Митохондриальные заболевания : руководство для врачей

Митохондрии впервые были описаны в 1841 г. как внутриклеточные гранулы, наблюдаемые в клетке при помощи первого оптического микроскопа. В 1897 г. Benda опубликовал первые описания этих клеточных органелл. Стремительное развитие инструментальных и биохимических методов изучения клетки во второй половине XX в. заметно повлияло и на исследование роли митохондрий.

Согласно современным теориям, митохондрии произошли от свободноживущих бактерий и участвовали в происхождении эукариотических клеток посредством процесса, известного как эндосимбиоз. Эндосимбиотическая гипотеза предполагает, что исходные анаэробные эукариотические (современные взгляды указывают на эндосимбиоз с неэукариотическим архейным организмом) клетки поглотили примитивные митохондрии и установили благоприятное взаимодействие (хотя это произошло после массивного негативного отбора из-за перетасовки генов) для обоих организмов. Действительно, митохондрии смогли резко увеличить производство энергии клетками, генерируя аденозинтрифосфат (АТФ) через дыхательную цепь, в то время как клетка-хозяин создала безопасную среду для их размножения.

Митохондрии - сложные клеточные органеллы (рис. 1-2), ограниченные двумя мембранами (внутренней и внешней) и вовлеченные во множество ключевых метаболических процессов, таких как окисление жирных кислот, обмен аминокислот, цикл трикарбоновых кислот, окислительное фосфорилирование, кальциевый обмен и многие другие.

Показано, что в функционировании митохондрий задействовано как минимум 1500 различных белков. Из них только 15% непосредственно вовлечены в образование АТФ, включая пути метаболизма энергии и систему окислительного фосфорилирования, 20–25% поддерживают и регулируют работу митохондриального генома (который кодирует около 1% митохондриальных белков). Кроме того, многие митохондриальные белки связаны с различными клеточными сигнальными путями и вовлечены в процессы деления и слияния мембран (рис. 1-3).

В зависимости от энергозатрат, в разных тканях каждая клетка может содержать от нескольких сотен до нескольких десятков тысяч митохондрий. Митохондрии в разных тканях имеют различную форму, они могут быть сферическими, нитевидными, бобовидными и др.

На внешней мембране митохондрий расположены поры, через которые специальные белки - транслоказы осуществляют перенос ионов и крупных молекул внутрь митохондрий. Внутренняя мембрана образует кристы (складки) (рис. 1-4), которые могут видоизменяться под воздействием метаболических условий и стресса; в нее встроены белки дыхательной цепи митохондрий, обеспечивающие выработку АТФ посредством формирования электрохимического протонного градиента. Пространство между внешней и внутренней мембранами называется межмембранным пространством.

Митохондрия находится под двойным генетическим контролем: часть ее компонентов кодируется ядерным геномом, но также есть и собственная мтДНК. В матриксе митохондрий расположены кольцевая двухцепочечная мтДНК размером 16 569 п.н. (много копий), специфические митохондриальные рибосомы, митохондриальные транспортные РНК (тРНК), ферменты и компоненты цикла Кребса и β-окисления жирных кислот; мтДНК содержит последовательности 37 генов, из которых 22 кодируют тРНК, 12S и 16S субъединицы рРНК. Остальные гены кодируют субъединицы дыхательной цепи митохондрий (ДЦМ) и АТФ-синтазы: ND1-6 (включая ND4 и ND4L) комплекс дыхательной цепи митохондрий I (КДЦМ I), каталитические субъединицы цитохром-с -оксидазы I-III (CO1-3) КДЦМ IV, субъединицы ATФ6 и ATФ8 АТФ-синтазы, цитохром b КДЦМ III.

В 2015 г. сделано открытие, связанное со структурной организацией митохондрий. Ученые из трех институтов в Германии получили Нобелевскую премию за метод микроскопии, позволивший впервые получить высокоразрешающие изображения митохондрий, на которых видна упаковка одной молекулы мтДНК, связанной со специальным белком TFAM (аналогом ядерных белков-гистонов) в слегка удлиненные структуры размером 100 нм. С помощью этого метода ученым удалось уточнить количество упакованных молекул мтДНК (нуклеоидов) в митохондриях - их может быть до 10 штук (рис. 1-5).

Окислительное фосфорилирование - это основной путь образования энергии у аэробных организмов. Углеводы, жиры и белки, поступающие с пищей, превращаются в глюкозу, жирные кислоты, глицерин, аминокислоты и преобразуются в ацетил-коэнзим А через гликолиз и β-окисление липидов и деаминирование. Ацетил-коэнзим А поступает в цикл Кребса, где O₂ окисляется до CO₂ и происходит восстановление НАД⁺ и ФАД⁺ до НАДН и ФАДH₂ соответственно. Электроны от НАДН и ФАДH₂ затем ступенчато переносятся на кислород, восстанавливая его до H₂ O. Полученная энергия тратится на образование АТФ. Суммарно за счет окислительного фосфорилирования и цикла Кребса образуется 38 молекул АТФ.

В 60-х гг. прошлого столетия нобелевским лауреатом P. Mitchell сформирована хемиосмотическая гипотеза о сопряжении синтеза энергии в виде молекул АТФ с цепью переноса электронов митохондрий посредством образования электрохимического протонного градиента через внутреннюю мембрану. Градиент растрачивается АТФ-синтазой для образования АТФ из АДФ или выделяется в виде тепла пассивной утечкой протонов.

Дыхательная цепь митохондрий состоит из 4 мультиферментных комплексов, белков-переносчиков электронов и АТФ-синтазы, которую иногда называют также V комплексом дыхательной цепи (рис. 1-6). КДЦМ I, III, IV переносят протоны из митохондриального матрикса в межмембранное пространство - тем самым формируя протонный градиент, изменяющий заряд мембраны и pH - что является "движущей" силой для фосфорилирования АТФ-синтазой молекул АДФ до АТФ.

Митохондрии - это высокодинамичные органеллы, которые постоянно делятся и сливаются с соседними митохондриями, двигаются внутри клетки в места повышенной энергетической потребности. Митохондриальная сеть в клетке называется хондриомом.

В матриксе митохондрий могут содержаться от 2 до 10 копий молекул мтДНК - двухцепочечной кольцевой ДНК, состоящей из 16 569 п.н. и кодирующей 37 различных генов (13 структурных субъединиц системы окислительного фосфорилирования, за исключением КДЦМ II, 2 рибосомальные РНК и 22 транспортных РНК); мтДНК не содержит интронов, однако в ее структуре есть небольшой некодирующий регион, называемый D-петлей, который ответствен за транскрипцию и трансляцию мтДНК (рис. 1-7).

По данным базы данных MITOMAP, подтверждена патогенность 93 вариантов мтДНК, примерно 300 вариантов описаны как потенциально патогенные. Патогенные варианты в мтДНК, по литературным данным, вызывают до 80% всех МЗ среди взрослых и до 25% МЗ среди детей.

Митохондриальный геном обладает несколькими уникальными свойствами.

Согласно эндосимбиотической теории, симбиотические органеллы постепенно переносят свои гены в ядерные геномы эукариотических клеток-хозяев. С 1980-х гг. ядерная ДНК митохондриального происхождения была идентифицирована у широкого круга эукариотических видов, что поддерживает теорию серийного эндосимбиоза. Существует каталог, который аннотирует 585 таких псевдогенов (NumtS - nuclear mitochondrial sequences), обнаруженных в геномах человека.

Опубликовано несколько работ, которые поставили под сомнение догму о том, что мтДНК человека наследуется исключительно по материнской линии. Однако вслед за этим было проведено исследование, в котором было показано, что ядерные псевдогены отца могут приниматься за отцовскую мтДНК. Более того, известно, что митохондрии сперматозоида деградируют после оплодотворения яйцеклетки.

Мультикопийность мтДНК является причиной уникального феномена - гетероплазмии - одновременного присутствия нормальных и мутантных копий мтДНК в клетках и тканях. Уровень гетероплазмии выражают в процентах мутантных копий мтДНК по отношению к общему числу копий. Он может быть небольшим, и тогда это никак не повлияет на состояние клеток, но при превышении определенного порога возникает нарушение функции митохондрии, клеток и тканей. Этот порог зависит от типа ткани, а также от самой мутации.

Уровень гетероплазмии может варьировать между тканями и клетками и меняться на протяжении жизни человека. Например, описано, что уровень гетероплазмии замены m.3243A>G в крови снижается примерно на 1,4–2,3% в год и со временем может стать ниже уровня порогового обнаружения для некоторых диагностических тестов.

Молекулярный механизм этого негативного отбора однозначно не установлен, но его связь с митотическим делением клеток указывает на процесс, связанный либо с репликативным недостатком, либо с более короткой продолжительностью жизни клеток, несущих большее число мутантных копий мтДНК.

Постмитотические ткани, такие как скелетные мышцы, как правило, имеют более высокие и более стабильные уровни мутантной мтДНК, чем митотические ткани, такие как кровь, эпителиальные клетки мочевыводящей системы и клетки буккального эпителия.

Некоторые патогенные варианты, такие как протяженные делеции мтДНК, могут вообще не обнаруживаться в крови. Тем не менее подавляющее большинство гетероплазмических патогенных вариантов в мтДНК можно выявить в образцах крови при условии достаточной чувствительности метода детекции.

Согласно феномену "бутылочного горлышка" (схематичное представление этого эффекта представлено на рис. 1-8), уровни гетероплазмии могут меняться между поколениями. Эта теория утверждает, что лишь небольшая часть от общего числа молекул мтДНК передается потомству от матери. Эффект "бутылочного горлышка" может привести к тому, что зрелые ооциты будут содержать мутации мтДНК с различным уровнем гетероплазмии. Различная тяжесть клинических фенотипов среди членов семьи с патогенными вариантами в мтДНК может быть частично объяснена этой разницей в уровнях передаваемой мутации, однако точный механизм еще предстоит определить.

Примером наиболее распространенных и фенотипически разнооб­разных МЗ является патология, вызываемая вариантом m.3243A>G в гене MT-TL1 мтДНК. Примерно у 15% всех пациентов с заменой m.3243A>G развивается синдром MELAS. Другие синдромы, связанные с вариантом m.3243A>G, включают наследуемый по материнской линии диабет, глухоту и прогрессирующую наружную офтальмоплегию (PEO). Эпидемиологические исследования неоднократно показывали, что проявления заболевания, связанного с m.3243A>G, чаще связаны с матерински наследуемым сахарным диабетом с глухотой, чем с MELAS.

Yasutoshi Koga с коллегами (рис. 1-9, А, Б) описали несколько семей с вариантом m.3243A>G, но с различными клиническими проявлениями; в одной из семей поставлен диагноз PEO, в другой - синдром Ли. В семье с PEO уровень гетероплазмии в крови находился в пределах 18%, причем не у всех членов семьи на момент обследования болезнь манифестировала. В семье с синдромом Ли уровень гетероплазмии различался более значительно, причем тяжесть клинических проявлений коррелировала с уровнем гетероплазмии.

В лаборатории наследственных болезней обмена веществ ФГБНУ "МГНЦ им. акад. Н.П. Бочкова" была диагностирована семья с ранее не описанным вариантом в мтДНК m.14441Т>С (рис. 1-9, В). У большинства членов этой семьи патогенный вариант был выявлен в крови в гомоплазмическом состоянии, однако при этом установлен широкий внутрисемейный клинический полиморфизм. У пробанда наблюдался Ли-подобный фенотип, а у матери пробанда на момент обращения к генетику заболевание не проявилось клинически, хотя замена m.14441T>C обнаружена у нее в крови в состоянии гетероплазмии (~60–70%). В результате проведения семейного анализа выявлено еще шесть пораженных членов по материнской линии (две сестры матери и дети этих сестер) с различными клиническими фенотипами: один ребенок с синдромом Ли, как у пробанда, одна женщина с мигренеподобными головными болями, одна женщина с гемипарезом; девочка с атрофией зрительного нерва, мальчик с повышенной утомляемостью и девочка с дизартрией. Эти примеры демонстрируют важность составления подробной родословной.

Изучение эпидемиологии МЗ началось в 2000-х гг. с выяснения распространенности самой частой патогенной замены в мтДНК m.3243A>G. Заболеваемость, связанная с ней, составила 5,7 на 100 000, а распространенность варианта с учетом здоровых носителей - 16,3:100 000.

Протяженные единичные делеции мтДНК имеют популяционную частоту 1,5:100 000. Последующие популяционные исследования в Великобритании по всем формам МЗ, связанных с патогенными вариантами в мтДНК, показали распространенность 6,6 на 100 000 (12,5 на 100 000 с учетом носителей вариантов, имеющих риск развития заболевания в будущем). Пересмотренные и дополненные данные по взрослым пациентам, появившиеся чуть позже, показали распространенность 9,6 на 100 000 для вариантов в мтДНК и общую распространенность 12,5 на 100 000 (1:8000) для мтДНК и ядерных генов вместе, а с учетом носителей вариантов в мтДНК - 23 на 100 000 (1:4300). В расчет брались только клинически и генетически подтвержденные случаи МЗ, т.е., зная клиническую гетерогенность этих болезней, можно сделать вывод, что истинная распространенность гораздо выше. Однако зачастую в исследования по распространенности включают данные о пациентах не только с вариантами в "классических" генах окислительного фосфорилирования, но и в других генах, участвующих в работе митохондрий, но не связанных с дыхательной цепью, таких, например, как SPG7, MFN2, FXN, MMUT, BTD и др.

Данные эпидемиологических исследований, несомненно, подтверждают, что МЗ относятся к самым частым нервно-мышечным заболеваниям у взрослых.

С накоплением данных по секвенированию генома стало возможно провести расчет частоты МЗ не на основе клинических данных, а напрямую из данных о частоте патогенных вариантов в генах МЗ в конкретных популяциях человека. В большом исследовании Tan и соавт. в начале 2020 г. оценили комбинированный риск развития МЗ (249 рецессивных генетических форм) в течение жизни как 31,1 (26,7–36,3) на 100 000 по обобщенным данным базы gnomAD. На момент исследования база включала 123 136 экзомов и 15 496 геномов. Заболевания с самым высоким риском (>3 на 100 000) оказались связаны с патогенными вариантами в генах SPG7, ACADM, POLG и SLC22A5. Расчет частот проводился только на основании тщательно отобранного экспертами списка патогенных и вероятно патогенных вариантов, внесенных в базы HGMD, ClinVar. Стоит учитывать, что в список генов вошли не только "классические", непосредственно приводящие к нарушениям окислительного фосфорилирования, но и гены β-окисления жирных кислот, митохондриальных транспортеров карнитина, органических ацидурий и др. Также есть ограничения у этих расчетов: во-первых, не учитывались варианты с аутосомно-доминантным типом наследования, во-вторых, в некоторых популяциях частоты вариантов для ряда генов могут быть еще выше вследствие эффекта основателя.

Так, например, наиболее частым вариантом в гене POLG в РФ является вариант c.2243G>C (p.Trp748Ser), на долю которого приходится 33,6% аллелей при рецессивных фенотипах. Расчетная аллельная частота варианта c.2243G>C (p.Trp748Ser) в РФ составляет 0,14% (95% ДИ по методу Вилсона - от 0,11% до 0,18%), что в 1,4 раза выше, чем его общая аллельная частота в gnomAD, но в 4,3 раза ниже, чем в финской популяции, где частота данного варианта превышает 0,6% (табл. 1-1).

Примечание. * Представлены данные по частоте вариантов среди российской популяции. База RUSeq — http://ruseq.ru.

Первичные МЗ - это генетически обусловленные (патогенными вариантами нуклеотидной последовательности в ядерном или митохондриальном геномах) моногенные заболевания, характеризующиеся нарушением структуры или функций системы окислительного фосфорилирования, включая электрон-транспортную цепь.

Концепция митохондриальных нарушений была первоначально описана Люфтом на основании клинических, биохимических и морфологических данных. В эту домолекулярную эру МЗ были разделены на группы на основании первичного биохимического дефекта, например: дефекты цикла трикарбоновых кислот, дефекты метаболизма пирувата, отдельно выделяли дефекты окислительного фосфорилирования. Однако в настоящее время не существует консенсуса относительно биохимических критериев для определения митохондриальной патологии. В современной литературе можно встретить довольно много вариантов классификаций МЗ: по типу генетического дефекта (патогенные варианты ядерного или митохондриального геномов), по локализации дефекта (структурные субъединицы и факторы сборки КДЦМ, нарушения деления/слияния митохондрий, нарушения репликации мтДНК и т.д.). Один из вариантов современной классификации приведен в табл. 1-2.

Изучение патогенеза многих заболеваний привело к пониманию роли митохондрий в различных патологических процессах. Практически при всех нейродегенеративных и онкологических заболеваниях, а также при мультифакториальных болезнях, в патологические каскады вовлечены митохондрии. Эти болезни относят ко вторичным МЗ, при них нарушение структуры и функций митохондрий не является основным этиологическим фактором.

Клинические проявления этой группы болезней исключительно разно­образны. МЗ могут дебютировать в любом возрасте - от первых дней жизни до глубокой старости - и манифестировать нарушениями функций практически любой системы органов. Как правило, при МЗ страдают наиболее энергозависимые ткани - мышечная, нервная, эндокринная. Диагностика МЗ является довольно сложной задачей из-за разнообразия клинических проявлений, а также из-за наличия симптомов, совпадающих с другими нервно-мышечными или нейродегенеративными расстройствами.

Клиническая диагностика МЗ, связанных с патогенными вариантами в мтДНК, представляет особую проблему, поскольку, в зависимости от уровня гетероплазмии в различных тканях, возраст манифестации, тяжесть клинических проявлений, степень вовлечения разных систем органов даже у членов одной родословной может быть различная. Также по мере прогрессирования болезни может наблюдаться переход одного клинического синдрома в другой. Анализ большой выборки пациентов с МЗ показал, что центральная нервная система вовлекается в 86% случаев, орган зрения в 72%, орган слуха - в 41%, желудочно-кишечный тракт - в 69%, а поражение мышц наблюдается в 52%, сердца - в 24% случаев. Реже наблюдалось поражение дыхательной, почечной, эндокринной, крове­творной и мочеполовой систем. Основные клинические признаки, характерные для МЗ, представлены на рис. 1-10.

С клинической точки зрения МЗ можно разделить на три группы. Первая - это синдромы, для которых хорошо охарактеризованы клинические симптомы и их сочетания. Их клиническое описание приведено в главе 2.

Вторая группа включает пациентов с разнообразной клиникой, но наличием ярких, характерных для МЗ клинических проявлений, которые в зарубежной литературе иногда называют "красные флажки" (red flags). К ним относятся глазодвигательные нарушения - офтальмоплегия и офтальмопарез, а также двусторонний птоз, связанный с поражением мышц, поднимающих веко. Высоко патогномоничными для МЗ являются ранние (5–40 лет) инсультоподобные эпизоды с ишемическим поражением теменно-затылочных областей, а у детей двусторонние некрозы в области базальных ганглиев и стволе головного мозга, выявляемые при проведении магнитно-резонансной томографии (МРТ). Повысить подозрение на МЗ могут остро развившаяся печеночная недостаточность на фоне приема вальпроатов и "необычные" сочетания клинических симптомов, например миопатии и сахарного диабета, задержки роста и мигрени, пигментной дегенерации сетчатки и атаксии.

Третья группа, при которых диагноз МЗ не столь очевиден и рассматривается как один из возможных в широком ряду заболеваний из групп наследственных атаксий, нейросенсорных полиневропатий, миопатий, кардиомиопатий и других состояний. Во многих случаях диагноз этой группе пациентов устанавливают или при проведении широкого спектра различных лабораторных тестирований, или при полноэкзомных или геномных исследованиях

За последние несколько десятилетий был разработан ряд диагностических критериев, помогающих распознавать МЗ. Walker et al. предложили набор основных и дополнительных критериев для идентификации МЗ, также создана балльная система Неймегенского центра митохондриальных заболеваний, все они основаны на комбинации клинических, лабораторных, морфологических, биохимических и генетических данных. Но нужно признать, что диагноз и даже подозрение на МЗ в большой степени основаны на клиническом опыте и особой врачебной интуиции, поскольку дифференциальную диагностику МЗ следует проводить с широким кругом как наследственных, так и ненаследственных заболеваний. В табл. 1-3 приведены основные клинические симптомы МЗ, которые встречаются у пациентов с МЗ.

Митохондриальные нарушения ассоциируют со все большим числом гетерогенных клинических и молекулярных проявлений. В эпоху широкого развития геномных и мультиомиксных методов анализа, диагностика МЗ на основе общепринятых биохимических определений становится все более сложной задачей. Участие митохондрий во многих клеточных путях усложняет определение единого списка генов МЗ. Таким образом, вместо того чтобы придерживаться чрезмерно точного определения заболевания, включение пациентов с подозрением на эту патологию, основанное на клинических и генетических данных, в глобальные реестры пациентов представляется более практичным и также полезным для этой области.

Принято считать, что этиология клинических признаков МЗ обусловлена дефицитом системы окислительного фосфорилирования. Нарушение работы электрон-транспортной цепи митохондрий сопровождается снижением уровня окислительного фосфорилирования. Вследствие этих процессов уменьшается продукция АТФ - основного источника клеточной энергии, что приводит к гибели клеток и повреждению различных тканей и органов из-за выраженного несоответствия между энергетическими потребностями клеток и реальным содержанием макроэргических соединений. Кроме того, накопление промежуточных метаболитов из-за неэффективных процессов окислительного фосфорилирования может оказывать токсическое действие на мышечную и нервную системы.

Также митохондрии традиционно считаются основными источниками продукции активных форм кислорода (АФК). Было определено по меньшей мере 10 потенциальных мест продукции АФК, из них комплексы I и III ДЦМ являются основными (рис. 1-11).

В случаях дефектов окислительного фосфорилирования, как и недостатка кислорода или ишемии, значительно возрастает продукция митохондриальных АФК. В результате происходит перекисное окисление липидов, окисление белков и повреждение мтДНК, что приводит к изменению функции митохондрий и еще большему увеличению скорости выработки АФК и, как следствие, к повреждению тканей организма.

Митохондрии играют центральную роль во внутриклеточном гомеостазе Ca²⁺ и очень чувствительны к сигналам Ca²⁺ , которые могут спровоцировать некроз или апоптоз. Сообщалось об изменениях передачи сигналов Ca²⁺ при различных заболеваниях, связанных с мтДНК. В гибридных клетках, несущих вариант m.8356T>C (MERRF), поглощение Ca²⁺ митохондриями и выработка АТФ в ответ на физиологические агонисты были снижены, тогда как в клетках, несущих вариант m.8993T>G (NARP), цитоплазматическое и митохондриальное поглощение Ca²⁺ оставалось нормальным. Напротив, фибробласты, несущие вариант m.3243A>G (MELAS), были неспособны эффективно буферизировать внутриклеточный Ca²⁺ , что приводило к цитотоксическому эффекту кальция. Очевидно, изменения гомеостаза Ca²⁺ играют важную роль в патогенезе МЗ.

Эксперименты in vitro указывают на центральную роль митохондрий в процессе апоптоза. При митохондриальных нарушениях, связанных с дефектами мтДНК, влияющими на синтез митохондриальных белков, возникает дисбаланс в относительном содержании субъединиц, кодируемых ядром и мтДНК, что может способствовать инактивации и высвобождению цитохрома с . Цитохром c активирует пути апоптоза, которые, в свою очередь, ингибируют скорость митохондриальной трансляции и импорт предшественников митохондриальных белков, кодируемых ядром. Этот порочный круг может усиливать биохимические дефекты и повреждение тканей и способствовать модулированию клинических признаков.

У пациентов с дефицитом цитохром-c -оксидазы (COX) было обнаружено различное количество миофибрилл с апоптотическими ядрами, которое приблизительно коррелировало с мышечной слабостью. У больных с дефицитом комплексов I и II и без мышечной слабости признаков апоптоза не наблюдалось. Эти данные свидетельствуют о том, что апоптоз наряду с повышенной продукцией АФК, выявляемой гиперэкспрессией антиоксидантных ферментов, может играть важную роль в патофизиологии митохондриальных заболеваний, связанных с дефицитом COX.

Но остается открытым вопрос, почему митохондриальные заболевания настолько клинически гетерогенны даже при похожих молекулярно-генетических дефектах? Возможно, что это связано с особенностями молекулярного механизма, приводящего к заболеванию. Так, в одной из работ было показано различие эффекта патогенных вариантов m.3243A>G и m.8344A>G в транспортных РНК лейцина (для кодонов UUA/G) и лизина, кодируемых генами мтДНК MT-TL1 и MT-TK соответственно. Вариант m.3243A>G приводит к тому, что митохондриальная тРНК лейцина начинает узнавать все кодоны UUA/G/U/C, то есть белок продолжает синтезироваться, но с ошибками. В отличие от нее, при варианте m.8344A>G в митохондриальной тРНК лизина происходит серьезное нарушение процесса трансляции и синтеза белка.

Уровень экспрессии факторов-модификаторов митохондриальной тРНК может влиять на клинические проявления болезни и частично объяснять высокую вариабельность тканезависимых фенотипов.

Митохондриальные болезни, обусловленные патогенными вариантами в мтДНК, - группа наследственных заболеваний, характеризующихся манифестацией в разном возрасте, включая период новорожденности.

Первые сообщения об обнаружении патогенных вариантов в мтДНК у больных с миопатией и оптической нейропатией Лебера были сделаны I.J. Holt и соавт. и D.C. Wallace и соавт. в 1988 г. С тех пор благодаря успехам секвенирования мтДНК сформировалось первоначальное представление, что МЗ - это прежде всего состояния, обусловленные дефектами мтДНК. Появился термин "митохондриальные миопатии" или (несколько позже) "энцефаломиопатии" для обозначения данной группы болезней. По мере накопления клинических наблюдений и результатов молекулярно-генетического исследования стали очевидными следующие положения:

По типу генетического дефекта среди митохондриально-кодируемых состояний различают заболевания, обусловленные точковыми вариантами и однонуклеотидными делециями/вставками и единичными протяженными делециями мтДНК.

Точковые варианты в мтДНК, по-видимому, более распространены, чем делеции. В исследовании 3200 новорожденных, предпринятом H.R. Elliott и соавт. (2008), было показано, что частота носительства точковых вариантов в мтДНК в лимфоцитах пуповинной крови новорожденных - 1:200, при этом средний уровень гетероплазмии составляет 29%. Риск развития МЗ у этих новорожденных рассчитать сложно, так как пороговый эффект и распределение мутантных копий мтДНК по тканям могут быть различными.

Общей характеристикой точковых вариантов в мтДНК (известно более 90 патогенных вариантов) является их наследование по материнской линии с высоким риском передачи потомству (митохондриальное, или материнское наследование). Напротив, отсутствует риск наследования точковых вариантов в мтДНК от отца. Это связано с тем, что именно материнская яйцеклетка (содержит более 100 тыс. мтДНК) служит главным источником митохондрий для плода.

Протяженные единичные делеции мтДНК ассоциированы с тремя основными фенотипами: синдромом Пирсона, прогрессирующей наружной офтальмоплегией и синдромом Кернса–Сейра.

Трудности пренатальной диагностики связаны с тем, что невозможно предсказать, в каком количестве патогенные варианты от матери будут переданы потомству, каким будет распределение мутантной мтДНК по тканям организма ребенка, с каким уровнем гетероплазмии. Таким образом, можно прогнозировать высокий риск наследования варианта, но не заболевания; заболевание у потомства может отличаться от клинического симптомокомплекса у матери по степени тяжести и клиническим проявлениям (подробнее см. главу "Репродуктивные опции при митохондриальных заболеваниях").

Заболевание было впервые описано в 1975 г. под названием "семейная полиодистрофия, митохондриальная миопатия и лактат-ацидемия". Позже S.G. Pavlakis и соавт. объединили клинические наблюдения в новую нозологическую форму - синдром MELAS.

Генетические данные и патогенез. В 80% случаев синдром MELAS связан с наличием точковой замены m.3243A>G в гене митохондриальной транспортной РНК лейцина (MT-TL1 ). Патогенный вариант m.3243A>G ассоциирован не только с синдромом MELAS, более того, показано, что менее 5% носителей данного варианта имеют клинические проявления классического синдрома MELAS, а у многих вообще какие-либо клинические симптомы отсутствуют. В зависимости от распределения пораженных митохондрий по тканям, пациенты могут наблюдаться с сахарным диабетом и тугоухостью, циклическими рвотами, мигренью или дистрофией сетчатки.

Второй по частоте (около 10% пациентов) при синдроме MELAS является замена m.3271Т>С того же гена. Реже заболевание обусловлено вариантами m.3252A>G, m.3291T>C, m.3959G>A этого гена, точковыми заменами других митохондриальных генов транспортных РНК и субъединиц комплексов I, III, IV дыхательной цепи или протяженной делецией мтДНК. Согласно базе данных MITOMAP (www.mitomap.org), к 2022 г. у больных с синдромом MELAS были идентифицированы 30 различных генных вариантов в мтДНК; кроме того, MELAS-подобное заболевание может быть вызвано патогенными вариантами в ядерных генах POLG , FASTKD2 и MRM2.

Патогенез синдрома MELAS связан с нарушением синтеза митохондриальных белков и резким уменьшением продуктивности окислительного фосфорилирования. В то же время не во всех случаях наблюдается четкая корреляция тяжести клинических проявлений болезни и уровня гетероплазмии. Функциональные исследования комплексов дыхательной цепи при синдроме MELAS свидетельствуют, что в тканях организма преимущественно снижается активность комплекса I. Рассматривается несколько возможных патогенетических механизмов, ведущих к инсультоподобным состояниям: энергетический дефицит; микроангиопатия с нарушением кровотока в сосудах мозга; недостаточность оксида азота, предрасполагающая к эндотелиальной дисфункции.

Клиническая характеристика. Синдрому MELAS свойствен прогрессирующий характер течения. Возраст начала заболевания варьирует от 2 до 40 лет, 65–75% пациентов манифестируют в возрасте до 20 лет. Первые проявления обычно неспецифичны: умеренная задержка темпов психомоторного развития, судороги, головная боль, периодическая рвота. Характерными признаками служат низкая переносимость физической нагрузки и инсультоподобные состояния, которые проявляются приступами мигренеподобной головной боли, сопровождающейся рвотой, гемианопсией, нарушением сознания, очаговой неврологической симптоматикой. Инсультоподобные состояния отличаются относительно благоприятным исходом с регрессом неврологических симптомов. Кроме того, в симптомокомплекс синдрома входят прогрессирующая наружная офтальмоплегия, мозжечковая атаксия, сенсоневральная тугоухость, пигментный ретинит, сахарный диабет (до 1/3 пациентов), низкорослость (более характерна для случаев заболевания с началом в детском возрасте). Нередко имеет место поражение желудочно-кишечного тракта в виде запоров, диареи, синдрома псевдообструкции, циклической рвоты, панкреатита. В патологический процесс вовлекаются почки с развитием фокально-сегментального гломерулосклероза, тубулопатии. В 70–90% случаев наблюдаются фокальные и генерализованные эпилептические приступы, резистентные к противоэпилептической терапии. У 30–40% пациентов развивается гипертрофическая кардиомиопатия, реже дилатационная кардиомиопатия, синдром Вольфа–Паркинсона–Уайта. По мере прогрессирования болезни выявляется деменция (от 40 до 90% пациентов).

Характерно наличие лактат-ацидоза с повышенным уровнем лактата и пирувата в крови и ликворе, а также кетоза. Определяется увеличенная почечная экскреция кетоновых тел, метаболитов цикла Кребса. В остром периоде или непосредственно после перенесенного инсульта может отмечаться повышение показателя креатинкиназы в крови. В некоторых случаях сообщалось о дефиците соматотропного гормона, гормонов щитовидной и паращитовидных желез.

На МРТ головного мозга обнаруживают инсультоподобные изменения (нередко транзиторные), имитирующие ишемический инсульт. Обычно очаги поражения располагаются в затылочной (наиболее часто), теменной и височной долях головного мозга, реже - в лобной доле, мозжечке или базальных ганглиях. Очаги различаются по размеру, могут быть множественными, несимметричными по зонам поражения; затрагивают кору и подлежащее белое вещество (рис. 2-1). Важно, что локализация очагов не соответствует зонам кровоснабжения головного мозга; по данным ангиографии у пациентов отсутствуют аномалии сосудов головного мозга и шеи. Иногда определяются диффузные изменения белого вещества. По мере течения болезни выявляются признаки атрофии коры, участки кальцификации головного мозга. При МР-спектроскопии обнаруживают снижение N-ацетиласпартата и высокий уровень лактата в ткани мозга.

В скелетной мышце, по данным световой микроскопии, повышен показатель "рваных красных волокон" (RRF) - выявлен более чем в 5% волокон. При электронной микроскопии определяются характерные для митохондриальных заболеваний скопления митохондрий под сарколеммой и ультраструктурные нарушения этих органелл - изменение размеров, формы, патология крист. В отличие от других митохондриальных синдромов, наблюдается высокая гистохимическая активность сукцинатдегидрогеназы и цитохромоксидазы в мышечных волокнах и стенке сосудов (за исключением редких случаев, обусловленных патогенными вариантами генов субъединиц комплекса IV дыхательной цепи).

Диагностика. M. Hirano и соавт. в 1992 г. предложили критерии диагностики синдрома MELAS, включающие сочетание следующих признаков: 1) энцефалопатия (деменция, эпилепсия), 2) инсультоподобные эпизоды в молодом возрасте, 3) лабораторные признаки митохондриальной дисфункции (лактат-ацидоз, феномен RRF в мышечной ткани). Дополнительными критериями служат: нормальное раннее психомоторное развитие, повторные приступы головной боли и рвоты.

S.Yatsuga и соавт. в 2012 г. на основании результатов наблюдения за большой когортой пациентов внесли коррекцию в диагностические критерии, разделив их на категории. В категорию А вошли клинические признаки инсультоподобных состояний: головная боль, сопровождаемая рвотой; судороги; гемиплегия; корковая слепота или гемианопсия; очаги локального поражения головного мозга по данным МРТ/компьютерной томографии. Категорию В составили: 1) лабораторные признаки митохондриальной дисфункции: высокий уровень лактата в плазме крови (>2 ммоль/л) или ликворе, или дефицит митохондриальных ферментов (электрон-транспортной цепи, цикла Кребса и др.) в соматических клетках (предпочтительно в миоцитах); 2) митохондриальные нарушения по данным биопсии мышечной ткани: феномен RRF, аномальные митохондрии при электронной микроскопии; 3) идентификация вариантов в мтДНК, ассоциированной с синдромом MELAS. По предложению авторов, окончательный диагноз синдрома MELAS может быть устанолен при наличии не менее четырех признаков: двух из категории А и двух из категории В. О возможном диагнозе свидетельствует наличие трех признаков: одного из категории А и двух из категории В.

Выявление патогенных вариантов в мтДНК осуществляют в различных клетках/тканях пациента: лейкоцитах периферической крови, волосяных фолликулах, клетках мочевого осадка, миоцитах, фибробластах, буккальном эпителии и др. Согласно ряду данных, при синдроме MELAS в клетках мочевого осадка определяется высокий уровень точковой замены (в частности, m.3243A>G), достоверно коррелирующий с таковым в скелетной мышце и превышающий показатель в лейкоцитах периферической крови. Это дает основание считать исследование эпителия мочевого осадка предпочтительным неинвазивным тестом для генетической диагностики синдрома MELAS.

Дифференциальная диагностика. Перечень патологических состояний, с которыми приходится дифференцировать синдром MELAS, довольно обширный. Прежде всего, в него входят заболевания, характеризующиеся острыми инсультами и тромбозами в молодом возрасте: аномалии сосудов, болезнь моямоя, тяжелые пороки сердца, болезнь Фабри, синдром CADASIL, гомоцистинурия и др. Выраженные признаки митохондриальной недостаточности (мультисистемность поражения, низкая переносимость физической нагрузки, офтальмоплегия, пигментный ретинит, тугоухость, сахарный диабет) требуют исключать другие классические митохондриальные синдромы, в частности MERRF, Кернса–Сейра, матерински наследуемый сахарный диабет. Начальные неспецифические признаки синдрома MELAS, свидетельствующие об энцефалопатии (умеренная задержка темпов развития, головная боль, периодическая рвота, манифестация судорог), дают основание заподозрить большую группу наследственных болезней обмена веществ. Для исключения этих заболеваний назначают исследование уровня аминокислот и ацилкарнитинов в крови, органических кислот в моче, лизосомных ферментов и др. Для установления окончательного диагноза во всех случаях осуществляют анализ родословной, клинических и лабораторных данных, включая результаты генетического тестирования.

Медико-генетическое консультирование. Больные мужчины с синдромом MELAS не передают точковый вариант своим детям. Больные синдромом MELAS женского пола имеют высокий риск передачи точкового варианта в мтДНК своему потомству. Клинический симптомокомплекс у ребенка, получившего патогенный вариант, зависит от ее уровня гетероплазмии и распределения в тканях. В соответствии с этим у ребенка может манифестировать синдром MELAS или такие заболевания, как синдром циклической рвоты, матерински наследуемый сахарный диабет, сахарный диабет с глухотой, макулярная дистрофия; при низком уровне гетероплазмии клинические признаки будут полностью отсутствовать.

Диагностика у пациента синдрома MELAS или перечисленных выше заболеваний служит основанием для клинического и молекулярно-генетического обследования членов родословной по материнской линии. При этом следует обращать внимание на возможные минимальные клинические проявления патологии - матери могут страдать мигренями с молодости, а также нейросенсорной тугоухостью или диабетом.

При синдроме MELAS принято считать низким риском для плода, если у матери вариант выявлен в <20% гетероплазмии в клетках крови. Однако ввиду эффекта "бутылочного горлышка" для данного варианта некоторые ооциты у матери могут содержать очень высокий процент мутантных мтДНК, другие - низкий. Таким образом, сложно предсказать, какая гетероплазмия будет у плода. Исследование ворсин хориона на 10–12-й неделях беременности также не дает точных прогнозов, так как степень гетероплазмии может меняться при развитии плода.

Лечение. Высокоэффективное лечение не разработано. Тем не менее пациентам назначают комплекс препаратов, обеспечивающих стабилизацию клинического состояния.

Коэнзим Q₁₀ (убидекаренон) и его аналог идебенон, благоприятно влияющие на функцию электрон-транспортной цепи, применяют в дозе 2–8 мг/кг в сутки (взрослым от 60 до 300 мг/сут) длительным курсом. Целесообразно совместное применение этих лекарственных средств. Для стимуляции комплексов энергетического обмена назначают витамины группы В: в первую очередь никотинамид и рибофлавин в высоких фармакологических дозах 50–100 мг/сут повторными курсами по 3–4 мес. В качестве мощного антиоксидантного лекарственного средства применяют витамин Е (альфа-токоферола ацетат) в средней дозе 100–200 мг/сут в течение 1 мес (2–3 курса в год). Препараты L-карнитина (в дозе 30–50 мг/кг в сутки) преимущественно используют в случае выявления карнитиновой недостаточности, о чем свидетельствуют низкий уровень свободного карнитина в крови, накопление ацилкарнитинов.

Учитывая роль недостаточности оксида азота и эндотелиальной дисфункции в патогенезе инсультоподобных эпизодов при синдроме MELAS, пациентам назначают L-аргинин или L-цитруллин. L-аргинин назначают в дозе от 3 г до 10 г (детям старшего возраста и взрослым пациентам) в сутки. Как показали наблюдения, длительное, в течение нескольких месяцев (до 2 лет), применение препарата не вызывает каких-либо серьезных побочных эффектов. На фоне лечения у больных улучшается самочувствие, снижается частота и тяжесть приступов головной боли и инсультоподобных эпизодов.

Для купирования лактат-ацидоза проводят введение растворов натрия гидрокарбоната (Натрия бикарбоната^♠ ). По показаниям пациенты получают антиэпилептические средства (исключаются вальпроаты, фенобарбитал). Под наблюдением кардиолога, эндокринолога, сурдолога осуществляется лечение по поводу патологии сердца, сахарного диабета, тугоухости и др.

Первое сообщение о заболевании сделали P. Tsairis и соавт. в 1973 г. В 1980 г. N. Fukuhara и соавт. дополнили характеристику заболевания и предложили название: миоклонус-эпилепсия, ассоциированная с рваными красными волокнами. Частота синдрома MERRF не уточнена, встречается реже, чем синдром MELAS.

Генетические данные и патогенез. В 90% случаев синдром MERRF связан с наличием точковой замены m.8344A>G в гене митохондриальной транспортной РНК лизина (MT-TK ). Кроме того, в литературе описано еще около 20 точковых патогенных вариантов мтДНК, которые встречаются значительно реже: m.8356T>C, m.8361G>A, m.8363G>A в гене MT-TK или варианты других митохондриальных генов, кодирующих транспортные РНК, - MT-TS1, MT-TS2, MT-TF, MT-TH, MT-TI, MT-TL1, MT-TP.

Основные звенья патогенеза синдрома MERRF - снижение аминоацилирования мутантной тРНК и нарушение трансляции митохондриального белка. Это ведет к расстройству функционирования электронно-транспортной цепи (при синдроме MERRF преимущественно страдают комплексы I и IV), недостаточности окислительного фосфорилирования и продукции АТФ. Предполагается, что механизм возникновения миоклонус-эпилепсии связан с внутриклеточными электролитными расстройствами, влияющими на возбудимость нейронов и синаптическую передачу в некоторых областях головного мозга.

Клиническая характеристика. Возраст манифестации вариабелен - от 3 до 65 лет. Ранние признаки - нарушение развития, снижение памяти, внимания. Характерный симптомокомплекс включает миоклонус, эпилепсию с генерализованными приступами, атаксию и деменцию. Другие проявления заболевания - тугоухость (более чем у 1/2 пациентов), низкая переносимость физической нагрузки, миопатический синдром, миалгии, полинейропатия, спастичность, поражение сердца (гипертрофическая кардиомиопатия, синдром Вольфа–Паркинсона–Уайта), низкорослость, атрофия зрительных нервов, шейный липоматоз. Среди более редких признаков: птоз, офтальмоплегия, пигментный ретинит, сахарный диабет.

При обследовании пациентов нередко выявляется лактат-ацидоз; в сыворотке крови обычно повышены концентрации лактата и креатинкиназы; в ликворе повышен уровень лактата и белка. По данным МРТ, на ранних стадиях заболевания нарушения обнаруживаются в сером веществе мозга, на более поздних стадиях - в белом веществе. Определяется диффузная корковая атрофия, снижение плотности ткани головного мозга, деструктивные изменения в нижней оливе, зубчатом ядре, красном ядре и мосте. На электроэнцефалографии (ЭЭГ) отмечают дезорганизацию основной активности, спайк-волновые разряды, генерализованные билатерально синхронные комплексы полиспайк–волна, а также диффузные медленные волны. В биоптате мышечной ткани более чем у 90% пациентов выявляют характерный феномен RRF, который чаще обнаруживают при использовании гистохимической реакции на сукцинатдегидрогеназу (рис. 2-2, А). В начале болезни феномен RRF может отсутствовать. Активность цитохромоксидазы в мышечных волокнах снижена или полностью отсутствует. Применение метода электронной микроскопии выявляет ультраструктурные признаки митохондриальной патологии: увеличенные скопления митохондрий под сарколеммой, признаки их деструкции (рис. 2-2, Б).

Диагностика. Диагностические критерии синдрома MERRF включают основные клинические проявления - миоклонус, генерализованную эпилепсию, мозжечковую атаксию - в сочетании с наличием RRF по данным биопсии мышц. Однако в последние годы при диагностике синдрома MERRF существенно меньше придают значение морфологическому феномену RRF, который является недостаточно специфическим, встречается при многих формах митохондриальных болезней, а также при заболеваниях другого генеза, сопровождающихся дисфункцией митохондрий, в частности при наследственных болезнях соединительной ткани, структурных миопатиях. Согласно современным данным, важным лабораторным критерием диагностики синдрома MERRF является идентификация патогенного варианта в мтДНК, ассоциированного с этим заболеванием.

Дифференциальная диагностика с синдромом MERRF осуществляется при обследовании пациентов с миоклоническими эпилепсиями и атаксиями, в том числе с нейрональным цероидлипофусцинозом, болезнью Лафоры, Унферрихта–Лундборга. Следует обращать внимание на случаи сочетания миоклонуса с шейными липомами. Кроме того, известно, что больные синдромом MERRF могут первоначально наблюдаться с диагнозами: атаксия Фридрейха, палидо-дентальная атрофия, мозжечковый синдром Рамсея–Ханта.

Медико-генетическое консультирование. Больные мужчины с синдромом MERRF не передают точковый вариант своим детям. Больные женского пола имеют высокий риск передачи точкового варианта мтДНК своему потомству. Клинический симптомокомплекс у ребенка, получившего патогенный вариант, зависит от ее уровня гетероплазмии и распределения в тканях.

В клиническом и молекулярно-генетическом обследовании нуждаются родственники пациента по материнской линии. Следует иметь в виду, что родственники, несущие патогенную мутацию, могут иметь не развернутый симптомокомплекс синдрома MERRF, а лишь отдельные его проявления.

Лечение. Высокоэффективное лечение не разработано. Больным назначают комплекс препаратов (указанных в разделе, посвященных синдрому MELAS), обеспечивающих стабилизацию клинического состояния. В отличие от синдрома MELAS не обосновано назначение L-аргинина/L-цитруллина, за исключением редких случаев, когда по мере течения синдрома MERRF у больных развиваются инсультоподобные состояния (MERRF/MELAS-синдром). Особое внимание уделяется лечению миоклонус-эпилепсии. Исследования, в частности, показали эффективность и безопасность использования комбинации леветирацетам + клоназепам.

Заболевание впервые описали в 1990 г. I.J. Holt и соавт. Частота не установлена.

Генетические данные и патогенез. Заболевание обусловлено наличием патогенного варианта m.8993T>G (реже m.8993T>C) в митохондриальном гене MT-ATP6 , кодирующем 6-ю субъединицу комплекса V дыхательной цепи. Реже при синдроме NARP выявляют нуклеотидный вариант m.8993T>С гена MT-ATP6 , который ведет к менее тяжелым клиническим проявлениям. Эти же варианты являются причиной другого, более тяжелого, быстро прогрессирующего заболевания - матерински наследуемого синдрома Ли (MILS). Такое различие клинических фенотипов объясняют разным уровнем гетероплазмии точковой митохондриальной замены, ее накоплением в разных тканях больного организма. При синдроме NARP уровень гетероплазмии варианта m.8993T>G составляет 60–70%, при синдроме MILS - 80–100%. В отдельных случаях у больных синдромом NARP были идентифицированы варианты m.8858G>A гена MT-ATP6 , m.1606G>A гена MT-TV.

Патогенез синдрома NARP связан с недостаточностью 6-й субъединицы комплекса V электрон-транспортной цепи, что обусловливает расстройство функционирования системы тканевого дыхания, снижение продукции АТФ.

Клиническая характеристика. Возраст манифестации варьирует от раннего детского (чаще) до взрослого периода. Течение болезни - медленно прогрессирующее, ухудшение состояния обычно происходит на фоне присоединения вирусной инфекции. Первыми признаками синдрома NARP служат атаксия и трудности обучения. Клинический симптомокомплекс отличается вариабельностью, что отражает термин "неполный синдром NARP".

Основные проявления заболевания: проксимальная мышечная слабость, сенсорная нейропатия, атаксия и пигментный ретинит. У большинства пациентов наблюдается задержка/регресс психомоторного развития (деменция), реже - тонико-клонические судороги (у 44% больных), спастика. Во многих случаях отмечают низкорослость, наружную офтальмоплегию, нейросенсорную тугоухость, нарушения сердечной проводимости, мигренеподобную головную боль, психотические расстройства, в редких случаях - сахарный диабет.

Может наблюдаться гиперлактатацидемия и повышение уровня лактата в ликворе; в мышечной ткани обычно отсутствует феномен RRF. По данным МРТ головного мозга обнаруживают атрофию мозжечка, изменение сигнала в области базальных ганглиев. На глазном дне выявляют ретинопатию, дегенерацию макулы и зрительного нерва. Показатели электронейромиограммы указывают на сенсомоторную аксональную полинейропатию.

Диагностика. Критерии диагностики синдрома NARP не уточнены. Следует учитывать наличие основных характерных клинических проявлений (проксимальная мышечная слабость, сенсорная нейропатия, атаксия, пигментный ретинит) в сочетании с патогенным точковым вариантом митохондриального генаMT-ATP6 . Трудность установления диагноза обусловлена вариабельностью клинического фенотипа, так как заболевание может проявляться неполной клинической формой и даже отдельными признаками, в частности изолированной ретинопатией. Однако существует риск прогрессирования с появлением дополнительной характерной симптоматики. В связи со сходством клинических проявлений синдромов NARP и MILS, общностью происхождения этих патологий представляется обоснованной формулировка диагноза: синдром NARP/MILS.

Дифференциальная диагностика синдрома NARP осуществляется с группами заболеваний, проявляющихся нейропатией (типы наследственной моторно-сенсорной нейропатии, или болезни Шарко–Мари–Тута), атаксией (наследственные атаксии, в том числе атаксия Фридрейха), пигментным ретинитом (наследственные ретинопатии, в том числе амавроз Лебера). Для окончательного установления диагноза проводится молекулярно-генетическое исследование с анализом мтДНК и, при необходимости, ядерной ДНК.

Медико-генетическое консультирование. Больные мужчины с синдромом NARP не передают точковый вариант своим детям. Больные женского пола имеют высокий риск передачи точкового варианта мтДНК своему потомству. Клинический симптомокомплекс у ребенка, получившего патогенный вариант, зависит от ее уровня гетероплазмии и распределения в тканях.

В клиническом и молекулярно-генетическом обследовании нуждаются родственники пациента по материнской линии. Следует иметь в виду, что родственники, несущие патогенный вариант, могут иметь не развернутый симптомокомплекс синдрома NARP, а лишь отдельные его проявления.

Лечение. Эффективное лечение не разработано. Как и при других формах митохондриальных болезней, пациентам назначают препараты, благоприятно влияющие на энергетический обмен. Из них чаще всего используются убидекаренон (коэнзим Q₁₀ в дозе 2–8 мг/кг в сутки детям, от 60 до 300 мг/сут взрослым), витамины группы В (никотинамид, рибофлавин в дозе 50–100 мг/сут), тиоктовая кислота (Липоевая кислота^♠ ) (50–150 мг/сут), L-карнитин (30–50 мг/кг в сутки). При назначении антиэпилептических средств не применяют вальпроаты и барбитураты. Для коррекции дистонии используют баклофен. Офтальмологом осуществляются лечебные мероприятия по поводу ретинопатии.

Заболевание представляет собой генетически гетерогенную, рано манифестирующую тяжелую форму системной митохондриальной патологии. Ядерно-кодируемая подострая некротизирующая энцефаломиопатия Ли рассматривается как одно из наиболее частых митохондриальных заболеваний детского возраста. На долю MILS, по-видимому, приходится менее половины всех случаев энцефаломиопатии Ли.

Генетические данные и патогенез. Наиболее частой причиной болезни являются патогенные варианты m.8993T>G или m.8993T>C в митохондриальном гене MT-ATP6 , кодирующем 6-ю субъединицу комплекса V дыхательной цепи. При синдроме MILS эти варианты находятся в гомоплазмичном состоянии или в состоянии с высоким уровнем гетероплазмии (80–90%) в крови. Эти же варианты с более низким уровнем гетероплазмии (60–70%) приводят к развитию синдрома NARP, характеризующегося проксимальной мышечной слабостью, сенсорной нейропатией, атаксией и пигментным ретинитом.

Кроме того, синдром MILS может быть обусловлен точковыми заменами более 10 других генов мтДНК: генов транспортных РНК, субъединиц комплексов I и IV дыхательной цепи. Имеются редкие описания синдрома MILS у пациентов с протяженной делецией мтДНК. Патогенез заболевания связан с недостаточностью электронно-транспортной цепи, расстройством функционирования системы тканевого дыхания, снижением продукции АТФ.

Клиническая характеристика. Заболевание имеет прогрессирующее течение. Ухудшение состояния обычно провоцируется присоединением вирусной инфекции. Первые признаки появляются в возрасте 3–12 мес: нарушение развития с потерей имевшихся навыков, приступы рвоты, гипотрофия, мышечная гипотония, сменяющаяся спастичностью, тремор, гиперкинезы, мозжечковая атаксия, нередко выявляется кардиомиопатия. Наблюдаются кризы лактат-ацидоза с острым нарушением общего состояния. Повышенный уровень лактата отмечается в сыворотке крови и ликворе. Характерна МРТ-картина изменений головного мозга: в Т2-взвешенном изображении определяются двусторонние симметричные гиперинтенсивные сигналы в области базальных ганглиев. Во многих случаях смерть наступает в возрасте до 3 лет вследствие сердечно-легочной недостаточности. В то же время может наблюдаться более благоприятное течение с регрессом неврологической симптоматики и отсутствием умственной отсталости.

Диагностика основана на оценке представленных выше клинических данных в сочетании с гиперлактатацидемией, дегенеративными изменениями в базальных ганглиях головного мозга и патогенными точковыми вариантами генов мтДНК.

Дифференциальная диагностика синдрома MILS прежде всего проводится с подострой некротизирующей энцефаломиопатией Ли и Ли-подобными синдромами, наследующимися аутосомно-рецессивно, реже - аутосомно-доминантно и сцепленно с хромосомой Х. Эти заболевания обусловлены патогенными вариантами в ядерной ДНК, в том числе вариантами генов, кодирующих субъединицы I–V комплексов дыхательной цепи, факторы сборки дыхательных комплексов на митохондриальной мембране, факторы стабильности и репликации мтДНК и др. (около 80 генов). Имеются сведения, что ядерно-кодируемые случаи энцефаломиопатии Ли отличаются более ранней манифестацией (медиана равна 3 мес) по сравнению с MILS. Тем не менее в связи с большим клиническим сходством разграничение указанных заболеваний достоверно осуществляется молекулярно-генетическими методами.

Дифференциальный диагноз также следует проводить с группой нейродегенеративных заболеваний, в том числе с лейкодистрофиями. Дифференциально-диагностическим признаком служит характерное для синдрома MILS изменение сигнала в области базальных ганглиев на МРТ головного мозга. Необходимо иметь в виду, что аналогичные результаты МРТ-исследования наблюдаются при ряде органических ацидемий: метилмалоновой, пропионовой, глутаровой 1-го типа, дефиците биотинидазы. Для уточнения диагноза используются данные исследования уровня ацилкарнитинов в крови, органических кислот в моче, активности биотинидазы в сыворотке крови. Установление правильного диагноза важно не только с точки зрения адекватного медико-генетического консультирования, но и в связи с возможностью назначения эффективной терапии.

Медико-генетическое консультирование. В случае носительства точкового варианта в мтДНК у матери пробанда имеется высокий риск повторения заболевания у его сибсов. Члены родословной по материнской линии нуждаются в клинико-генетическом обследовании и консультировании в зависимости от его результатов. Следует учитывать, что сегрегирование варианта в семье может проявиться не только синдромом MILS, но и синдромом NARP в зависимости от уровня гетероплазмии и распределения варианта в тканях.

Лечение. Эффективное лечение не разработано. Больным назначают комплексы энерготропных препаратов.

Распространенность заболевания неизвестна.

Генетические данные и патогенез. Митохондриально кодируемая младенческая энцефаломиопатия - гетерогенное наследственное заболевание, причиной которого чаще являются точковые замены митохондриальных генов субъединиц дыхательных комплексов I, III, IV, V. Патогенез связан с тяжелым расстройством функционирования электрон-транспортной цепи, снижением продукции АТФ.

Клиническая характеристика. Заболевание чаще имеет раннюю манифестацию, примерно в 50% случаев - в периоде новорожденности. Может наблюдаться острое начало - нарушение общего состояния и психомоторного развития, дыхательные расстройства, судороги, миоклонии, гипотония (или спастика), рвота, снижение массы тела, птоз, страбизм, атрофия зрительных нервов. Нередкие проявления: кардиомиопатия, тубулярные расстройства. В некоторых случаях отмечается пренатальное начало болезни: недоношенность, задержка внутриутробного развития, лицевая дизморфия, микроаномалии. В крови повышен уровень лактата и пирувата, характерен метаболический ацидоз. На МРТ головного мозга определяется церебральная и/или мозжечковая атрофия, нарушение миелинизации. Заболевание, как правило, отличается тяжелым прогрессирующим течением и высоким риском летального исхода в раннем возрасте.

Диагностика основана на оценке представленных выше клинических данных в сочетании с лактат-ацидозом, изменениями МР-картины головного мозга и патогенными точковыми вариантами генов мтДНК.

Дифференциальная диагностика проводится с большой группой нейродегенеративных заболеваний - энцефаломиопатией Ли, Ли-подобными заболеваниями, лейкодистрофиями. Больной ребенок требует комплексного клинико-лабораторного обследования. В первую очередь следует исключить врожденные и наследственные заболевания, подлежащие эффективному лечению, в частности, наследственные болезни обмена органических кислот, дефекты митохондриального β-окисления жирных кислот и др. Во многих случаях для целей дифференциальной диагностики требуется проведение молекулярно-генетических исследований.

Медико-генетическое консультирование. Как и при других формах заболеваний, обусловленных точковой заменой в мтДНК, требуется обследование матери пробанда. В случае носительства точковой замены в мтДНК у матери пробанда имеется высокий риск повторения заболевания у его сибсов. Члены родословной по материнской линии нуждаются в клинико-генетическом обследовании и консультировании в зависимости от его результатов. Следует учитывать, что сегрегирование варианта у членов семьи может проявиться отдельными признаками, характерными для митохондриальной патологии.

Другие симптомокомплексы (клинические фенотипы), обусловленные точковыми вариантами в мтДНК, представлены в табл. 2-1. Возраст появления первых клинических признаков различается. В то же время отмечено, что ранняя манифестация характерна для состояний, связанных с патогенными вариантами генов, кодирующих субъединицы комплексов дыхательной цепи. По-видимому, эти генетические дефекты ведут к более тяжелым биоэнергетическим расстройствам с более ранними клиническими проявлениями, чем патогенные варианты генов транспортных РНК, участвующих в синтезе митохондриального белка.

Обращает внимание полиморфизм и различные варианты клинических проявлений, характерных для митохондриальной патологии, что нашло отражение в акронимах: MIDD (матерински наследуемый сахарный диабет с глухотой), MIMYCA (митохондриальная миопатия с кардиомиопатией) и др. Такое обозначение не всегда оправдано, так как в ходе прогрессирования болезни может манифестировать другая симптоматика, не укладывающаяся в данный акроним.

Как отмечено в табл. 2-1, одна и та же замена может обусловить формирование у пациентов (в том числе у родственников) разных симптомокомплексов. Чтобы прийти к выводу об общем происхождении заболеваний у членов семьи, требуется тщательный анализ клинических данных, которые могут указать на митохондриальный генез патологии. Результаты такого анализа имеют большое значение для установления диагноза пробанду и медико-генетического консультирования семьи.

Протяженная единичная делеция мтДНК - нередкая причина митохондриальной патологии; ее распространенность в популяции взрослых составляет 1,5:100 000. Число вариантов делеций, обнаруживаемых у больных, превышает 120. Размер делеции варьирует от 1,1 до 10,4 тыс. пар нуклеотидов (общая длина митохондриальной ДНК 16,5 тыс. пар нуклеотидов). Наиболее часто (почти у 70% пациентов с делециями) определяется так называемая common deletion - частая делеция протяженностью 4977 п.н., затрагивающая регион от 8470-й до 13 447-й нуклеотидной позиции - от гена 8-й субъединицы комплекса V дыхательной цепи до гена 5-й субъединицы комплекса I.

Патогенез. Делеция мтДНК ведет к нарушению функционирования нескольких генов (в зависимости от ее локализации и размера). Показано, что при частой делеции делетированный район мтДНК включает 12 генов: пять генов транспортных РНК и семь генов субъединиц I, IV, V комплексов дыхательной цепи, необходимых для митохондриального белкового синтеза и тканевого дыхания. Выпадение этих участков влечет за собой тяжелые расстройства электронного транспорта и окислительного фосфорилирования, что является ведущим в патогенезе патологии. Степень тяжести клинических проявлений зависит от размера делеции, ее локализации в тканях и уровня гетероплазмии (процентного соотношения мутантной и нормальной мтДНК).

Установлено, что протяженная делеция ассоциирована с тремя основными вариантами клинического фенотипа: хроническая прогрессирующая офтальмоплегия (PEO) (~65% случаев), синдром Кернса–Сейра (KSS) (~30% случаев) и синдром Пирсона (<5% случаев). Синдром Пирсона является наиболее тяжелым проявлением, связанным с протяженными единичными делециями мтДНК; у пациентов в раннем возрасте проявляются сидеробластная анемия и дисфункция поджелудочной железы, и это состояние часто приводит к летальному исходу в младенчестве. Пациенты с KSS заболевают до 20 лет, у них развивается птоз и/или PEO и пигментная ретинопатия, и может проявляться полисистемное поражение, включая миопатию, атаксию или дефекты сердечной проводимости. PEO является более легким проявлением, связанным с одиночными делециями мтДНК, и ассоциировано с офтальмоплегией, птозом и миопатией. В отличие от протяженных перестроек в ядерных генах, протяженные единичные делеции мтДНК часто возникают спорадически во время эмбрионального развития и имеют низкий риск рецидива.

Различие указанных фенотипов объясняют преимущественной тканевой локализацией делеции: при синдроме Пирсона - в клетках крови, при прогрессирующей наружной офтальмоплегии - в скелетных мышцах, при синдроме Кернса–Сейра - во многих тканях.

В то же время имеются и сходные проявления при этих заболеваниях, особенно при прогрессирующем течении и постепенной манифестации новых признаков. В связи с этим нередко возникают трудности четкого выделения одного из трех клинических фенотипов, что свидетельствует о существовании спектра клинических симптомов, возникающих при наличии протяженной делеции мтДНК. В редких случаях делеция мтДНК ведет к формированию другого клинического фенотипа - синдрома Ли.

Медико-генетическое консультирование. Как свидетельствует генеалогический анализ, протяженные единичные делеции в семьях встречаются спорадически, т.е. не наследуются, за редкими исключениями. Считается, что делеции мтДНК возникают спонтанно в начале оогенеза или на самых ранних стадиях эмбриогенеза. Риск развития заболевания у сибсов (братьев и сестер) пробанда составляет 1–4% - учитывается возможность мозаицизма с присутствием делеции в зародышевых клетках у фенотипически здоровой матери. Риск наследования патологии от больной женщины не превышает 4%. Отсутствует риск наследственной передачи заболевания от больного мужчины. Методы пренатального тестирования в случае беременности с риском наследования делеции не нашли широкого применения в профилактике митохондриальной патологии, так как по их результатам невозможно достоверно прогнозировать клинический фенотип ребенка.

Наследственные оптические нейропатии (НОН) - группа генетически гетерогенных заболеваний зрительного нерва, которые в зависимости от наследования подразделяются на четыре подгруппы: митохондриальные, аутосомно-доминантные, аутосомно-рецессивные и Х-сцепленные НОН. Заболевания характеризуются двусторонней потерей зрения с образованием центральной скотомы в результате селективного поражения ганглиозных клеток сетчатки (ГКС) и папилломакулярного пучка, развития частичной атрофии зрительного нерва. НОНЛ встречается наиболее часто и возникает при патогенных вариантах в мтДНК, которые передаются только от матери детям (материнское наследование), но также описаны формы с аутосомно-доминантным и аутосомно-рецессивным типом наследования. Х-сцепленная атрофия зрительного нерва, для которой характерно поражение только лиц мужского пола, встречается крайне редко, в литературе описаны лишь единичные случаи.

НОН относят к группе митохондриальных заболеваний, в основе патогенеза которых лежит нарушение функции митохондрий вследствие повреждения митохондриального или ядерного генома. Количество митохондрий в каждой клетке может колебаться в широких пределах от сотен до тысяч, что напрямую связано с ее энергетическими потребностями. Процесс передачи визуальной информации требует больших затрат энергии, поэтому содержание митохондрий в клетках зрительного анализатора, в частности в ГКС, повышено, и качество зрения непосредственно зависит от функции митохондрий.

Критерии диагностики/основные клинические признаки.

Распространенность. НОН - это орфанные заболевания, распространенность которых - 1 случай на 10 000 или 50 000 населения в зависимости от региона и являются причиной слепоты и слабовидения преимущественно у людей молодого и среднего возраста.

Частота НОНЛ варьирует от 1:31 000 на севере Англии, 1:39 000 в Нидерландах до 1:50 000 в Финляндии. Аутосомно-доминантная оптическая нейропатия (АДОН) развивается в 1 случае на 35 000 на севере Англии и в 1 случае на 10 000–50 000 в Дании. Поскольку правильный диагноз при поражении зрительного нерва устанавливают не во всех случаях, представленные выше данные отражают неполную картину распространенности НОН.

Несиндромальные аутосомно-рецессивные оптические нейропатии (АРОН) изначально описывались в литературе как исключительно редкие, врожденные и очень тяжелые формы НОН, часто связанные с близкородственными браками. Однако в 2000-е гг. появилось понимание, что частота встречаемости рецессивных форм НОН существенно недооценена, а их клиническое разнообразие - от тяжелой врожденной формы до медленно прогрессирующей оптической нейропатии с поздним дебютом - мало изучено. Тем не менее точных данных о распространенности данной формы НОН в настоящее время нет.

Х-сцепленная атрофия зрительного нерва встречается крайне редко, в литературе описаны лишь единичные случаи.

На данный момент известно более 300 ядерных генов, патогенные варианты в которых приводят к развитию того или иного митохондриального заболевания с различным типом наследования, включая аутосомно-доминантный, аутосомно-рецессивный, Х-сцепленный. Условно ядерные гены МЗ можно разделить на следующие большие группы:

Наиболее частыми фенотипами МЗ, ассоциированными с повреждениями ядерного генома, являются синдром Ли у детей и митохондриальные атаксии у взрослых.

Одна из интересных групп МЗ связана с нарушениями межгеномного взаимодействия (рис. 2-12). При этой патологии патогенные варианты в ядерных генах приводят к вторичным нарушениям мтДНК - множественным делециям и резкому снижению копийности мтДНК в клетках (истощению).

Это парадоксальное явление связано с тем, что митохондрии не являются полностью самостоятельными органеллами и для биогенеза нуждаются во многих дополнительных факторах, которые кодируются ядерным геномом. Именно поэтому патогенные варианты в ядерных генах, наследуемые, соответственно, по менделевским законам, могут приводить к нарушению количества мтДНК или аномалиям в ее структуре. К заболеваниям с нарушением межгеномного взаимодействия относятся синдромы истощения мтДНК, например болезнь Альперса, а также синдромы с множественными делециями мтДНК, например хроническая прогрессирующая офтальмоплегия.

==== 2.10.1. Синдром Ли, или подострая некротизирующая энцефаломиелопатия

Синдром Ли (СЛ, OMIM #256000) является одной из наиболее частых форм МЗ у детей. Синдром Ли дебютирует преимущественно в раннем детском возрасте, характеризуется прогрессирующими неврологическими расстройствами (утратой ранее приобретенных психомоторных навыков, мышечной гипотонией, мозжечковыми и экстрапирамидными расстройствами, судорогами), лактат-ацидозом и патогномоничными нейрорадиологическими изменениями при МРТ головного мозга. Синдром Ли, также известный как подострая некротизирующая энцефаломиелопатия (в российской литературе известен как синдром Лея), вызывается патогенными вариантами более чем 80 генов (митохондриальным и ядерным).

Первое упоминание СЛ датируется 1951 г., когда британский невролог Арчибальд Денис Ли (Archibald Denis Leigh) предоставил клиническое описание семимесячного мальчика с быстро прогрессирующей неврологической симптоматикой, включающей нарушения сознания, снижение зрения и слуха, повышение тонуса в конечностях. Ребенок погиб спустя 6 нед от манифестации первых симптомов. На аутопсии были выявлены очаговые, билатеральные симметричные подострые некротические поражения, распространяющиеся от таламуса к мосту, захватывающие анатомические области нижних олив и задних столбов спинного мозга. Ли отметил, что невропатологические изменения напоминают таковые при синдроме Вернике, но в отличие от него сосцевидные тела остаются интактными - это отличает эти два расстройства. Впоследствии он предложил использовать термин "подострая некротизирующая энцефаломиелопатия" для обозначения этих проявлений, и затем заболевание стало носить его имя. Ранние представления о механизмах развития этого заболевания предполагали связь клинического фенотипа с нарушением метаболизма тиамина. Дальнейшие исследования не нашли обоснованных подтверждений данной гипотезы. В 1968 г. F.A. Hommes с соавт. в своей статье показали патофизиологическую связь между СЛ и нарушением глюконеогенеза. В дальнейшем появились сведения о том, что нарушение работы пируватдегидрогеназного комплекса может также давать сходную клиническую картину, а в 1977 г. вышла первая публикация о первичной дисфункции дыхательной цепи митохондрий в результате дефицита цитохром-с -оксидазы.

Критерии диагностики/основные клинические признаки. Возраст начала заболевания, продолжительность болезни и спектр симптомов могут отличаться у пациентов, но несмотря на эти различия синдром Ли обычно манифестирует в первые три года жизни и характеризуется волнообразным течением, задержкой развития, глазодвигательными нарушениями, экстрапирамидными симптомами, специфическими нейрорадиологическими особенностями и повышением лактата и кетоновых тел в крови. Диагностические критерии СЛ были впервые предложены в 1996 г., после чего были внесены два пересмотра в 2014 г. и 2016 г. Общеприняты три основных критерия (табл. 2-2). Также принят термин "Ли-подобный синдром" для описания случаев с клиническими и другими проявлениями СЛ, но с нехарактерными клиническими или нейрорадиологическими изменениями.

Распространенность . Частота синдрома Ли и Ли-подобного синдрома обычно оценивается как 1:40 000 новорожденных. У детей дошкольного возраста западной Швеции предполагаемая распространенность составляла до 1:34 000, но существуют эффекты основателя, влияющие на распространенность СЛ в некоторых популяциях. Например, форма синдрома Ли, обусловленная гомозиготной заменой NM_133259.4: c.1061C>T (Ala354Val) в гене LRPPRC , встречается у франкоканадского населения, проживающего в регионе Сагеней-Лак-Сен-Жан, где заболеваемость достигает 1 на 2000 новорожденных. До недавнего времени мутации в LRPPRC не были описаны за пределами этой небольшой островной популяции. Считалось, что эта форма синдрома Ли является уникальной для региона, но последующие описания синдромов Ли и Ли-подобных синдромов, вызванных патогенными вариантами в LRPPRC , появились у различных этнических групп. Другим примером является Ли-подобный синдром, в частности энцефаломиопатия и метилмалоновая ацидемия, вызванные патогенными вариантами в SUCLA2 , заболеваемость которых на Фарерских островах, где проживает около 49 000 человек, приближается к 1 на 1700. Точная распространенность СЛ в Российской Федерации неизвестна, однако с учетом количества случаев, выявленных в лаборатории наследственных болезней обмена веществ ФГБНУ "МГНЦ им. акад. Н.П. Бочкова", можно предположить, что СЛ является самым частым МЗ у детей.

Манифестация и особенности клинической картины. СЛ - клинически гетерогенное заболевание (рис. 2-13). Начальные клинические симптомы зависят от возраста.

Пренатально наиболее распространенной, но не специфической аномалией, о которой сообщалось у пациентов с синдромом Ли, является задержка внутриутробного развития. Другим неспецифическим признаком является маловодие. Также была описана кардиомегалия, микроцефалия, расширение желудочков, внутричерепные (псевдо)кисты и аномалии белого вещества. Большинство пренатальных признаков неспецифичны и могут быть вызваны другими моногенными и хромосомными заболеваниями и внутриутробной инфекцией.

Возраст начала СЛ может варьировать, но, как правило, заболевание манифестирует в возрасте от 3 до 12 мес, часто после воздействия триггерных стрессовых факторов: острой (вирусной) инфекции, хирургического вмешательства, длительного голодания. Начальными признаками являются задержка психомоторного развития, потеря ранее приобретенных навыков. Ключевым признаком СЛ является волнообразный характер течения болезни, эпизоды острых неврологических, а иногда и системных проявлений, которые сменяются периодами относительного благополучия, и ребенок может даже начать приобретать различные навыки, хотя полное возвращение к исходному состоянию происходит редко. Эпизоды декомпенсации часто происходят во время инфекционных заболеваний, после хирургического вмешательства или вакцинации. У большинства пациентов наблюдается ступенчатое ухудшение с улучшением или стабильными периодами между ними, продолжительность которых может варьировать. Наиболее частыми неврологическими симптомами являются утрата или регресс ранее приобретенных психомоторных навыков, мышечная гипотония, пирамидная симптоматика, судороги (генерализованные и фокальные, миоклонические, тонико-клонические), двигательные расстройства (например, хорея, дистония, тремор, хореоатетоз), атаксия, параличи черепных нервов, нейросенсорная тугоухость и дисфагия. Поражение ствола головного мозга может проявляться дыхательными нарушениями (апноэ, гипо- и гипервентиляция или нерегулярное дыхание), затруднением глотания, рвотой и нарушениями терморегуляции (гипо- и гипертермия). Нейроофтальмологические признаки частично являются результатом поражения черепных нервов (птоз, нистагм, офтальмопарез, страбизм), также часто выявляют атрофию зрительного нерва и пигментную дегенерацию сетчатки. У некоторых пациентов также наблюдается поражение периферической нервной системы, включая полинейропатию.

Экстраневральные нарушения довольно частые и даже могут доминировать в клинической картине. К ним относятся поражение сердца (гипертрофическая или дилатационная кардиомиопатия, аритмия/дефекты проводимости, такие как синдром Вольфа–Паркинсона–Уайта), патология почек (почечная тубулопатия или диффузное гломеруло-кистозное поражение почек), поражение печени (структурные аномалии, синдром цитолиза, гепатомегалия или печеночная недостаточность), другие желудочно-кишечные симптомы (например, запор, диарея, дисфагия, рвота, гастрит, мегаколон, кишечная непроходимость) и гематологические нарушения (в частности, анемия). Сообщалось также о диабете и низком росте. Дисморфии обычно отсутствуют, однако у некоторых пациентов с дефицитом пируватдегидрогеназного комплекса были описаны дисморфические черты: высокий лоб и большие уши, дефект межжелудочковой перегородки, прогероидные черты. Гипертрихоз, особенно конечностей и лба, наблюдается примерно у половины пациентов с патогенными вариантами в гене SURF1.

Прогноз при синдроме Ли, как правило, неблагоприятный, с быстрым ухудшением когнитивных и двигательных функций. Основной причиной смерти пациентов с СЛ являются часто возникающие дыхательные нарушения, связанные, в частности, с поражением ствола головного мозга, а в случае выраженной мышечной слабости - со снижением силы дыхательных мышц. Другой частой причиной смерти является сердечная недостаточность.

Дифференциальная диагностика. Другие нарушения обмена веществ, особенно органические ацидурии, могут привести к симметричному поражению базальных ганглиев, например, после тяжелых метаболических нарушений. К ним относятся органические ацидурии (метилмалоновая, пропионовая, глутаровая ацидурия тип 1). Их начало обычно приходится на первый год жизни. Анализ крови на аминокислоты и ацилкарнитины, анализ мочи на органические кислоты могут помочь отличить эти состояния от митохондриальных заболеваний. Болезни накопления железа или меди, такие как болезнь Вильсона или патологии, ассоциированные с патогенными вариантами в генахPANK2 и PKAN , также могут имитировать СЛ и должны быть исключены.

Энцефалопатия Вернике - это, как правило, плохо диагностируемое состояние, вызванное дефицитом тиамина в пищевом рационе, которому обычно подвержены как дети, так и взрослые. Симметричные поражения МРТ можно наблюдать в нескольких областях ЦНС, включая сосцевидные тела и таламус. Вовлечение базальных ганглиев и скорлупы в первую очередь наблюдается у детей с энцефалопатией Вернике. У детей частыми причинами являются недоедание, системные заболевания, такие как острый лейкоз и операции на желудочно-кишечном тракте. Энцефалопатия Вернике у взрослых часто вызывается алкоголизмом. Ее типичными симптомами являются атаксия, общая спутанность сознания и офтальмоплегия. Немедленное лечение тиамином приводит к заметному неврологическому улучшению.

Отравление метанолом может вызвать симметричный некроз скорлупы, а также диффузные изменения белого вещества и субарахноидальное кровоизлияние. Другие токсические причины симметричных поражений базальных ганглиев включают отравление угарным газом и цианидом.

Биотин-, тиамин-, рибофлавин-зависимые поражения базальных ганглиев могут полностью имитировать СЛ. Наследственные формы данных заболеваний обязательны для включения в дифференциальную диагностику СЛ, так как вовремя начатое лечение соответствующими кофакторами и витаминами может привести к заметному клиническому и рентгенологическому улучшению и стабилизации состояния пациента.

Острая некротизирующая энцефалопатия - еще одна форма наследственной патологии, с которой необходимо дифференцировать СЛ. Заболевание начинается резко на фоне инфекционной лихорадки. Пациенты, как правило, попадают в реанимационное отделение на первой неделе болезни в коматозном состоянии. При МРТ в Т2W режиме регистрируются гиперинтенсивные симметричные очаги поражения в таламусе, базальных ганглиях, также могут быть поражены наружные отделы скорлупы и клауструм. Пациенты по-разному переносят эти кризовые состояния, часто они приводят к смерти. Заболевание вызвано патогенными вариантами в гене RANBP2 , тип наследования заболевания - аутосомно-доминантный. Наблюдается 50% пенетрантность заболевания в семьях - некоторые носители либо никогда не проявляют симптомов болезни, либо переживают криз во взрослом или даже пожилом возрасте. Ген включен в список вторичных находок, рекомендуемых для выдачи в заключении по экзомному секвенированию, так как таким пациентам рекомендовано строго избегать повышения температуры при интеркуррентных инфекциях.

Лабораторная диагностика (биохимическая и молекулярная). После сбора подробного анамнеза с семейной родословной и прикроватного осмотра следует провести ряд исследований для определения нейрорадиологических и биохимических характеристик. Основные лабораторные методы подтверждения диагноза СЛ включают определение уровня молочной кислоты в крови (лактата), определение органических кислот в моче и молекулярно-генетические исследования генов.

Обычным (но не обязательным) лабораторным признаком при нарушениях окислительного фосфорилирования является лактат-ацидоз и повышение соотношения лактат/пируват в крови, моче и спинномозговой жидкости.

Помимо измерения лактата, рекомендуется определение в крови аминокислот и ацилкарнитинов и в моче - органических кислот. Помимо повышения уровня аланина генерализованная аминоацидурия может быть результатом повреждения клеток проксимальных канальцев почек.

Органические кислоты, такие как промежуточные продукты цикла Кребса (3-гидроксибутират, 2-оксиглутарат, сукцинат, фумарат, лактат и малат), также могут накапливаться в больших количествах. Кроме того, потенциально повышенные метаболиты включают этилмалоновую кислоту, метилмалоновую кислоту и 3-метилглутаконовую кислоту.

Этилмалоновая ацидурия является распространенным, еще недостаточно изученным признаком при митохондриальных заболеваниях, скорее всего, из-за вторичных нарушений окисления короткоцепочечных жирных кислот. Этилмалоновая энцефалопатия, однако, представляет собой распознаваемое аутосомно-рецессивное заболевание, характеризующееся нейродегенеративными симптомами, спастичностью, дистонией, акроцианозом, хронической диареей и дефицитом цитохром-с -оксидазы.

Согласно недавно уточненной номенклатуре, 3-метилглутаконовая ацидурия может быть разделена на три категории: (1) врожденные ошибки с 3-метилглутаконовой ацидурией в качестве отличительного признака, а также (2) первичная и (3) вторичная 3-метилглутаконовая ацидурия. Случаи СЛ попадают в третью категорию. Это включает, например, ассоциацию MEGDEL (3-метилглутаконовая ацидурия, глухота, энцефалопатия и СЛ), вызванную патогенными вариантами в SERAC1.

Метилмалоновая ацидурия, связанная с Ли-подобной энцефалопатией, дистонией и глухотой, вызвана патогенными вариантами SUCLA2 и SUCLG1 , которые приводят к дефициту фермента цикла Кребса сукцинил-коэнзим А-синтазы. Его нарушение вызывает вторичный дефицит ферментов ДЦМ (комплексы I и IV).

В ФГБНУ "МГНЦ им. акад. Н.П. Бочкова" исследовали уровень органических кислот методом газовой хроматографии с масс-спектрометрической детекцией с последующей масс-детекцией в 84 образцах мочи пациентов с МЗ, среди пациентов с синдромом Ли отклонения были выявлены в 72% случаев (24/33). Чаще всего среди патологических метаболитов у пациентов с синдромом Ли повышено содержание лактата (медиана - 27,24 мМ/М CRE, размах 0–19051 мМ/М CRE) и пирувата (медиана - 7,72 мМ/М CRE, размах 0–268 мМ/М CRE). Характерной особенностью является повышение концентрации НАДН-зависимых метаболитов цикла Кребса (фумарата, сукцината и 2-кетоглутарата) в данной группе пациентов. Так, концентрация фумарата, который является дикарбоновой кислотой, образующейся в результате окисления сукцината сукцинатдегидрогеназой в цикле Кребса, была максимально повышена именно в группе пациентов с синдромом Ли по сравнению с другими группами с МЗ.

Характерным изменением на МРТ для СЛ является поражение базальных ганглиев, различных областей ствола головного мозга, таких как черная субстанция, красное ядро и продолговатый мозг. Также может затрагиваться мозжечок, таламус и спинной мозг. В некоторых случаях описано поражение белого вещества - лейкодистрофии/лейкоэнцефалопатии, супратенториальные инсультоподобные поражения, а также атрофия мозжечка и больших полушарий головного мозга (рис. 2-14).

Стратегия молекулярно-генетической диагностики СЛ включает несколько этапов. На первом этапе проводится поиск частных патогенных вариантов в трех ядерных генах:

При подозрении на материнское наследование - поиск частых точковых замен в митохондриальном геноме: m.3243A>G, m.8344A>G, m.8993T>C/G, m.13094T>C, m.13513G>A, m.14459G>A, m.3460G>A, m.11778G>A, m.14484T>C, m.8363G>A, m.3697G>A, m.10197G>A.

При отсутствии частых патогенных вариантов или при выявлении неполного генотипа пациента на втором этапе проводят расширенный поиск более редких вариантов, используя секвенирование по Сенгеру и/или секвенирование митохондриального генома. В случае отсутствия клинически значимых вариантов - назначение таргетных панелей, охватывающих большинство вовлеченных генов, либо назначение полноэкзомного (WES) или полногеномного (WGS) секвенирования.

В лаборатории наследственных болезней обмена веществ ФГБНУ "МГНЦ им. акад. Н.П. Бочкова" разработан специфичный для российской популяции алгоритм комплексной диагностики СЛ (рис. 2-15).

Разнообразие генетических форм. В настоящее время выявлено более 80 генов, которые могут приводить к фенотипическим проявлениям СЛ (рис. 2-16). Отчасти это связано с тем, что митохондрии, и в особенности система окислительного фосфорилирования, находятся под двойным контролем ядерного и митохондриального генома, а белковые комплексы дыхательной цепи состоят из большого количества полипептидов.

Согласно данным E. Fassone и S. Rahman, наиболее часто наблюдаемой биохимической аномалией при СЛ является изолированный дефицит комплекса I, на который приходится 34% случаев. Однако в России, согласно данным лаборатории наследственных болезней обмена веществ ФГБНУ "МГНЦ им. акад. Н.П. Бочкова", более половины случаев приходится на изолированный дефицит IV комплекса (55%, гены SURF1, SCO2 ), а недостаточность I комплекса занимает лишь второе место (22%) (рис. 2-17).

На сегодняшний день патогенные варианты в шести генах мтДНК и одиннадцати ядерных генах, кодирующих субъединицы комплекса I, а также в генах факторов сборки ассоциированы с причиной этой формы СЛ. Мутации в NDUFS4 являются наиболее частой аутосомно-рецессивной причиной СЛ, связанного с комплексом I. Патогенные варианты NDUFS4 приводят к фатальному МЗ с ранним началом и типичной картиной на МРТ головного мозга, однако специфической клинической картины для данного гена не описано. Другие гены, патогенные варианты в которых приводят к дефициту I комплекса, - NDUFV1, NDUFAF5, NDUFAF6, NDUFS2, NDUFS8.

Дефицит СОХ считается одной из наиболее частых причин аутосомно-рецессивного CЛ. СОХ состоит из 14 субъединиц, из которых 11 кодируются ядерным геномом, а остальные 3 - мтДНК. Кроме того, для сборки холофермента необходимы несколько белков-шаперонов, кодируемых ядром, включая SURF1 , SCO1 , SCO2 , COX10 и COX15 . Приблизительно 15% случаев СЛ во всем мире связаны с патогенными вариантами в гене SURF1 , что составляет не менее трети этих случаев. Для российской популяции патогенные варианты в гене SURF1 занимают первое место и составляют 44%. Наиболее часто встречаются четыре патогенных варианта - с.845_846delCT, c.574_575insCTGC, c.312_321delinsAT, c.752-1G>C; при этом на долю двунуклеотидной делеции в 9-м экзоне с.845_846delCT приходится около 66% мутантных аллелей (рис. 2-18).

Ядерный ген SURF1 (9q34.2) кодирует фактор сборки цитохром-с -оксидазного комплекса дыхательной цепи. Клинический фенотип SURF1 -ассоциированного СЛ является относительно однородным и характеризуется прогредиентным волнообразным течением - после периода декомпенсации может произойти частичное улучшение состояния, за которым последует новый эпизод декомпенсации. Как правило, первые симптомы манифестируют в течение первого года (в среднем 7–12 мес) с задержки психомоторного развития, нарушений вскармливания, мышечной гипотонии. По мере прогрессирования заболевания присоединяется утрата ранее приобретенных навыков, возникают неврологические симптомы (мозжечковая, пирамидная и экстрапирамидная), проблемы с дыханием, периферическая полинейропатия. Характерным является наличие гипертрихоза, который локализуется на спине и конечностях.

Патогенные варианты в других ядерных генах, таких как SCO1 , SCO2 , COX10 , COX15 , LRPPRC , TACO1 , C12orf65 , которые играют важную роль в сборке СОХ и биогенезе, также вовлечены в патогенез СЛ, но встречаются намного реже SURF1 . Ген SCO2 (22q13.33) - второй по частоте причинный ген СЛ. Ген кодирует фактор сборки цитохром-с -оксидазы (IV КДЦМ), нарушение функционирования которой приводит к дефициту IV КДЦМ. Частый вариант представлен миссенс-заменой - c.418G>A: p.Glu140Lys.

Клиническая картина пациентов с патогенными вариантами в SCO2 характеризуется манифестацией на первом году жизни, гипотонией, прогрессирующей задержкой психомоторного развития, респираторными нарушениями в виде врожденного стридора, апноэ, прогрессирующей дыхательной недостаточностью, требующей аппаратной поддержки, неинфекционным фебрильным синдромом. У части пациентов возникают эпизоды опистотонуса, развивается гипертрофическая кардиомиопатия. Выраженная мышечная гипотония и СМА-подобный паттерн на электронейромиографии позволяет также заподозрить мутации в гене SMN1.

Дефицит пируватдегидрогеназного комплекса вносит значительный вклад в этиологию СЛ. Комплекс содержит несколько копий трех ферментативных субъединиц: пируватдегидрогеназы (E1), дигидролипоамидтрансацетилазы (E2) и дигидролипоамиддегидрогеназы (E3), а также белка, связывающего E3. Компонент E1 представляет собой гетеротетрамер из 2 α- и 2 β-субъединиц. Ген α-субъединицы E1 расположен на Х-хромосоме, и все белки комплекса кодируются ядерным геномом. Большинство патогенных вариантов, приводящих к дефициту пируватдегидрогеназы, локализованы в генеPDHA1 (Xp22.12). У некоторых пациентов с дефицитом пируватдегидрогеназы были описаны дизморфические черты: высокий лоб и большие уши, дефект межжелудочковой перегородки, прогероидные черты. Для российских пациентов, по-видимому, характерна высокая частота миссенс-замены c.787C>G: p.Arg263Gly.

Распространенной причиной ранней тяжелой младенческой формы СЛ, связанной с дефицитом V комплекса, являются патогенные варианты в гене MT-ATP6 мтДНК. Нарушения в гене MT-ATP6 являются единственной генетической причиной недостаточности V комплекса ДЦМ, и, по литературным данным, мутации в этом гене лежат в основе 10% всех случаев причин заболевания. Большинство этих пациентов являются носителями точковых замен m.8993T>G/С, причем замена T>G обусловливает более тяжелый клинический фенотип, в то время как замена T>C даже при очень высоком уровне гетероплазмии (94%) приводит к легким случаям синдрома NARP (невропатия, атаксия и пигментный ретинит, OMIM #551500). Интересно, что у некоторых здоровых носителей гетероплазмия по мутантным копиям при варианте m.8993T>G/С может доходить почти до 70%. Гетероплазмия от 70 до 90% обычно приводит к развитию фенотипа синдрома NARP. Родословная пациентов с СЛ с патогенными вариантами в мтДНК может быть интересна наличием сибсов и других родственников по материнской линии с отличным от пробанда фенотипом, зачастую сложно предположить, что все проявления у членов семьи вызваны одной и той же заменой. Таким примером внутрисемейного полиморфизма может служить и частая замена мтДНК в положении m.3243A>G: в семье может быть, к примеру, пробанд с синдромом MELAS (митохондриальная энцефалопатия, лактат-ацидоз, инсультоподобные состояния, ОMIM #540000), а также сибсы с синдромом Ли и мать - носительница варианта с диабетом и тугоухостью.то обнаруживают МРТ-изменения переднего зрительного пути: гиперинтенсивный сигнал в режиме Т2W с преимущественным вовлечением интраорбитального и внутриканального сегментов, также отмечают вовлечение интракраниального сегмента, хиазмы и зрительного тракта. У части пациентов выявляют накопление контрастного вещества в различных сегментах переднего зрительного пути. Таким образом, вышеописанные выявляемые изменения у пациентов с НОНЛ требуют дифференциальной диагностики и совместного консультирования таких пациентов неврологом, генетиком и офтальмологом.

Подходы к лечению. На сегодняшний день не существует эффективной патогенетической терапии СЛ. Применяется симптоматическая и метаболическая терапия, при этом следует избегать применения лекарственных препаратов, ингибирующих работу дыхательной цепи митохондрий (подробнее см. главу 4 "Подходы к терапии митохондриальных заболеваний"). Для снижения концентрации лактата в крови применяют растворы натрия гидрокарбоната (Натрия бикарбоната^♠ ), также в качестве одного из средств предупреждения повышения уровня лактата крови в периоды декомпенсации рекомендуется использование дихлорацетата^℘ , точкой приложения которого является пируватдегидрогеназа, которую он стимулирует, изменяя состояние и стабильность фосфорилирования.

При лечении СЛ, вызванного дефицитом пируватдегидрогеназы, считается, что кетогенная диета активирует процесс окисления жирных кислот для получения энергии, что может быть альтернативой недействующему пути окислительного фосфорилирования.

Фармакологическая терапия сосредоточена на различных аспектах митохондриальной функции, начиная от усиления митохондриального биогенеза и заканчивая предотвращением окислительного повреждения.

Различные препараты, такие как рибофлавин, тиамин, биотин, CoQ₁₀ , L-карнитин, тиоктовая кислота (Альфа-липоевая кислота♠), креатин моногидрат обычно использовались при синдроме Ли с надеждой на улучшение функции митохондрий. Самые высокие уровни доказательности были связаны с завершенными клиническими испытаниями только трех соединений: Vatiquinone (EPI-743), KH176 и битартрата цистеамина (RP103). Рандомизированные многоцентровые клинические испытания KH176 продолжаются, и в конце 2021 г. планируется начать дальнейшее исследование нового соединения Nabsirolimus (ABI-009). EPI-743 представляет собой новый парабензохинон, восполняющий внутриклеточный глутатион более эффективно, чем коэнзим Q₁₀ или идебенон. KH176 является окислительно-восстановительным модулирующим агентом. Рандомизированные многоцентровые исследования фазы 2 в настоящее время включают митохондриальные заболевания, такие как MELAS, матерински наследуемый сахарный диабет с глухотой, СЛ и митохондриальные миопатии, а также митохондриальные энцефалопатии. Nabsirolimus представляет собой суспензию наночастиц сиролимуса, связанную с альбумином, которая ингибирует митофагию.

Применение коэнзима Q₁₀ помогает восстановить поток электронов и улучшить клинические симптомы, связанные с дефицитом коэнзима Q₁₀ . Есть данные, что лечение рибофлавином улучшило состояние пациентов с СЛ, связанным с дефицитом пируватдегидрогеназы. Обобщенное представление фармакологической терапии представлено в табл. 2-3 и также в главе 4 "Подходы к терапии митохондриальных заболеваний".

Перспективным направлением в этой области представляется разработка генной терапии. Один из подходов - коррекция распространенной точковой замены m.8993T>G в гене МТ-ATP6 мтДНК путем аллотопической экспрессии нормального белка 6-й субъединицы АТФ-синтазы из трансфицированных в ядро конструкций, содержащих также митохондриально направленную последовательность. Другим подходом к этиопатогенетическому лечению СЛ является применение аденовируса, который кодирует митохондриально направленную эндонуклеазу рестрикции R.XmaI, что в итоге приводит к селективному разрушению мутантной мтДНК и уменьшению уровня гетероплазмии. Ведутся доклинические исследования эффективности заместительной терапии аденоассоциированным вирусным вектором серотипа 9 (AAV9)/человеческим SURF1 (hSURF1 ). Данные показывают, что при однократном интратекальном введении частично и значительно восстанавливалась активность комплекса IV в печени, мозге и мышцах. Однако на текущий момент нет клинических испытаний с использованием этих технологий, и они ограничиваются исследованиями в лабораторных условиях.

Рекомендации по медико-генетическому консультированию. В отношении медико-генетического консультирования СЛ представляет ряд трудностей: описаны все типы менделевского наследования - аутосомно-рецессивное, аутосомно-доминантное с вариантами de novo , Х-сцепленное, а также особый механизм материнского наследования. Таким образом, выявление первичного молекулярного дефекта имеет большое значение для прогноза потомства. Так, в случае аутосомно-рецессивного заболевания риск рождения больного ребенка составляет 25%, независимо от предыдущих беременностей и пола ребенка; для Х-сцепленного наследования риск рождения больного ребенка составляет 50% - для мужского пола. При материнском наследовании невозможно точно рассчитать риск ввиду феномена гетероплазмии, также сложно предсказать уровень накопления мутантных мтДНК в клетках плода, ввиду этого пренатальная диагностика СЛ с патогенными вариантами в мтДНК в большинстве стран не проводится.

Патогенные варианты в гене POLG (OMIM *174763) являются самой частой причиной МЗ и заболеваний с нарушением целостности мтДНК в частности, так как POLG кодирует основной белок, участвующий в репликации мтДНК, - митохондриальную полимеразу гамма. Патогенные варианты в POLG приводят к широкому спектру перекрывающихся фенотипов (семь из которых являются основными и представлены в табл. 2-4) с манифестацией в любом возрасте и вовлечением различных систем органов.

Критерии диагностики/основные клинические признаки. В настоящий момент предложена возрастная классификация POLG -ассоциированных фенотипов. Данная классификация позволяет выделить три группы фенотипов с характерными клиническими особенностями и течением болезни. У пациентов до 12 лет основными симптомами являются печеночная недостаточность, судороги и расстройства питания, средняя продолжительность жизни после манифестации заболевания не более 2 лет; у пациентов 12–40 лет - атаксия, периферическая нейропатия и судороги, средняя продолжительность жизни после манифестации 12,6 лет; у пациентов старше 40 лет - птоз, прогрессирующая наружная офтальмоплегия и атаксия, средняя продолжительность жизни после манифестации 15,9 лет.

Распространенность. В различных исследованиях на долю патогенных вариантов в POLG приходится до 10% случаев МЗ у взрослых, 10–25% случаев прогрессирующей наружной офтальмоплегии, >10% случаев атаксии, а также они являются самой частой причиной эпилепсии при МЗ. По данным лаборатории наследственных болезней обмена веществ ФГБНУ "МГНЦ им. акад. Н.П. Бочкова", около четверти случаев МЗ связаны с мутациями в гене POLG.

Манифестация, особенности клинической картины различных форм POLG-обусловленных заболеваний. При манифестации заболевания в раннем возрасте характерно поражение печени, которое стремительно прогрессирует до терминальной стадии печеночной недостаточности. Производные вальпроевой кислоты провоцируют и ускоряют развитие печеночной недостаточности у больных с POLG -ассоциированными заболеваниями, и их применение для данной группы больных категорически противопоказано.

Среди ранних форм выделяют два основных фенотипа - AHS и синдром миоцереброгепатопатии, сочетающий поражение головного мозга, мышечной системы и печени.

AHS является самой частой формой синдромов истощения мтДНК и первоначально описан триадой симптомов - регресс психомоторного развития, рефрактерная эпилепсия и печеночная недостаточность.

AHS манифестирует в основном в детстве, крайне редко описано начало в подростковом возрасте. Раннее развитие, как правило, без особенностей, но у некоторых пациентов в анамнезе отмечается мышечная гипотония и незначительная задержка развития. Течение заболевания характеризуется эпилептическими приступами, практически не поддающимися противосудорожной терапии. Развивается эпилептический статус, epilepsia partialis continua , приводящие к смерти больных в детском возрасте. У части пациентов с AHS выявляется поражение печени: оно может быть мягким, проявляющимся только некоторым повышением трансаминаз в крови, а может быть очень тяжелым, приводящим к печеночной недостаточности и циррозу печени.

Диагностическими критериями поражения печени при AHS являются макро- и микровезикулярный стеатоз, пролиферация желчных протоков, гибель гепатоцитов, фиброз и некроз, нарушение паренхиматозно-дольчатой архитектоники печени. Пациентам с установленным диагнозом AHS противопоказаны противоэпилептические препараты на основе вальпроевой кислоты, так как они могут провоцировать развитие цирроза. Лечение для AHS не разработано, метаболическая и антиоксидантная терапия имеет очень ограниченный эффект при этом быстро прогрессирующем заболевании.

Синдром миоцереброгепатопатии является наиболее ранним и тяжелым POLG -ассоциированным фенотипом и отличается от AHS отсутствием судорог, которые, вероятно, не успевают развиться вследствие быстрого и стремительного течения заболевания.

Синдром миоцереброгепатопатии преимущественно манифестирует в первые месяцы жизни и характеризуется триадой симптомов - миопатия, задержка психомоторного развития и печеночная недостаточность. Также в диагностические критерии входит наличие по крайней мере двух следующих признаков: нейропатии и повышение лактата в крови или цереброспинальной жидкости, нарушение почечной функции с аминоацидурией, глюкозурией или повышенной экскрецией бикарбонатов, нарушение слуха, корковая атрофия или задержка миелинизации, или признаки поражения белого вещества головного мозга на МРТ, недостаточность IV комплекса либо сочетанная недостаточность нескольких комплексов окислительного фосфорилирования в мышцах либо печени. У пациентов наблюдается чрезвычайно низкое содержание мтДНК в пораженных тканях, преимущественно в печени и мышцах (<20% от нормы). Основными причинами смерти больных являются печеночная недостаточность, сепсис, а также эпистатус. Средняя продолжительность жизни после начала заболевания - 5 мес.

Патогенные варианты при синдроме миоцереброгепатопатии могут встречаться не только в гене POLG , но и в нескольких других генах биогенеза мтДНК, включая DGUOK, MPV17 , TWNK.

Полимераза гамма состоит из каталитической субъединицы (POLGA), кодирующейся геном POLG , и гомодимера из вспомогательных субъединиц (POLGB), кодирующихся геном POLG2 . В третичной структуре POLGA выделяют пять кластеров (рис. 2-21). Кластеры отражают структурные и функциональные модули белка и являются "горячими точками" для патогенных вариантов. Показано, что расположение вариантов в комбинациях данных кластеров коррелирует с тяжестью фенотипа. Farnum et al., проанализировав 340 больных с двумя биаллельными патогенными вариантами в POLG , показал, что у 113 пациентов варианты располагались в одном кластере и в основном наблюдались формы заболевания с поздней манифестацией. У остальной варианты располагались в разных кластерах, что являлось причиной 110 из 120 случаев младенческих форм.

Также у пациентов с комбинацией вариантов, затрагивающих 1-й кластер, значительно чаще встречается фенотип с младенческой манифестацией. Авторы предполагают, что если вариант располагается вне кластера, то он, скорее всего, непатогенен, так как из 87 непатогенных вариантов, описанных в базе dbSNP, лишь 12 располагаются в кластерах. Таким образом, кластерный анализ может предоставлять дополнительные данные при анализе гено-фенотипических корреляций и прогнозировании развития и тяжести фенотипа. Кластерная модель также может служить для анализа и интерпретации патогенности новых неописанных вариантов и их влияния на фенотип (POLG Pathogenicity Prediction Server — https://www.mitomap.org/polg/index.php).

Взрослые формы POLG-ассоциированных заболеваний. Взрослые формы POLG -обусловленных заболеваний чрезвычайно разнообразны. Но при среднем возрасте манифестации от 12 до 40 лет чаще всего встречаются пациенты, клиническая картина которых соответствует спектру атаксии-нейропатии, куда входят миоклонус-эпилепсия, миопатия, сенсорная атаксия, митохондриальные рецессивные синдромы с атаксией, сенситивная атаксия, нейропатия, дизартрия и офтальмопарез.

Эти формы заболеваний проявляются сочетанием поражения центральной и периферической нервной системы. Почти у всех пациентов развивается атаксия, обычно смешанного генеза. Также есть риск развития некроза печени, в особенности при приеме вальпроатов. Часто возникают энцефалопатические и инсультоподобные эпизоды, эпилептические приступы. Фенотип, включающий эпилепсию и атаксию, является одной из основных форм подросткового POLG -ассоциированного заболевания. Судороги могут быть первым проявлением заболевания, далее присоединяется атаксия, сочетающаяся с сенситивным компонентом, а также с аксональной/демиелинизирующей периферической невропатией. Миопатия и офтальмоплегия могут присоединиться позже.

Молекулярные особенности и диагностика POLG-обусловленных заболеваний. Для гена POLG характерно наличие нескольких частых патогенных вариантов. Частота носительства варианта c.2243G>C (p.Trp748Ser) доходит до 1% в Норвегии и до 0,8% в Финляндии. Вариант c.1399G>A (p.Ala467Thr) встречается с частотой 0,69% в Великобритании. В северной Европе совместная частота c.1399G>A (p.Ala467Thr), c.2243G>C (p.Trp748Ser) и c.2542G>A (p.Gly848Ser) составляет >1%, что соответствует частоте рецессивных POLG -ассоциированных заболеваний более 0,01%.

Спектр выявленных генетических вариантов у пациентов из РФ представлен в основном миссенс-вариантами - 89% аллелей, вариантами, приводящими к нарушению сплайсинга, - 1,7%, небольшими делециями и инсерциями - 3,4%, нонсенс-вариантами - 5%, комплексными аллелями - 0,8%. Варианты равномерно распределены по экзонам гена, группируясь преимущественно в функциональных кластерах белка.

По литературным данным, для гена POLG характерно наличие шести частых патогенных вариантов: c.2243G>C (p.Trp748Ser), c.1399G>A (p.Ala467Thr), c.911T>G (p.Leu304Arg), c.1760C>T (p.Pro587Leu), c.2542G>A (p.Gly848Ser), c.1735C>T (p.Arg579Trp), некоторые из которых также являются частыми и в РФ (рис. 2-22). Совместная доля вышеперечисленных вариантов у пациентов из РФ составляет 58,6% аллелей.

Описаны некоторые гено-фенотипические корреляции для гена POLG . Так, например, больные с частым вариантом c.2243G>C (p.Trp748Ser) в гомозиготном состоянии в подавляющем большинстве случаев наблюдаются с фенотипом митохондриальных рецессивных синдромов с атаксией. Данный фенотип манифестирует во взрослом возрасте (средний возраст на момент диагноза 34 года), что, вероятно, является причиной высокой популяционной частоты варианта c.2243G>C (p.Trp748Ser).

Лабораторная диагностика. При подозрении на рецессивные формы POLG -заболеваний (синдром Альперса, митохондриальные рецессивные синдромы с атаксией) на первом этапе лабораторной диагностики целесообразно проведение теста на частые мутации в гене POLG . При подозрении на прогрессирующую офтальмоплегию с прослеживающимся по родословной доминантным типом наследования необходимо проводить полный анализ гена POLG , так как частых мутаций для аутосомно-доминантной формы не описано. В случае болезни Альперса, возможно, более эффективным будет полный анализ гена POLG в рамках панели генов, так как, во-первых, при данной нозологии частые патогенные аллели чаще всего выявляют в компаунд-гетерозиготном состоянии с другими более редкими патогенными аллелями гена POLG и, во-вторых, клиническая картина болезни Альперса не включает высокопатогномоничные признаки и часто может напоминать другие нейрометаболические заболевания и эпилептические энцефалопатии.

Подходы к терапии. В настоящее время патогенетического лечения для POLG -обусловленных заболеваний не создано.

Эпилепсия является единственным наиболее важным прогностическим фактором выживаемости, а наличие судорог связано с повышенной инвалидизацией пациентов с POLG -ассоциированным заболеванием. Раннее распознавание и немедленное лечение приступов имеют решающее значение для улучшения выживаемости пациентов. Лечение одним противоэпилептическим препаратом редко бывает эффективным, часто требуется политерапия высокими дозами. В настоящее время нет общепринятых рекомендаций по лечению эпилепсии при заболеваниях, связанных с POLG , и несколько противоэпилептических препаратов использовались в различных дозировках и комбинациях. Вальпроат натрия абсолютно противопоказан из-за риска острого прогрессирующего некроза печени. Пациенты с заболеванием, связанным с POLG , могут в любое время развить эпилептический статус, лечение которого является сложной задачей. В ряде исследовании для улучшения мышечной силы применяли никотиновую кислоту (Ниацин^♠ ), предшественник НАД⁺ , пищевые добавки, называемые "митохондриальными коктейлями", которые включают коэнзим Q₁₀ , карнитин, L-аргинин, EPI-734 и несколько витаминов; однако нет четких доказательств, свидетельствующих о каком-либо значительном клиническом эффекте.

Замедление роста, трудности с кормлением, нарушение моторики желудка и рвота являются общими признаками заболевания, связанного с POLG . Рекомендуется привлечение гастроэнтеролога и диетолога, а использование желудочного зонда/гастростомы следует рассмотреть на ранней стадии, особенно при раннем дебюте заболевания для обеспечения адекватного питания, а также у пожилых пациентов для облегчения лечения и питания. У пациентов может спонтанно развиться печеночная недостаточность, даже без предшествующего приема вальпроата натрия. Измерение ферментов печени (АСТ, АЛТ, ГГТ) и функциональных параметров (аммиак, альбумин, билирубин, протромбиновое время, международное нормализованное отношение) следует проводить часто и не реже одного раза в 3–4 мес, особенно при раннем и подростковом дебюте заболевания. Существуют некоторые разногласия по поводу использования трансплантации печени при этом заболевании. Однако его выполняли у пациентов с острой печеночной недостаточностью до постановки диагноза POLG с обнадеживающими результатами. Кроме того, опыт трансплантации растет, но во всех случаях перед проведением трансплантации необходима оценка всех рисков. Выживаемость после трансплантации печени при заболевании с началом во взрослом возрасте лучше, чем при заболевании с ранним началом.

Двигательные расстройства и POLG-паркинсонизм. Паркинсонизм - признак позднего начала заболевания и обычно возникает вместе с периферической невропатией и прогрессирующей наружной офтальмоплегией, а также преждевременной аменореей/менопаузой у женщин. Лечение L-ДОФА является более успешным в случаях с поздним началом. Применение бензодиазепинов может снизить тяжесть других неэпилептических двигательных расстройств, включая миоклонус, тремор и нёбный миоклонус. Дистонию необходимо лечить с помощью общепризнанных методов лечения, таких как ботулотоксин. Pes cavus (cтопа Фридрейха) часто позволяет заподозрить у таких пациентов атаксию Фридрейха, однако другие классические симптомы этого заболевания, включая сердечные нарушения, у пациентов с мутациями POLG встречаются гораздо реже.

Синдромы истощения мтДНК входят в группу заболеваний с нарушением целостности мтДНК, или болезней нарушения межгеномного взаимодействия. Первое описание датируется 1989 г. в семье со взрослой формой доминантной хронической прогрессирующей наружной офтальмоплегии, сопровождающейся множественными делециями мтДНК в мышцах. Позже описаны синдромы, характеризующиеся младенческой миопатией и гепатопатией со снижением количества мтДНК в мышцах и печени. Множественные делеции и снижение количества мтДНК в мышцах также могут присутствовать одновременно, что обнаружено у больных с синдромом MNGIE, сопровождающимся поражением нервной и пищеварительной систем. В 2001 г. описан новый фенотип, связанный с выраженным снижением количества мтДНК в мышцах пациентов с ТК2 -ассоциированной младенческой миопатией. В этом же году обнаружен ген, патогенные варианты в котором являются причиной самой частой, как окажется позже, митохондриальной гепатопатии, - DGUOK . В 2004 г. открыт ген тяжелой детской формы митохондриальной энцефалопатии с эпилепсией и поражением печени - синдром Альперса–Хуттенлохера.

Последнее десятилетие продолжается открытие новых генов, связанных со множественными делециями и снижением количества мтДНК. Всего на сегодняшний день описано более 25 ядерных генов, патогенные варианты в которых приводят к нарушению целостности мтДНК. Данные гены ответственны за репликацию и репарацию мтДНК (POLG, POLG2, TWNK, TFAM, RNASEH1, MGME1, DNA2, LIG3 ), метаболизм митохондриальных нуклеотидов (TK2, DGUOK, SUCLA2, SUCLG1, ABAT, TYMP, RRM2B, SLC25A4, AGK, MPV17, DTYMK ), коммуникацию митохондрий (OPA1, OPA3, MFN2, FBXL4 ), сборку и деградацию белков митохондрий (GFER, SPG7, AFG3L2 ), модификации митохондриальной рРНК (MRM2 ) и транспорт через внутреннюю мембрану митохондрий (SLC25A21, SLC25A10).

Помимо генетической классификации, можно выделить четыре основные клинические подгруппы заболеваний с нарушением целостности мтДНК:

Генетическая и клиническая гетерогенность, внутрисемейный полиморфизм составляют главную проблему в постановке диагноза МЗ. Профессиональное сообщество на протяжении многих лет обсуждает критерии клинического диагноза МЗ, в которых учитываются клинические симптомы, данные лабораторных [уровень лактата в плазме крови и цероброспинальной жидкости (ЦСЖ), метаболитов лактат-ацидоза и цикла Кребса в моче], иммуногистохимических (COX-негативное окрашивание), функциональных (ЭКГ, электромиография и т.д.) и радиологических (МРТ) исследований.

Нейменгенские критерии МЗ для детей и взрослых, разработанные в 2002 г. N. Wolf и J. Smeitink, основаны на клинических и нейрорадилогических данных, морфологических исследованиях биоптата скелетной мышцы и результатах биохимических функциональных тестов (активность комплексов ДЦМ, уровень окисления ¹⁴ C-меченных субстратов, уровень выработки АТФ и фосфокреатина) на мышечной ткани пациента. Клинические критерии разделены на три большие группы: поражение скелетных мышц, ЦНС и мультисистемные нарушения. В сумме баллов максимальный результат может быть равен 30; в зависимости от набранных баллов диагноз МЗ расценивается как "маловероятный", "возможный", "высоковероятный" и "определенный".

В 2006 г. Е. Morava усовершенствовала Нейменгенские критерии (табл. 3-1).

Примечание. * 2 балла за симптом.** 4 балла за максимальные отклонения.

По данным критериям возможно набрать максимально 12 баллов: 5–7 баллов расцениваются как "вероятное наличие МЗ", наличие 8–12 баллов подтверждают диагноз МЗ. Однако данные критерии обладали недостаточной чувствительностью и специфичностью по отношению к педиатрической группе пациентов с МЗ (из-за низкого балла и наличия органоспецифической клиники некоторых пациентов).

С учетом современных данных секвенирования нового поколения в 2017 г. критерии МЗ E. Morava были скорректированы (табл. 3-2).

Существуют также критерии диагноза отдельной нозологической формы МЗ, как, например, синдрома MELAS, сформированные в 2012 г. Yatsuga S. (табл. 3-3).

Диагноз синдрома MELAS подтвержден, если у пациента присутствуют хотя бы два пункта из категории А и хотя бы два пункта из категории Б; возможный диагноз ставится при наличии одного пункта из категории А и двух пунктов из категории Б.

В исследовании Schon K. проанализировали геномы 345 пациентов с предполагаемым диагнозом МЗ согласно современным диагностическим критериям. Большинство пациентов (22/30, 73%) с подтвержденным диагнозом МЗ молекулярно-генетическими методами по Нейменгенской шкале имели от 5–12 баллов, что соответствует высоковероятному и определенному диагнозу МЗ. Пациенты с патологией, не связанной с нарушением функции митохондрий, имели 2–4 балла согласно шкале (возможное наличие МЗ). Однако чувствительность и специфичность данных критериев была невысокой.

R.Davis с соавт. показали, что вероятность установления диагноза в том числе с помощью методов секвенирования нового поколения более высокая, если учитывать клинические критерии диагноза МЗ, а также при наличии специфических клинических фенотипов, как, например, синдромы прогрессирующей наружной офтальмоплегии, MELAS и НОНЛ.

Несмотря на наличие клинических диагностических критериев, а также широкого применения методов секвенирования нового поколения в современной молекулярно-генетической диагностике МЗ, окончательный диагноз МЗ устанавливают только после сопоставления клинических, лабораторных, функциональных и инструментальных данных.

Нервная ткань крайне чувствительна к дефициту метаболической энергии, и при МЗ поражается как серое, так и белое вещество головного мозга, а при некоторых заболеваниях также выявляют нарушения в спинном мозге.

При МЗ поражения серого вещества обычно мультифокальны, обусловлены нарушениями стенок мелких сосудов и гибелью нейронов. Поражения белого вещества характеризуются демиелинизацией и его губчатой дегенерацией. Глиоз может обнаруживаться как в сером, так и в белом веществе и иметь различную степень выраженности.

Метаболические дефекты при МЗ можно дополнительно исследовать с помощью магнитно-резонансной спектроскопии (МРС), при которой измеряют концентрации ряда соединений в тканях головного мозга. В сочетании с клиническими данными высококачественная нейровизуализация играет важную роль в постановке диагноза, дифференциальной диагностике, мониторинге прогрессирования заболевания.

МЗ представляют собой группу генетически и клинически гетерогенных наследственных болезней. Ранние исследования МЗ были сосредоточены на вариантах в небольшой по размеру молекулы мтДНК (16,6 т.п.н.), главным образом за счет простоты ее генома и материнского наследования. В конце 1980-х и начале 1990-х гг. впервые были идентифицированы делеции и точковые замены мтДНК.

Хотя структура и функция митохондрий контролируются двумя геномами, биогенез митохондрий и более 99% их белков кодируются ядром. В результате большинство МЗ обусловлено молекулярными дефектами ядерного генома. Прогресс в обнаружении патогенных вариантов в ядерных генах при МЗ изначально был медленным, но в последнее время, применяя подходы интегрированной геномики и системной биологии, идентифицировано около 300 генов, связанных с митохондриальными заболеваниями, при этом еще около 1200 генов являются кандидатными, для которых еще, возможно, предстоит выявить дефект, приводящий к развитию митохондриальной патологии. Для биогенеза мтДНК необходимы гены ядерного генома, в том числе ДНК-полимераза гамма (POLG ) и ДНК-хеликаза (TWNK ) для репликации, а также пуриновые/пиримидиновые нуклеозидкиназы, DGUOK и TK2 , для резервного синтеза и поддержания пулов дезоксинуклеотидов. Дефекты любого из этих генов вызывают истощение мтДНК или множественные делеции мтДНК. Кроме того, для транскрипции мтДНК и биосинтеза митохондриальных белков необходимы факторы, кодируемые яДНК, включая РНК-полимеразу, различные факторы транскрипции, малые и большие субъединицы (>80) митохондриальных рибосомных белков, факторы инициации и элонгации трансляции и все митохондриальные аминоацил-тРНК-синтетазы. Большинство субъединиц комплексов дыхательной цепи митохондрий и все факторы сборки также кодируются ядерным геномом.

Начиная с 1980-х гг. применяются метаболические подходы к лечению расстройств окислительного фосфорилирования с помощью различных витаминов и биодобавок. Существует множество теоретических обоснований, по которым определенные биодобавки могут улучшать энергетический метаболизм. Например, креатин потенциально можно использовать в качестве альтернативного источника энергии, повышающего выработку митохондриальной АТФ. Витамин С, витамин Е и тиоктовая кислота (Альфа-липоевая кислота^♠ ), а также акцепторы электронов (CoQ₁₀ или картин) могут удалять свободные радикалы из клеток, улучшая функцию митохондрий. Добавки также могут помогать "обходить" биохимический дефект (например, дефицит активности комплексов I, II или III в цепи переноса электронов). Пациентам назначают препараты, активирующие транспорт митохондриальных субстратов и снижающие лактат: L-карнитин, витамины группы В (рибофлавин, тиамин), биотин, антиоксиданты (витамин А и С), фолиевую и тиоктовую кислоты (Липоевая кислота^♠ ), дихлорацетат натрия^℘ . Большинство этих препаратов назначают в высоких дозах, по исследовательским протоколам в метаболических центрах (табл. 4-1.).

Терапевтическая схема для МЗ подбирается индивидуально. При назначении витаминов и антиоксидантов важно их сочетание (витамин Е и С; витамин С и коэнзим Q₁₀ ). Например, несколько независимых исследований показали хороший эффект в снижении лактата при одновременном приеме тиоктовой кислоты (Альфа-липоевой кислоты^♠ ), креатина моногидрата и коэнзима Q₁₀ .

Может понадобиться длительный подбор доз и комбинаций препаратов. Ответ на проводимую терапию значительно отличается у пациентов, и только у некоторых отмечается улучшение неврологических расстройств или наблюдается стабилизация состояния. При отсутствии эффекта от проводимой метаболической терапии решается вопрос о ее прекращении. Также следует отметить, что не существует известной принятой международной стандартизации в применении биодобавок и витаминов при МЗ, а их клиническое использование часто зависит от предпочтений центра или конкретного врача.

Высокие концентрации как митохондрий, так и НАД⁺ в клетках позволяют увеличивать окислительное фосфорилирование в пораженной ткани и замедлять прогрессирование болезни.

Создано множество фармакологических агентов, направленных на увеличение количества митохондрий: аципимокс, безафибрат, омавелоксолон^℘ и REN001.

Аципимокс (5-карбокси-2-метилпиразин 1-оксид) является производным никотиновой кислоты и ее аналогом с гиполипидемической активностью. Препарат применяется для коррекции гиперлипидемии при неинсулинзависимом сахарном диабете. Было показано, что аципимокс оказывает прямое влияние на функцию митохондрий в скелетных мышцах у пациентов с диабетом и снижает уровень свободных жирных кислот в плазме путем подавления липолиза за счет косвенного ингибирования гормон-чувствительной липазы. Это, в свою очередь, способствует увеличению НАД⁺ , активации сиртуина 1 (SIRT1) и усиленной экспрессии митохондриальных генов. Завершено двойное слепое плацебо-контролируемое рандомизированное клиническое исследование эффективности аципимокса у пациентов с митохондриальной миопатией, направленое на повторное использование аципимокса в качестве мощного стимулятора митохондриального биогенеза.

Безафибрат - это фибратный препарат, который увеличивает митохондриальный биогенез. Первоначально он был лицензирован в 1978 г. для лечения гиперлипидемии и, следовательно, имеет долгосрочные доказательства благоприятного профиля в отношении нежелательных реакций. Открытое нерандомизированное исследование у пациентов с митохондриальной миопатией (вариант m.3243A>G) продемонстрировало, что безафибрат уменьшал количество мышечных волокон с дефицитом комплекса IV и улучшал сердечную функцию без значительных побочных эффектов. Однако это улучшение сопровождалось увеличением сывороточных биомаркеров, таких как GDF15 (фактор роста и дифференцировки 15), что вызывает опасения по поводу долгосрочных эффектов лечения. Для дальнейшего подтверждения эффективности и безопасности безафибрата требуется дополнительное рандомизированное клиническое исследование.

REN001, селективный агонист рецептора, активируемого белком пероксисом, ответственным за усиление пролиферации (PPARδ), проходит испытания для лечения пациентов с нарушениями окисления жирных кислот и митохондриальными миопатиями. Это соединение ранее использовалось для профилактики дыхательной недостаточности и атрофии скелетных мышц, вызванной длительной иммобилизацией. Оно регулирует активность генов, участвующих в нескольких клеточных метаболических процессах, включая гомеостаз глюкозы, синтез и накопление жирных кислот, а также метаболизм жирных кислот. В моделях на животных показано увеличение количества мышечных волокон с высоким содержанием митохондрий и улучшение окисления жирных кислот. Открытое исследование по оценке переносимости этого препарата в течение 12 нед было приостановлено из-за пандемии COVID-19 (NCT03862846).

Омавелоксолон^℘ - олеаноловый тритерпеноид, который ингибирует провоспалительный путь ядерного фактора каппа-легкой цепи активированных В-клеток. Было показано, что это ингибирование улучшает окислительное фосфорилирование и биогенез митохондрий у пациентов с митохондриальной миопатией. Двойное слепое плацебо-контролируемое рандомизированное контролируемое исследование фазы 2 омавелоксолона^℘ у 53 пациентов с митохондриальной миопатией не дало результатов (оценивалась переносимость нарастающей физической нагрузки). Однако лечение омавелоксолоном^℘ привело к снижению частоты сердечных сокращений и уровня лактата в крови во время теста с постоянной физической нагрузкой, что свидетельствует о некотором улучшении функции митохондрий. Именно поэтому могут потребоваться дальнейшие клинические испытания с уточнением методологии для подтверждения эффективности омавелоксолона^℘ .

KL1333 является субстратом для НАД(Ф)H - дегидрогеназы хинона 1, которая продуцирует никотинамидаденин и способствует продукции АТФ. Учитывая положительные эффекты на функцию митохондрий, было запущено двойное слепое плацебо-контролируемое рандомизированное клиническое исследование фазы 1 с параллельными группами для оценки фармакокинетики и фармакодинамики этого соединения у пациентов с первичными МЗ (NCT03056209).

Одним из подходов к коррекции МЗ является защита митохондрий от повреждений, вызываемых свободными радикалами (АФК). АФК - побочные продукты нормального метаболизма кислорода, но во время метаболического стресса их концентрация резко возрастает, что приводит к повреждению белков клеточных органелл, включая митохондрии. Для защиты от АФК возможно применять мощные синтетические антиоксиданты (EPI-743 и идебенон), вещества, которые увеличивают выработку эндогенных антиоксидантов (цистеамин^℘ ), или препараты, снижающие продукцию активных форм кислорода (KH176 и эламипретид^℘ ).

Цистеамин^℘ - одобренный Комитетом по контролю за лекарственными веществами и пищевыми добавками США препарат для лечения нефропатического цистиноза. Его основной механизм заключается в увеличении биосинтеза глутатиона (мощного антиоксиданта). Эксперименты на животных моделях и культуре кожных фибробластов человека показали, что цистеамин^℘ улучшает функцию митохондрий, защищая комплексы I и IV от повреждения. Однако открытое исследование фазы 2 с повышением дозы, оценивающее безопасность, переносимость и эффективность лечения цистеамином^℘ при МЗ, было прекращено из-за отсутствия эффективности.

KH176 - синтетический антиоксидант, разработанный для лечения МЗ. Двойное слепое плацебо-контролируемое перекрестное рандомизированное клиническое исследование фазы 2 с участием 18 пациентов с патогенными вариантами m.3243A>G продемонстрировало безопасность и переносимость препарата (исследование KHENERGY) (NCT02909400). Однако это исследование было поисковым, и проводится еще одно для подтверждения эффективности и безопасности KH176 (NCT02909400).

Эламипретид^℘ - тетрапептид, стабилизирующий кардиолипин и снижающий выработку АФК. Многоцентровое, двойное слепое, плацебо-контролируемое рандомизированное клиническое исследование фазы 1/2, в котором изучалось применение эламипретида для лечения митохондриальной миопатии у 36 пациентов (исследование MMPOWER), продемонстрировало безопасность и эффективность (увеличение дистанции теста 6-минутной ходьбы). Однако последующее исследование фазы 3 (n = 218 пациентов) (MMPOWER-3, NCT03323749) не достигло своей основной конечной точки (увеличения дистанции теста 6-минутной ходьбы), в связи с чем эффективность эламипретида остается неясной.

EPI-743 - низкомолекулярный аналог CoQ₁₀ с антиоксидантной активностью в 10 000 раз выше, чем у CoQ₁₀ . Открытое исследование EPI-743 фазы 2A 2012 г. для детей с синдромом Ли (n = 10) продемонстрировало статистически значимое объективное неврологическое улучшение по Ньюкаслской шкале митохондриальных заболеваний без значительных побочных эффектов, связанных с приемом препарата. Следует отметить, что Комитет по контролю за лекарственными веществами и пищевыми добавками США недавно одобрил исследование безопасности и эффективности препарата у 94 детей с терминальными генетически подтвержденными наследственными заболеваниями дыхательной цепи (NCT01370447, препарат EPI-743).

Идебенон является короткоцепочечным водорастворимым синтетическим аналогом CoQ₁₀ , который действует как переносчик электронов в дыхательной цепи. Первоначально препарат был разработан для лечения дефицита CoQ₁₀ , но недавно он был перепрофилирован и одобрен для лечения пациентов с НОНЛ. Двойное слепое рандомизированное клиническое исследование 2-й фазы (RHODOS) продемонстрировало ограниченную эффективность, при этом не наблюдалось существенной разницы в первичном результате (остроте зрения) по сравнению с плацебо. Однако анализ подгрупп продемонстрировал улучшение дискордантной остроты зрения. В настоящее время проводятся два клинических испытания, чтобы лучше понять преимущества идебенона (NCT02774005 и NCT02771379). Хотя идебенон был лицензирован EMA, Национальный институт здоровья и клинического совершенствования (качества медицинской помощи) не рекомендовал его применение в Великобритании. Это является следствием высокой стоимости лечения по сравнению с отсутствием надежных доказательств эффективности.

Разработаны различные фармакологические средства, повышающие эффективность окислительного фосфорилирования в поврежденных митохондриях, при этом не влияющие на их общее количество. ABI-009 и дихлорацетат^℘ - два препарата из этого класса, которые в настоящее время изучаются.

ABI-009 (известный как набсиролимус^℘ ) состоит из рапамицина, связанного с наночастицами альбумина. Показано, что это соединение улучшает функцию митохондрий за счет усиления катаболизма аминокислот и снижения гликолиза. Доклинические данные на модели мышей с синдромом Ли показали, что ABI-009 уменьшает нейровоспаление и размер поражений головного мозга и тормозит прогрессирование неврологических симптомов. Однако достоверность доклинических данных ограничена, поскольку мышиная модель, на которой проводились исследования, имела патогенные варианты в гене NDUFS4 , а число генов у человека, ответственных за синдром Ли, достигает нескольких сотен, включая гены мтДНК, и как будет работать препарат при других формах заболевания, неясно.

Дихлорацетат^℘ - препарат, который стимулирует пируватдегидрогеназный комплекс путем изменения состояния его фосфорилирования и таким образом способствует его стабильности. Было проведено несколько клинических испытаний дихлорацетата^℘ при МЗ. В двух из этих исследований показано снижение уровня лактата в крови после приема пищи и после физической нагрузки по сравнению с плацебо. Тем не менее эти исследования не показали какого-либо улучшения качества жизни пациентов (по общей оценке эффективности лечения) или функции аэробного метаболизма (по оценке с помощью 1-часового теста на беговой дорожке). Исследование, проведенное с участием пожилых, было прекращено из-за полинейропатии, связанной с приемом препарата.

Известно несколько МЗ, при которых снижается число копий мтДНК. Одно из них связано с патогенными вариантами в гене тимидинкиназы 2 (ТК2). TK2 является важным ферментом в синтезе мтДНК, так как участвует в фосфорилировании предшественников нуклеозидов (дезоксицитидина и дезокситимидина). Патогенные варианты приводят к уменьшению пула дезоксинуклеозидтрифосфатов, которые необходимы для репликации мтДНК. Пероральное дополнительное введение дезоксинуклеозидов является терапией при этой патологии, которая позволяет обойти дефектный ферментативный путь. Доклинические данные на мышиных моделях продемонстрировали, что лечение дезоксинуклеозидами хорошо переносится и эффективно для восстановления количества копий мтДНК и активности ферментов дыхательной цепи и для увеличения продолжительности жизни. Препараты на основе нуклеозидов уже несколько лет успешно назначаются пациентам.

MNGIE является аутосомно-рецессивным заболеванием, вызванным патогенными вариантами потери функции в гене, который кодирует тимидинфосфорилазу (TYMP ), критический фермент в синтезе мтДНК. Заболевание проявляется у пациентов в возрасте от 20 лет и характеризуется прогрессирующим нарушением моторики желудочно-кишечного тракта, невропатией и лейкоэнцефалопатией. В настоящее время не существует специфической терапии заболевания. Применение инкапсулированной в эритроциты тимидинфосфорилазы является экспериментальным методом лечения. Инкапсулированная в эритроциты тимидинфосфорилаза вводится внутривенно пациенту с целью замены дефектной активности тимидинфосфорилазы. В настоящее время проводится многоцентровое открытое исследование фазы 2 для оценки безопасности, переносимости, фармакодинамики и эффективности препарата.

Пациенты с МЗ нуждаются в консультации врача-диетолога прежде всего из-за наличия неврологических нарушений, затрудняющих прием пищи, и при большинстве МЗ особая диета не назначается. Однако при некоторых формах МЗ применяют кетогенную диету. Кетогенная диета включает замену большей части потребляемых пациентом углеводов на жиры (определяется как <20 г углеводов в день). Снижение количества углеводов переводит организм в метаболическое состояние кетоза. Кетогенная диета помогает лучше контролировать трудноизлечимую эпилепсию независимо от основной неврологической или метаболической причины. Так, шведское когортное исследование у детей с дефицитом пируватдегидрогеназного комплекса продемонстрировало, что кетогенная диета не только уменьшала частоту эпилептических приступов, но также улучшалась ходьба, сон, речевое развитие, и снижалась частота госпитализаций. Кроме того, состояние кетоза может быть полезным для митохондриальной функции; существуют доклинические данные in vitro (с использованием культивируемых линий клеток человека) и in vivo (мышиные модели), что состояние кетоза улучшает функцию митохондрий.

Вторая диета, исследованная при МЗ, - это диета с низким содержанием клетчатки (диета с менее чем 10 г клетчатки в день). Нарушение функции гладкой мускулатуры желудочно-кишечного тракта при МЗ вызывает различные симптомы, включая боль в животе, вздутие живота и запоры. Первоначально диета была разработана для пациентов с воспалительными заболеваниями кишечника. Фаза обоснования эффективности и приемлемости диеты с низким содержанием клетчатки у взрослых пациентов с МЗ завершена, и результаты должны быть опубликованы в ближайшее время (NCT03388528).

Есть также доказательства того, что диета с высоким содержанием нитратов может улучшить функцию митохондрий. Нитрат - это неорганический анион, который содержится в больших количествах в корнеплодах. После приема внутрь он превращается в биоактивные оксиды азота, которые влияют на транслоказу АТФ/АДФ, улучшая функцию митохондрий.

Биоинженерия привела к разработке множества устройств для лечения различных неврологических заболеваний. Разрабатываются два устройства для лечения МЗ: светоизлучающий диод ближнего инфракрасного диапазона и транскраниальная стимуляция постоянным током. Как и во многих других методах лечения первичных МЗ, в настоящее время недостаточно доказательств для оценки их эффективности, а это означает, что для реализации этого потенциала необходимы тщательные клинические испытания.

Светоизлучающий диод ближнего инфракрасного диапазона использует низкоэнергетические лазеры или светоизлучающие диоды для облучения ткани светом в ближнем инфракрасном диапазоне (630–1000 нм) электромагнитного спектра. Имеются доклинические доказательства in vivo и in vitro того, что технология улучшает функцию митохондрий. БИК-свет излучает митохондриальную фотоакцепторную молекулу цитохром-с -оксидазы, тем самым активируя ее. После активации цитохром-с -оксидазы также изменяется экспрессия митохондриальных белков, участвующих в антиоксидантной защите и выработке энергии. На сегодняшний день было проведено только одно открытое клиническое исследование фазы 1/2, в котором оценивалась терапевтическая польза от использования светоизлучающего диода ближнего инфракрасного диапазона для лечения НОНЛ (n = 4 пациента) (NCT01389817). Исследование предназначалось для оценки пика ганглиозных клеток сетчатки N95 в качестве его основного результата. Однако он был прекращен из-за трудностей с получением этого измерения у пациентов с НОНЛ, поэтому необходимы дальнейшие исследования, в которых используются более точные измеримые результаты.

Стимуляция постоянным током представляет собой нейромодулирующую технику, которая включает влияние постоянного тока на кору головного мозга через электроды, размещенные на коже головы. Этот ток изменяет мембранный потенциал покоя нейронов коры, что приводит к деполяризации или гиперполяризации нейронов. Было показано, что возникающее в результате снижение возбуждения нейронов имеет терапевтический потенциал у пациентов с резистентной эпилепсией и эпилептическим статусом с появлением доклинических и клинических данных. В двойном слепом рандомизированном клиническом исследовании с ложным контролем стимуляция постоянным током снижала частоту приступов у пациентов с рефрактерной фокальной эпилепсией (n = 70). В двух отчетах о клинических случаях эта технология также использовалась для лечения митохондриальной эпилепсии, связанной с POLG , с противоречивыми результатами: в одном исследовании сообщалось об эффективности при контроле эпилептического статуса, в то время как в другом не наблюдалось никакой пользы.

Прогрессирующая скелетная миопатия характерна для многих МЗ. Нарушение митохондриального окислительного фосфорилирования приводит к плохой переносимости физической нагрузки, мышечной слабости и утомляемости. Помимо сниженной аэробной способности, пациенты с МЗ менее физически активны по сравнению с контрольной группой, что усугубляет ухудшение состояния и функции мышц.

Аэробные упражнения широко признаны мощным стимулятором митохондриального биогенеза, поэтому представляют собой потенциальное терапевтическое вмешательство при МЗ. Аэробные упражнения у пациентов с МЗ приводят к ряду метаболических и физиологических адаптаций, включая увеличение потребления кислорода и работоспособности, опосредованное увеличением извлечения кислорода. Эти улучшения, как было показано, приводят к клинически значимому повышению качества жизни и активности в повседневной жизни. Другие важные преимущества включают улучшенную кинетику восстановления с помощью магнитно-резонансной спектроскопии и снижение уровня лактата в крови в покое и при физической нагрузке, что предполагает снижение анаэробного метаболизма.

Одно из первых интервенционных исследований с физической нагрузкой у пациентов с МЗ вызвало обеспокоенность потенциальной селективной амплификацией делеции мтдНК. Однако увеличение гетероплазмии за счет мутантных копий мтДНК не было показано. Кроме того, исследования биопсии скелетных мышц у пациентов с МЗ продемонстрировали вызванное аэробными упражнениями улучшение окислительной способности скелетных мышц и биогенеза митохондрий, что отражается увеличением активности комплекса дыхательной цепи и объема митохондрий.

Тренировки с отягощениями также исследовались как потенциальное вмешательство для пациентов с митохондриальной миопатией, поскольку считается, что индуцированная повреждением миофибрилл активация мышечных стволовых клеток (сателлитных клеток, преимущественно содержащих мтДНК дикого типа) может снижать мутантную нагрузку мтДНК (т.е. теория смещения мтДНК). Было показано, что силовые тренировки эффективно увеличивают мышечную силу, несмотря на отсутствие значительного влияния на площадь мышечных волокон или количество копий мтДНК. Важно отметить, что преимущества силовых тренировок выражаются в повышении аэробной способности (p = 0,06), в значительной степени опосредованной повышенным пиковым извлечением кислорода (разница a-vO₂ ).

Многие данные свидетельствует о том, что физические упражнения эффективны, хорошо переносятся и безопасны; ни в одном из исследований не сообщается о клинических побочных эффектах или отрицательном влиянии на мышцы (например, о повышении активности креатинкиназы), ощущаемой усталости или нарушении повседневной активности.

В настоящее время разрабатываются различные другие интересные методы лечения, включая клеточную и генную терапию, митохондриальную аугментационную терапию, гипоксическую терапию и редактирование мтДНК.

Генная терапия представляет собой новый экспериментальный метод для замены патогенных генов соответствующими функциональными дикими типами. Различные доклинические исследования in vivo и in vitro успешно применялись как для яДНК, так и для мтДНК с помощью аденоассоциированных вирусов и CRISPR/Cas9 при различных МЗ. Недавно технология перешла на ранние стадии клинических испытаний в НОНЛ (NCT02064569), (NCT02161380).

Клеточная заместительная терапия включает восстановление утраченной функции пораженной ткани путем замены дефектных клеток эффективными клетками. Заместительная клеточная терапия, вероятно, будет эффективна при лечении МЗ только в том случае, если заболевание проявляется в конкретной замещаемой ткани (например, в печени или костном мозге), а не как системное нарушение. Было показано, что трансплантация гемопоэтических стволовых клеток увеличивает долгосрочную выживаемость у пациентов с митохондриальной нейрогастроинтестинальной энцефаломиопатией. Заместительная клеточная терапия с помощью трансплантации печени улучшает множественные симптомы этилмалоновой энцефалопатии, вызванной патогенными вариантами ETHE1 . Необходимы дальнейшие исследования по оценке ее эффективности при конкретных заболеваниях.

Митохондриальная аугментационная терапия - это еще один новый метод лечения МЗ, который недавно прошел ранние клинические испытания. При этой терапии человеческие митохондрии извлекаются из лейкоцитов, полученных из сыворотки матери пациента. Затем пациенту назначают филграстим для стимуляции высвобождения гемопоэтических стволовых клеток CD34⁺ . Эти стволовые клетки затем могут быть удалены путем афереза и культивированы in vitro совместно с донорскими митохондриями. Затем стволовые клетки могут быть возвращены пострадавшему путем инфузии. Комитет по контролю за лекарственными веществами и пищевыми добавками США недавно присвоил этому лечению статус орфанного препарата и доступа к ускоренному лечению. Это способствовало разработке открытого комбинированного клинического исследования фазы 1 и 2 (NCT03384420) (n = 7) эффективности лечения синдрома Пирсона в 2021 г.

В последнее время появилось несколько методов целевого редактирования генов, таких как антисмысловые пептидные нуклеиновые кислоты [эндонуклеазы, TALEN (эффекторные нуклеазы, подобные активаторам транскрипции), нуклеазы с цинковыми пальцами и CRISPR/Cas9], но клинические исследования для МЗ пока не начинались. Необходимо преодолеть трудности, а именно непроницаемость внутренней митохондриальной мембраны и отсутствие селективных молекул, вызывающих своевременную деградацию мутантной мтДНК. Пока манипулирование мтДНК на сегодняшний день ограничивается целенаправленным разрушением митохондриального генома с помощью дизайнерских нуклеаз. Использование редакторов цитозиновых оснований, не содержащих РНК, основанных на DddA, обещает сделать возможным редактирование митохондриальных оснований без CRISPR. Хотя эта технология предлагает интересную перспективу удаления мутаций из митохондриального генома, этот доклинический подход еще предстоит протестировать на моделях животных.

Ряд лекарственных препаратов оказывает угнетающее действие на дыхательную цепь митохондрий, и их нужно применять с большой осторожностью или не назначать пациентам с МЗ (табл. 4-2).

Также международные эксперты считают важным следовать следующим согласованным рекомендациям.

Для того чтобы разработать эффективное лечение и лучшую доказательную базу для клинических руководств, необходимо провести обширные многоцентровые клинические испытания. Учитывая гетерогенность и редкость МЗ, эти испытания потребуют детального анализа подгрупп по фенотипу, сотрудничества не только центров в одной стране, но и между странами.