำเริบเป็นระยะๆ หรือมีการกลายพันธุ์ของไมโตคอนเดรียในครอบครัว
    • การแยกแยะโรคเมตาบอลิกและโรคอื่น ๆ โดยการทำการทดสอบที่เหมาะสม
• การตรวจทางเนื้อเยื่อวิทยา - ตรวจพบปรากฏการณ์ RRF ในเนื้อเยื่อกล้ามเนื้อมากกว่า 2%
• เอนไซม์:
  • เส้นใยไซโตโครมซีออกซิเดสลบ
  • กิจกรรมลดลงของเอนไซม์ในกลุ่มระบบทางเดินหายใจ (<20% ของค่าปกติในเนื้อเยื่อ <30% ในเซลล์หรือเนื้อเยื่อหลายชนิด)
• การทำงาน - ลดการสังเคราะห์ ATP ในไฟโบรบลาสต์มากกว่า 3 ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐาน
• พันธุกรรมระดับโมเลกุล - การกลายพันธุ์ที่สำคัญทางพยาธิวิทยาของนิวเคลียสหรือ mtDNA

เกณฑ์การวินิจฉัยเพิ่มเติม (กลุ่มที่ 2)

• อาการทางคลินิก - อาการไม่เฉพาะเจาะจงที่เกิดขึ้นในโรคของห่วงโซ่การหายใจ (การคลอดตาย การลดลงของกิจกรรมการเคลื่อนไหวของทารกในครรภ์ การเสียชีวิตของทารกแรกเกิดในระยะเริ่มต้น ความผิดปกติของการเคลื่อนไหว ความผิดปกติของพัฒนาการ โทนของกล้ามเนื้อบกพร่องในช่วงแรกเกิด)
• การตรวจทางเนื้อเยื่อวิทยา - พบปรากฏการณ์ RRF เป็นเปอร์เซ็นต์เล็กน้อย มีการสะสมของไมโตคอนเดรียใต้เนื้อเยื่อซาร์โคเล็มม่า หรือความผิดปกติของไมโตคอนเดรีย
• เอนไซม์ - มีกิจกรรมต่ำของเอนไซม์เชิงซ้อนของระบบทางเดินหายใจ (20-30% ของค่าปกติในเนื้อเยื่อ 30-40% ในเซลล์หรือสายเซลล์)
• การทำงาน - การลดลงของการสังเคราะห์ ATP ในไฟโบรบลาสต์ 2-3 ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานหรือไม่มีการเจริญเติบโตของไฟโบรบลาสต์ในอาหารที่มีกาแลกโตส
• พันธุกรรมระดับโมเลกุล - การตรวจหาการกลายพันธุ์ในนิวเคลียสหรือ mtDNA ที่อาจมีการเชื่อมโยงกับการเกิดโรค
• กระบวนการเผาผลาญ - การตรวจหาสารเมตาบอไลต์หนึ่งรายการหรือมากกว่าซึ่งบ่งชี้ถึงความผิดปกติในพลังงานชีวภาพของเซลล์

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ]