تشخيص أمراض الميتوكوندريا

تقييم طبيعة الوراثة وظهور العلامات السريرية لأمراض الميتوكوندريا

بما أن أمراض العضلات الغضروفية قد تحدث في بعض الحالات نتيجة تلف في الجينوم النووي، فإن انتقال المرض يتوافق مع قوانين مندل للوراثة. في الحالات التي يكون فيها تطور المرض ناتجًا عن طفرات في الحمض النووي للميتوكوندريا، فإن الوراثة تتوافق مع نوع الميتوكوندريا، أي أنها تنتقل عبر خط الأم. وأخيرًا، عندما يتطور المرض مع تلف متزامن في جينات الجينوم النووي والميتوكوندريا، فإن الوراثة تكون معقدة وتحددها عوامل مختلفة. في هذا الصدد، من خلال التحليل الأنسابي من خلال سمة رسمية (طبيعة الوراثة وفقًا لشجرة النسب)، يمكن تحديد أكثر أنواع الوراثة اختلافًا: جسمية سائدة، جسمية متنحية، مرتبطة بالكروموسوم X، وميتوكوندريا.

يرتبط تطور أمراض العضلات الغضروفية، مثل اضطراب أيض حمض البيروفيك أو أكسدة بيتا للأحماض الدهنية (دورة كريبس)، بطفرات في جينات الجينوم النووي. تتميز هذه الأمراض بالوراثة الجسدية المتنحية، حيث يكون الوالدان حاملين للطفرات (متغايري الزيجوت)، ويكون الطفل حاملاً لكلا الطفرتين الموروثة من الأب والأم (متماثل الزيجوت). عادةً ما يكون الوالدان بصحة جيدة ظاهريًا، وينبغي البحث عن مرض مشابه أو أعراضه الدقيقة لدى إخوة الطفل المريض (الأشقاء المحتملون) ولدى الأقارب من جهة الأم والأب (أبناء العمومة).

في حالة وجود نوع وراثي متنحي مرتبط بالكروموسوم X (مثل بيلة حمض الغلوتاريك من النوع الثاني عند حديثي الولادة، أو نقص الوحدة الفرعية E1 من مركب البيروفيك، أو داء مينكس، إلخ)، يُصاب الذكور أكثر، وتكون الأمهات حاملات للطفرات وينقلنها لأبنائهن. يختلف الوراثة الأمومية عن الوراثة المرتبطة بالكروموسوم X في أن كلا الجنسين يُصابان. في هذه الحالات، عند تحليل شجرة النسب، من الضروري تحليل معدل الإصابة بالمرض لدى الرجال، لأنه لا يظهر لدى النساء. لا تُظهر شجرة النسب انتقال المرض عبر خط الأب والابن، لأن الأب لا ينقل إلا الكروموسوم Y إلى ابنه.

عندما يتطور مرضٌ ما نتيجة تلف جينوم الميتوكوندريا (على سبيل المثال، عددٌ من أمراض السلسلة التنفسية، واعتلال العصب البصري ليبر، ومتلازمة ميلاس، ومتلازمة ميرف، ومتلازمات NARP، وغيرها)، يُتتبع الوراثة الأمومية، إذ يرث الطفل الميتوكوندريا من الأم، ويمكنها نقلها إلى كلٍّ من الأولاد والبنات. وبالتالي، يتأثر كلا الجنسين بالتساوي. وفي هذا الصدد، يجب تتبع انتقال المرض عبر خط الأم في شجرة النسب.

عند تحليل شجرة العائلة والبحث عن أعراض أمراض الميتوكوندريا لدى الأقارب، يجب تذكر أن شدة المرض (مدى ظهور الأعراض) قد تتفاوت بشكل كبير، وقد يعود ذلك إلى اختلاف عدد الميتوكوندريا التالفة، وطبيعة تلفها، واختلاف توزيع الطفرات في الخلايا، وما إلى ذلك. لذلك، ليس من الممكن دائمًا اكتشاف علامات واضحة للأمراض. في بعض الحالات، يتم الكشف عن أعراض فردية أو علامات يمكن اكتشافها أثناء البحث المُستهدف.

قد يرتبط تطور أمراض الميتوكوندريا بتلف مساحات كبيرة من الميتوكوندريا، ما يسمى بالحذف الدقيق (على سبيل المثال، متلازمة كيرنز ساير، ومتلازمة بيرسون، وبعض أشكال داء السكري مع الصمم، وشلل العين الخارجي التدريجي، وما إلى ذلك). في هذه الحالات، غالبًا ما لا توجد أعراض مميزة لدى الأقارب، حيث يرتبط تطور الأمراض بظهور طفرات جديدة حدثت في الزيجوت مباشرة بعد إخصاب البويضة ( طفرة جديدة ). يكون المرض متقطعًا. غالبًا، إلى جانب هذه الأمراض، يتم توريث عدد من الحالات المرتبطة بطفرات متعددة في الحمض النووي للميتوكوندريا بطريقة جسمية سائدة: على سبيل المثال، بعض أشكال اعتلال الدماغ العضلي، والاعتلال العضلي مع تلف العين، على الرغم من وجود طفرات mtDNA (الحذف المتعدد)، لها نوع جسمي سائد من الوراثة.

ومع ذلك، وعلى عكس الوراثة المندلية، فإن النوع السائد من الوراثة في أمراض الميتوكوندريا يتميز بوجود عدد كبير من الأفراد المتأثرين في الأجيال اللاحقة.

أخيرًا، يمكن أن تُورث بعض أمراض الميتوكوندريا، المرتبطة غالبًا باستنزاف ميتوكوندريا الحمض النووي للميتوكوندريا أو غيابها في الخلايا، بطريقة جسمية متنحية. وتشمل هذه الأمراض الأشكال الخلقية من اعتلال العضلات، واعتلال عضلة القلب، ومتلازمة الضائقة العصبية، والحماض اللبني، وتلف الكبد، وغيرها.

تعتبر دراسة طبيعة الانتقال الوراثي للمرض مهمة للتشخيص الطبي والوراثي وتتطلب تحليلًا عميقًا للعلامات السريرية مع معرفة آليات تكوين أمراض الميتوكوندريا وأنواع وراثتها.

تختلف مظاهر الأعراض السريرية اختلافًا كبيرًا من الأيام الأولى من الحياة إلى مرحلة البلوغ. عند تحليل هذا المؤشر، من الضروري مراعاة الأشكال التصنيفية، إذ لكل منها عمر محدد للظهور.

تتطور الاضطرابات الأيضية المُلاحظة في أمراض الميتوكوندريا في الغالبية العظمى من الحالات. غالبًا ما تكون الأعراض الأولية خفيفة، ثم تتطور وقد تؤدي إلى اضطرابات مُعيقة خطيرة. أما الأشكال النادرة من الأمراض، مثل اعتلال عضلي حميد عند الأطفال وبعض أشكال اعتلال العصب البصري ليبر، فقد تكون حميدة وقابلة للتراجع.

أثناء الاختبارات المعملية، يتم الاهتمام بالعلامات المميزة لأمراض الميتوكوندريا:

• وجود الحماض؛
• ارتفاع مستويات اللاكتات والبيروفات في الدم، وزيادة مؤشر اللاكتات/البيروفات بما يزيد عن 15، وخاصة مع زيادة تحميل الجلوكوز أو ممارسة التمارين الرياضية؛
• فرط كيتون الدم؛
• انخفاض سكر الدم؛
• فرط الأمونيا في الدم؛
• زيادة تركيزات الأسيتوأسيتات و3-هيدروكسي بيوتيرات؛
• ارتفاع نسبة حمض 3-هيدروكسي بوتيريك/حمض الأسيتوأسيتيك في الدم؛
• ارتفاع مستويات الأحماض الأمينية في الدم والبول (الألانين، الجلوتامين، حمض الجلوتاميك، الفالين، الليوسين، الأيزولوسين)؛
• ارتفاع مستويات الأحماض الدهنية في الدم؛
• فرط إفراز الأحماض العضوية في البول؛
• انخفاض مستويات الكارنيتين في الدم؛
• زيادة محتوى الميوغلوبين في السوائل البيولوجية؛
• انخفاض نشاط إنزيمات الميتوكوندريا في الخلايا العضلية والأرومات الليفية.

تكون القيمة التشخيصية لهذه المؤشرات أعلى عند تناول كمية كبيرة من الطعام مقارنةً بتناولها على معدة فارغة. عمليًا، أثبت اختبار تشخيصي فعاليته: تحديد مستوى اللاكتات في الدم على خلفية تناول كمية كبيرة من الجلوكوز، مما يسمح بكشف أوضح لفشل السلسلة التنفسية عند تناول كمية إضافية من الجلوكوز.

للتشخيص المختبري لخلل الميتوكوندريا وأشكاله التصنيفية المحددة، لا تكفي طرق البحث البيوكيميائية التقليدية والروتينية؛ بل يلزم إجراء اختبارات خاصة. يُعد تحليل نشاط الإنزيمات في خزعات العضلات الهيكلية أكثر ملاءمةً من تحليلها في الأنسجة الأخرى. ويمكن تحديد نشاط إنزيمات السلسلة التنفسية، وخاصةً سيترات سينثيتاز، وسكسينات ديهيدروجينيز، وسيتوكروم سي أوكسيديز.

بيانات من الدراسات الوراثية المورفولوجية والجزيئية

للدراسات المورفولوجية أهمية خاصة في تشخيص أمراض الميتوكوندريا. ونظرًا لأهميتها المعلوماتية الكبيرة، غالبًا ما يلزم أخذ خزعة من أنسجة العضلات وفحصها كيميائيًا. ويمكن الحصول على معلومات مهمة من خلال فحص المادة في آنٍ واحد باستخدام المجهر الضوئي والإلكتروني.

من أهم مؤشرات أمراض الميتوكوندريا ظاهرة الألياف الحمراء "المتقطعة" (RRF )، التي ظهرت عام ١٩٦٣. ترتبط هذه الظاهرة بتكوين ميتوكوندريا شاذة معدلة وراثيًا على طول حافة الألياف العضلية نتيجةً للتكاثر والتراكم البؤري. تُكتشف هذه الظاهرة بالمجهر الضوئي باستخدام صبغة غوموري خاصة، ولكن في السنوات الأخيرة، استُخدمت علامات ميتوكوندريا متنوعة وطرق مناعية متنوعة لهذا الغرض.

تشمل العلامات المورفولوجية الأخرى لأمراض الميتوكوندريا ما يلي:

• زيادة حادة في حجم الميتوكوندريا؛
• تراكم الجليكوجين والدهون وتكتلات الكالسيوم في الغشاء تحت الساركوما؛
• انخفاض نشاط إنزيمات الميتوكوندريا؛
• اضطراب توزيع حبيبات نشاط إنزيمات سكسينات ديهيدروجينيز (SDH)، وأوكسيدوريدوكتاز NADH، وأوكسيديز السيتوكروم سي، وما إلى ذلك.

في المرضى الذين يعانون من أمراض الميتوكوندريا، يمكن أن يكشف المجهر الضوئي لأنسجة العضلات عن علامات مورفولوجية غير محددة: نخر موضعي لألياف العضلات، تراكم الكتل الساركوبلازمية، وجود تحلل المناطق تحت الساركوبلازمية من الساركوبلازم، زيادة الخلايا القاعدية في الساركوبلازم، زيادة عدد نوى العضلات، تنشيط عمليات التجديد، إلخ.

أظهرت دراسة دور ظاهرة الألياف الحمراء "المتقطعة" أهميتها في تشخيص حالات مثل متلازمة ميلاس (MELAS)، ومتلازمة ميرف (MERRF)، ومتلازمات كيرنز-ساير، وشلل العين التقدمي المزمن، وغيرها من الحالات المرتبطة بطفرات الحمض النووي للميتوكوندريا (mtDNA). يمكن أن تتطور هذه الظاهرة في أمراض أخرى: ضمور دوشين العضلي، والتهاب الجلد والعضلات، وضمور التأتر العضلي، وتناول أدوية (مثل الكلوفيبرات)، وغيرها من الحالات المرضية. وبالتالي، إلى جانب أمراض الميتوكوندريا الأولية، يمكن أن تصاحب ظاهرة RRF اختلالات وظيفية ثانوية في الميتوكوندريا.

حاليًا، انتشر على نطاق واسع الفحص النسيجي الكيميائي والمجهر الإلكتروني لأنسجة العضلات للكشف عن علامات قصور الميتوكوندريا. في بعض الحالات، يُساعد هذا الفحص في التشخيص، خاصةً مع وجود صورة مورفولوجية طبيعية لأنسجة العضلات وفقًا لبيانات المجهر الضوئي.

العلامات المجهرية الإلكترونية - الكشف عن تكاثر الميتوكوندريا، واضطراب شكلها وحجمها، واختلال وتضخم القمم، وتراكم الميتوكوندريا غير الطبيعية تحت الغشاء الساركوليما، وتراكم الدهون والشوائب البلورية غير الطبيعية (المكونة بشكل أساسي من البروتين) أو الشوائب الأسموفية الموضعية بين الأغشية الداخلية والخارجية أو داخل القمم، والعناقيد الكروية، والتي غالبًا ما توجد في المصفوفة (المكونة بشكل أساسي من الدهون الثلاثية)، إلخ.

في بعض المرضى، من الممكن الكشف عن خلل كيميائي خلوي في الكريات البيض.

تُكمَّل مجموعة الدراسات البيوكيميائية والمورفولوجية بأساليب التشخيص الجزيئي الحديثة (كشف الطفرات النووية أو الميتوكوندريا)، والتي تُجرى في مختبرات تشخيص الحمض النووي المتخصصة. في أمراض الميتوكوندريا، تُكتشَف أنواع مختلفة من الطفرات: الطفرات النقطية، والحذف، والتكرار، وشذوذ الحمض النووي الكمي، وغيرها.

في حالة عدم وجود طفرات في mtDNA، إذا كان هناك اشتباه في وجود أمراض الميتوكوندريا، يتم إجراء دراسة الحمض النووي DNA.

معايير التشخيص

هناك مجموعتان من معايير تشخيص أمراض الميتوكوندريا. معايير التشخيص الرئيسية (المجموعة الأولى).

• سريري:
  • التشخيصات المحددة: MERRF، MELAS، NARP، MNGIE، متلازمات بيرسون، اعتلال الأعصاب ليبر، أمراض لي وألبرز؛
  • وجود علامتين أو مجموعة من العلامات التالية:
    • آفة متعددة الأجهزة، علامة مميزة لأمراض السلسلة التنفسية؛
    • مسار تقدمي مع نوبات تفاقم أو وجود طفرات ميتوكوندريا في العائلة؛
    • استبعاد الأمراض الأيضية وغيرها من الأمراض عن طريق إجراء الاختبارات المناسبة.
• - من الناحية النسيجية - الكشف عن ظاهرة RRF في أكثر من 2% من أنسجة العضلات.
• إنزيمي:
  • ألياف السيتوكروم سي أوكسيديز السلبية؛
  • انخفاض نشاط إنزيمات مجمع السلسلة التنفسية (<20% من المعدل الطبيعي في الأنسجة، <30% في الخلايا أو العديد من الأنسجة).
• وظيفي - انخفاض في تخليق ATP في الخلايا الليفية بأكثر من 3 انحرافات معيارية.
• الجينات الجزيئية - الطفرات ذات الأهمية المرضية في الحمض النووي أو الحمض النووي للميتوكوندريا.

معايير التشخيص الإضافية (المجموعة الثانية).

• الأعراض السريرية - الأعراض غير المحددة التي تحدث في أمراض السلسلة التنفسية (الولادة المبكرة للجنين، انخفاض النشاط الحركي للجنين، الوفاة المبكرة للوليد، اضطرابات الحركة، اضطرابات النمو، ضعف قوة العضلات في الفترة الوليدية).
• نسيجيًا - نسبة صغيرة من ظاهرة RRF، تراكم تحت الغشاء الغشائي للميتوكوندريا أو تشوهاتها.
• إنزيمي - انخفاض نشاط إنزيمات المجمع التنفسي (20-30% من المعدل الطبيعي في الأنسجة، 30-40% في الخلايا أو خطوط الخلايا).
• وظيفي - انخفاض في تخليق ATP في الخلايا الليفية بمقدار 2-3 انحرافات معيارية أو غياب نمو الخلايا الليفية في وسط يحتوي على الجلاكتوز.
• علم الوراثة الجزيئي - الكشف عن الطفرات في الحمض النووي أو الحمض النووي للميتوكوندريا مع وجود رابط مرضي مفترض.
• الأيض - الكشف عن واحد أو أكثر من المستقلبات التي تشير إلى وجود اضطراب في الطاقة الحيوية الخلوية.

[ 1 ]، [ 2 ]، [ 3 ]، [ 4 ]