אבחון מחלות מיטוכונדריאליות

הערכת אופי התורשה וביטוי הסימנים הקליניים של מחלות מיטוכונדריאליות

מאחר שמחלות מיוטוכונדריאליות עלולות להיגרם במקרים מסוימים עקב נזק לגנום הגרעיני, העברת המחלה תתאים לחוקי התורשה המנדליים. במקרים בהם התפתחות המחלה נגרמת עקב מוטציות בדנ"א המיטוכונדריאלי, הירושה תתאים לסוג המיטוכונדריאלי, כלומר, היא תועבר דרך הקו האימהי. לבסוף, כאשר הפתולוגיה מתפתחת עם נזק בו זמנית לגנים של הגנום הגרעיני והמיטוכונדריאלי, הירושה תהיה מורכבת ותיקבע על ידי גורמים שונים. בהקשר זה, בניתוח גנאלוגי על ידי מאפיין פורמלי (אופי הירושה על פי אילן היוחסין), ניתן לציין את סוגי התורשה השונים ביותר: אוטוזומלי דומיננטי, אוטוזומלי רצסיבי, X-linked, מיטוכונדריאלי.

התפתחותן של מחלות מיוטוכונדריאליות כגון הפרעה במטבוליזם של חומצה פירובית או חמצון בטא של חומצות שומן, מעגל קרבס, קשורה למוטציות בגנים של הגנום הגרעיני. פתולוגיות אלו מאופיינות בתורשה אוטוזומלית רצסיבית, כאשר ההורים נשאים של מוטציות (הטרוזיגוטים), והילד נשא של שתי המוטציות התורשתיות שהתקבלו מהאב ומהאם (הומוזיגוט). ההורים בדרך כלל בריאים כלפי חוץ, ויש לחפש מחלה דומה או מיקרוסימנים שלה באחים ואחיות של הילד החולה (אחיות פוטנציאליים) ובקרובי משפחה מצד האם והאב (בני דודים).

במקרה של סוג תורשה רצסיבי, בעל כרומוזום X (למשל, חומצה גלוטרית מסוג II בילודים או חסר בתת-היחידה E1 של הקומפלקס הפירובי, מחלת מנקס וכו'), בנים מושפעים יותר, והאימהות הן נשאיות של מוטציות ומעבירות אותן לבניהן. תורשה אימהית שונה מתורשה בעלת כרומוזום X בכך ששני המינים מושפעים. במקרים אלה, בעת ניתוח אילן היוחסין, יש צורך לנתח את שכיחות המחלה אצל גברים, מכיוון שהיא לא תתבטא אצל נשים. אילן היוחסין אינו מראה את העברת המחלה לאורך שושלת אב-בן, מכיוון שהאב יכול להעביר רק את כרומוזום ה-Y לבנו.

כאשר מחלה מתפתחת עקב נזק לגנום המיטוכונדריאלי (לדוגמה, מספר מחלות שרשרת נשימתיות, נוירופתיה אופטית של לבֶּר, MELAS, MERF, תסמונות NARP וכו'), ניתן לעקוב אחר ירושה אימהית, שכן הילד יורש מיטוכונדריה מהאם, והיא יכולה להעביר אותן גם לבנים וגם לבנות. לפיכך, שני המינים מושפעים באופן שווה. בהקשר זה, יש לעקוב אחר העברת המחלה לאורך שושלת האם באילן היוחסין.

כאשר מנתחים עץ משפחה ומחפשים תסמינים של מחלות מיטוכונדריאליות אצל קרובי משפחה, יש לזכור שחומרת המחלה (מידת הביטוי של הסימן) יכולה להשתנות במידה רבה, דבר שיכול לנבוע ממספר שונה של מיטוכונדריות שנפגעו, אופי הנזק שלהן, התפלגות שונה של מוטציות בתאים וכו'. לכן, לא תמיד ניתן לזהות סימנים ברורים של מחלות. במקרים מסוימים, מתגלים תסמינים בודדים, מחוקים, או סימנים שניתן לזהות במהלך חיפוש ממוקד.

התפתחות פתולוגיה מיטוכונדריאלית עשויה להיות קשורה לנזק לאזורים גדולים של המיטוכונדריה, מה שנקרא מיקרו-מחיקות (לדוגמה, תסמונת קירנס-סייר, תסמונת פירסון, צורות מסוימות של סוכרת עם חירשות, אופתלמופלגיה חיצונית מתקדמת וכו'). במקרים אלה, תסמינים אופייניים לרוב אינם נמצאים אצל קרובי משפחה, מכיוון שהתפתחות המחלות קשורה להופעת מוטציות חדשות שהתרחשו בזיגוטה מיד לאחר הפריית הביצית ( מוטציה דה נובו ). המחלה היא ספורדית. לעתים קרובות, יחד עם מחלות אלה, מספר מצבים הקשורים למוטציות מרובות של DNA מיטוכונדריאלי עוברים בתורשה אוטוזומלית דומיננטית: לדוגמה, צורות מסוימות של אנצפלומיופתיה, מיופתיה עם נזק לעיניים, למרות נוכחות מוטציות mtDNA (מחיקות מרובות), הן בעלות סוג אוטוזומלי דומיננטי של תורשה.

עם זאת, בניגוד לתורשה מנדלית, סוג התורשה האוטוזומלי הדומיננטי בפתולוגיה מיטוכונדריאלית מאופיין במספר רב של פרטים מושפעים בדורות הבאים.

לבסוף, חלק ממחלות המיטוכונדריה, הקשורות לעיתים קרובות לדלדול של מיטוכונדריה ב-mtDNA או להיעדרן בתאים, יכולות לעבור בתורשה באופן אוטוזומלי רצסיבי. אלה כוללות צורות מולדות של מיופתיה, קרדיומיופתיה, תסמונת נוירודיסטרס, חמצת לקטית, נזק לכבד וכו'.

חקר אופי ההעברה התורשתית של המחלה חשוב לפרוגנוזה רפואית וגנטית ודורש ניתוח מעמיק של סימנים קליניים עם ידע על מנגנוני היווצרות פתולוגיה מיטוכונדריאלית וסוגי התורשה שלה.

הביטוי של הביטויים הקליניים משתנה מאוד מהימים הראשונים לחיים ועד לבגרות. בעת ניתוח אינדיקטור זה, יש לקחת בחשבון צורות נוזולוגיות, שכן לכל אחת מהן יש גיל מסוים של הופעת הבכורה.

הפרעות מטבוליות הנצפות במחלות מיטוכונדריאליות הן פרוגרסיביות ברוב המכריע של המקרים. התסמינים הראשוניים הם לרוב קלים, לאחר מכן מתקדמים ויכולים להוביל להפרעות משביתות משמעותיות. צורות נדירות של פתולוגיה, כגון מיופתיה שפירה של תינוקות וכמה צורות של נוירופתיה אופטית על שם לבר, יכולות להיות שפירות ונוטות לנסיגה.

במהלך בדיקות המעבדה, מוקדשת תשומת לב לסימנים האופייניים למחלות מיטוכונדריאליות:

• נוכחות של חמצת;
• רמות גבוהות של לקטט ופירובט בדם, עלייה במדד לקטט/פירובט של יותר מ-15, במיוחד עלייה עם עומס גלוקוז או פעילות גופנית;
• היפרקוטונמיה;
• היפוגליקמיה;
• היפר-אמונמיה;
• ריכוזים מוגברים של אצטואצטט ו-3-הידרוקסיבוטיראט;
• יחס מוגבר של חומצה 3-הידרוקסיבוטירית/חומצה אצטואצטית בדם;
• רמות מוגברות של חומצות אמינו בדם ובשתן (אלנין, גלוטמין, חומצה גלוטמית, ואלין, לאוצין, איזולאוצין);
• רמות גבוהות של חומצות שומן בדם;
• הפרשת יתר של חומצות אורגניות בשתן;
• רמות נמוכות של קרניטין בדם;
• עלייה בתכולת מיוגלובין בנוזלים ביולוגיים;
• ירידה בפעילות של אנזימים מיטוכונדריאליים במיוציטים ובפיברובלסטים.

הערך האבחוני של אינדיקטורים אלה גבוה יותר עם עומס מזון מאשר על קיבה ריקה. בפועל, בדיקה אבחונית הוכיחה את עצמה היטב: קביעת לקטט בדם על רקע עומס גלוקוז, המאפשרת זיהוי ברור יותר של כשל שרשרת הנשימה עקב עומס גלוקוז נוסף.

לאבחון מעבדתי של תפקוד לקוי של המיטוכונדריה וצורותיה הנוזולוגיות הספציפיות, שיטות מחקר ביוכימיות קונבנציונליות ושגרתיות אינן מספיקות; יש צורך לבצע בדיקות מיוחדות. ניתוח פעילות האנזימים בביופסיות של שרירי שלד נוח במיוחד מאשר ברקמות אחרות. ניתן לקבוע את פעילותם של אנזימי שרשרת הנשימה, במיוחד סינתטאז ציטראט, דהידרוגנאז סוקצינט וציטוכרום C אוקסידאז.

נתונים ממחקרים גנטיים מורפולוגיים ומולקולריים

מחקרים מורפולוגיים חשובים במיוחד באבחון פתולוגיה מיטוכונדריאלית. בשל ערכם האינפורמטיבי הרב, נדרשות לעיתים קרובות ביופסיות של רקמת שריר ובדיקה היסטוכימית של הביופסיות המתקבלות. ניתן להשיג מידע חשוב על ידי בחינה בו זמנית של החומר באמצעות מיקרוסקופיית אור ואלקטרונים.

אחד הסמנים החשובים למחלות מיטוכונדריאליות הוא תופעת הסיבים האדומים ה"משוננים" [תופעת ה-RRF (ragged red fibres)], שאובחנה בשנת 1963. היא קשורה להיווצרות מיטוכונדריה לא תקינה שעברה שינוי גנטי לאורך קצה סיב השריר עקב ריבוי והצטברות מוקדית. תופעה זו מזוהה על ידי מיקרוסקופ אור באמצעות צביעת גומורי מיוחדת, אך בשנים האחרונות נעשה שימוש לסמנים מיטוכונדריאליים שונים ושיטות אימונולוגיות שונות למטרה זו.

סימנים מורפולוגיים נוספים של פתולוגיה מיטוכונדריאלית כוללים:

• עלייה חדה בגודל המיטוכונדריה;
• הצטברות של גליקוגן, ליפידים וקונגלומרטים של סידן בתת-סרקולמה;
• ירידה בפעילות של אנזימים מיטוכונדריאליים;
• הפרעה בחלוקת גרגירי הפעילות של האנזימים סוקצינט דהידרוגנאז (SDH), NADH אוקסידורדוקטאז, ציטוכרום C אוקסידאז וכו'.

בחולים עם מחלות מיטוכונדריאליות, מיקרוסקופ אור של רקמת שריר יכול לחשוף סימנים מורפולוגיים לא ספציפיים: נמק מקומי של סיבי שריר, הצטברות של מסות סרקופלזמיות, נוכחות של ליזיס של אזורים תת-סרקולמליים של הסרקופלזמה, בזופיליה של הסרקופלזמה, מספר מוגבר של גרעיני שריר, הפעלת תהליכי התחדשות וכו'.

מחקר תפקידה של תופעת הסיבים האדומים ה"משוננים" הראה את חשיבותה לאבחון מצבים כגון MELAS, MERRF, תסמונות Kearns-Sayre, אופתלמופלגיה כרונית מתקדמת ואחרות הקשורות למוטציות mtDNA. תופעה זו יכולה להתפתח במחלות אחרות: ניוון שרירים דושן, דרמטומיוזיטיס, ניוון שרירים מיוטוני, נטילת תרופות (קלופיברט) ומצבים פתולוגיים אחרים. לפיכך, יחד עם מחלות מיטוכונדריאליות ראשוניות, תופעת RRF יכולה ללוות תפקודים מיטוכונדריאליים משניים.

כיום, בדיקה היסטוכימית ובדיקה מיקרוסקופית אלקטרונים של רקמת שריר כדי לזהות סימנים של אי ספיקה מיטוכונדריאלית הפכו נפוצות. במקרים מסוימים, הן מסייעות באבחון, במיוחד עם תמונה מורפולוגית תקינה של רקמת שריר על פי נתוני מיקרוסקופ אור.

סימנים מיקרוסקופיים אלקטרונים - גילוי של התפשטות מיטוכונדריה, שיבוש צורתן וגודלן, חוסר ארגון והגדלה של קריסטות, הצטברות של מיטוכונדריה לא תקינה מתחת לסרקולמה, הצטברות של ליפידים ותכלילים פארא-קריסטליים לא תקינים (המורכבים בעיקר מחלבון) או אוסמופיליים הממוקמים בין הממברנות הפנימיות והחיצוניות או בתוך הקריסטות, צבירים כדוריים, הממוקמים לעתים קרובות במטריקס (המורכבים בעיקר מטריגליצרידים) וכו'.

אצל חלק מהחולים, ניתן לזהות אנומליות ציטוכימיות בלויקוציטים.

מכלול המחקרים הביוכימיים והמורפולוגיים משלים שיטות מודרניות של אבחון מולקולרי (גילוי מוטציות גרעיניות או מיטוכונדריאליות), המבוצעות במעבדות אבחון DNA ייעודיות. במחלות מיטוכונדריאליות, מתגלים סוגים שונים של מוטציות: מוטציות נקודתיות, מחיקות, כפילויות, אנומליות כמותיות של DNA וכו'.

בהיעדר מוטציות ב-mtDNA, אם יש חשד לפתולוגיה מיטוכונדריאלית, מבוצע מחקר DNA גרעיני.

קריטריונים לאבחון

ישנן 2 קבוצות של קריטריונים לאבחון מחלות מיטוכונדריאליות. קריטריונים אבחוניים עיקריים (קבוצה ראשונה).

• קליני:
  • אבחנות מבוססות: MERRF, MELAS, NARP, MNGIE, תסמונות פירסון, נוירופתיה של לבר, מחלות ליי ואלפרס;
  • נוכחות של 2 או שילוב של הסימנים הבאים:
    • נגע רב-מערכתי, פתוגנומי למחלות שרשרת נשימה;
    • מהלך פרוגרסיבי עם אפיזודות החמרה או נוכחות של מוטציות מיטוכונדריאליות במשפחה;
    • שלילת מחלות מטבוליות ומחלות אחרות על ידי ביצוע בדיקות מתאימות.
• היסטולוגית - גילוי תופעת ה-RRF ביותר מ-2% מרקמת השריר.
• אנזימטי:
  • סיבים שליליים לציטוכרום c אוקסידאז;
  • ירידה בפעילות של אנזימים של שרשרת הנשימה (<20% מהנורמה ברקמה, <30% בתאים או במספר רקמות).
• פונקציונלי - ירידה בסינתזת ATP בפיברובלסטים ביותר מ-3 סטיות תקן.
• גנטיקה מולקולרית - מוטציות בעלות משמעות פתוגנית של DNA גרעיני או mtDNA.

קריטריונים אבחנתיים נוספים (קבוצה שנייה).

• קליני - תסמינים לא ספציפיים המופיעים במחלות של שרשרת הנשימה (לידה שקטה, ירידה בפעילות המוטורית של העובר, מוות מוקדם של יילודים, הפרעות תנועה, הפרעות התפתחותיות, פגיעה בטונוס שרירים בתקופת היילוד).
• היסטולוגית - אחוז קטן של תופעת RRF, הצטברות תת-סרקולמלית של מיטוכונדריה או אנומליות שלהן.
• אנזימטי - פעילות נמוכה של אנזימי קומפלקס נשימתיים (20-30% מהנורמה ברקמות, 30-40% בתאים או שורות תאים).
• פונקציונלי - ירידה בסינתזת ATP בפיברובלסטים ב-2-3 סטיות תקן או היעדר צמיחת פיברובלסטים במדיום עם גלקטוז.
• גנטיקה מולקולרית - גילוי מוטציות ב-DNA גרעיני או mtDNA עם קשר פתוגנטי משוער.
• מטבולי - גילוי של מטבוליט אחד או יותר המצביעים על הפרעה בביו-אנרגטיקה התאית.

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