研究背景线粒体脑肌病伴高乳酸血症和卒中样发作(mitochondrial encephalomyopathy with lactic acidosis and stroke-like episodes,MELAS)是由于线粒体DNA(mitochondrial DNA,mtDNA)或核DNA(nuclear DNA,nDNA)突变而导致线粒体结构和功能异常、氧化磷酸化障碍、三磷酸腺苷合成不足的一组综合征。Pavlakis于1984年首先报道MELAS综合征,主要表现为头痛、癫痫、卒中样发作、多毛、身材矮小、智能障碍、精神异常、视力下降、耳聋、乳酸酸中毒、肌肉不耐受疲劳等。本病相对少见,多个mtDNA位点突变均可导致此病,临床表现复杂、容易误诊、预后差,因此,早诊断、早治疗显得十分重要。近年来国内外陆续报道MELAS综合征病例,但是对MELAS综合征的临床表现、影像学、肌肉病理、电镜和分子生物学进行全面研究报道的相对较少。本研究收集郑州大学第五附属医院和郑州大学第一附属医院确诊的36例MELAS综合征患者资料,对他们的临床表现、头颅影像学、肌肉活检病理、电镜和分子生物学特征以及动态随访结果进行回顾性分析,旨在进一步加强对MELAS综合征的认识,为临床诊治提供参考,减少漏诊和误诊。目的探讨线粒体脑肌病伴高乳酸血症和卒中样发作综合征患者的临床表现、神经影像学、肌肉病理、电镜和分子生物学特征。方法收集2012年1月至2017年6月郑州大学第五附属医院及郑州大学第一附属医院确诊的36例MELAS综合征患者的相关资料。其中30例行头颅CT检查;36例均行T1WI、T2WI和FLAIR序列,30例行DWI和ADC序列,28例行头颅MRA序列,18例行增强头颅MRI序列,24例行头颅~1H-MRS序列,11例行头颅PWI序列。其中23例于16天~4年后复查头颅磁共振。33例行肌肉活检病理检查,采用苏木精-伊红(HE)、改良Gomori(MGT)、还原型辅酶Ⅰ四氮唑还原酶(NADH)、琥珀酸脱氢酶(SDH)、细胞色素C氧化酶(COX)、过碘酸雪夫氏(PAS)、油红O(ORO)和苏丹黑B(SBB)等方法进行组织学染色。15例应用透射电子显微镜观察肌肉细胞的微观结构。32例患者及亲属进行基因测序,其中6例仅抽取外周血进行基因测序,26例同时抽取外周血和收集新鲜尿液进行基因测序。首先对3243 A>G、3252 A>G、3271 T>C和13513 G>A等4个常见突变位点进行检测,如结果为阴性,再行线粒体DNA全长序列测序。结果1、临床表现:MELAS综合征发病的高峰年龄为6~13岁,13例患者有阳性家族史。主要表现为癫痫29例、卒中样发作26例、头痛15例、视力下降13例、不耐受疲劳11例、听力下降10例、身材矮小10例、多毛10例、发热8例、反应迟钝7例、糖尿病6例、呕吐6例、精神异常5例、心律失常3例、肌肉萎缩2例、弓形足2例、肾功能损害2例、腹泻2例、肠梗阻1例、眼外肌瘫痪1例、卧床1例。14例患者卒中样发作前有不同的诱因,其中上呼吸道感染6例,劳累4例,饮酒2例,停抗癫痫药物1例,情绪激动1例。最小运动量试验后血清乳酸水平升高。2、神经影像学:30例行头颅CT检查,其中10例显示双侧基底节区对称性钙化。卒中样发作急性期头部磁共振主要表现为T1WI低信号、T2WI和FLAIR高信号,DWI高信号或稍高信号,ADC高信号或稍高信号。28例行头颅MRA,18例脑血管未见明显异常,10病变区域脑血管扩张、分支增多。18例行头颅增强MRI,5例显示沿脑沟脑回少量点状或线状强化,其余13例未见明显强化。24例行~1H-MRS均发现急性期病灶N-乙酰天门冬氨酸峰(NAA)显著降低,乳酸峰(Lac)明显升高;12例侧脑室脑脊液均显示NAA峰正常、Lac峰轻度升高,但Lac峰值小于病变区域。11例行头颅PWI序列,9例显示急性期病灶区域相对脑血流量(rCBF)增加,呈高灌注状态,另外2例rCBF正常。急性期病灶区域脑回肿胀、脑沟变浅,呈层状坏死,病灶可散在分布、跨越脑叶,且分布不符合脑血管的支配区域。23例患者复查头颅磁共振发现原有的病灶消失,呈“可逆性”,而其他部位出现新的病灶,呈“游走性”,其中12例反复发病后出现软化灶、脑萎缩、脑室扩大,呈“进展性”。3、肌肉病理:33例患者行肌肉活检病理检查,HE染色光镜下可见肌纤维大小不一,部分肌纤维变性、坏死、萎缩,18例见到典型或者不典型破碎红纤维,其胞浆出现嗜碱性颗粒沉积。25例改良Gomori染色光镜下可见大量破碎红纤维(ragged-red fibers,RRF)。26例NADH染色光镜下见到典型或者不典型破碎红纤维,氧化酶活性增高。28例SDH染色光镜下可见典型或者不典型破碎蓝纤维(ragged-blue fibers,RBF),氧化酶活性明显增高;26例见到肌间小动脉血管壁深染(strongly succinatedehydrogenase-reactive,SSV),即SSV现象,其中2例未见到RBF。22例COX染色光镜下见到氧化酶活性消失或减低,即COX阴性肌纤维,6例同时存在氧化酶活性增高和减低。18例PAS染色正常,15例糖原成分轻度增高。24例ORO和SBB染色可见脂肪成分增多。15例患者行电镜检查,均可见到线粒体的数量和结构异常,线粒体内结晶样包涵体呈“停车场”样排列。4、分子生物学:32例患者全部发现mt NDA突变。22例患者发生3243 A>G突变,16例患者外周血发生3243 A>G突变,突变率为22.15%~100%,平均为(35.82±11.26)%;20例尿液细胞发生3243 A>G突变,突变率为38.46%~100%,平均为(63.57±20.85)%;13例患者的母亲或者其他亲属存在相同的3243A>G突变位点。发现13513 G>A突变3例,3302 A>G、1642 G>A、3271 T>C、3256 C>T、3093 C>G、3697 G>A和15242 G>A突变分别1例,其中3093 C>G、3697 G>A和15242 G>A突变,这三个突变国外已经报道,而国内尚未见报道。所有患者的父亲均未发现基因突变。与外周血的线粒体DNA突变率相比,尿液细胞的突变率显著增高,差异有统计学意义(P<0.05)。结论1、MELAS综合征患者主要为青少年发病,癫痫、卒中样发作和头痛是最常见的首发症状。上呼吸道感染和劳累是卒中样发作最常见的诱发因素。2、头颅CT显示基底节区对称性钙化可能是MELAS综合征早期改变的一个特征。头颅磁共振显示病灶呈层状坏死,病变主要累及枕叶、颞叶和顶叶,分布不符合脑血管的支配区域,动态演变具有“游走性”、“可逆性”和“进展性”的特征。在卒中样发作的急性期,病灶表现为T1WI呈低信号,T2WI和FLAIR呈高信号,DWI高信号或稍高信号,ADC高信号或稍高信号;其中FLAIR对病灶的显示最清晰。头颅~1H-MRS可见病灶区域NAA峰明显下降和Lac峰显著升高。头颅PWI显示急性期病灶区域相呈高灌注状态。3、破碎红纤维(RRF)、SSV现象和COX阴性肌纤维是MELAS综合征主要的肌肉病理改变。SDH染色是发现破碎红纤维最敏感的方法,SSV现象可以是MELAS综合征唯一的肌肉病理改变,具有诊断价值。线粒体内结晶样包涵体呈“停车场”样排列是MELAS综合征电镜的典型改变。4、MELAS综合征为母系遗传,具有异质性和阈效应的特点,基因测序是诊断的金标准,3243 A>G是最常见的突变位点。尿液细胞的mtDNA突变率高于外周血,可作为测序的首选标本。5、本研究发现的3093 C>G、3697 G>A和15242 G>A这三个突变为国内首次报道,并且发现一些新的临床表型为国内外首次报道,丰富了MELAS综合征线粒体基因突变的特点。