健中愈疡片对胃溃疡线粒体DNA修复酶调控机制
的实验与临床研究
【摘要】目的从分子水平探讨健脾益气方药在胃溃疡黏膜损伤修复过程中对线粒体DNA修复酶的调控机制及观察愈合质量，深入探讨线粒体DNA修复酶对
胃溃疡的胃黏膜的修复逆转作用及中药的作用靶点。方法用临床观察和动物实
验研究健脾益气方药对胃溃疡胃黏膜的保护与修复作用。比较健中愈疡片、黏
膜保护剂胃舒平以及H2受体拮抗剂法莫替丁对胃黏膜线粒体8—氧鸟嘌呤DNA
糖基化酶、胸腺嘧啶乙二醇DNA糖基化酶、3—甲基腺嘌呤DNA糖基化酶的影响, 并进行健脾益气方药与黏膜保护剂胃舒平以及H2受体拮抗剂法莫替丁对胃溃疡愈合质量的比较和评价。结果正常组线粒体DNA修复酶含量很低，胃溃疡组线
粒体DNA修复酶含量很高，健中愈疡片组线粒体DNA修复酶含量较正常组极显
著增高（P<0.01)，胃舒平组线粒体DNA修复酶含量与胃溃疡组没有差异(P>0. 05)，法莫替丁组线粒体DNA修复酶含量比胃溃疡组减少(P<0. 05)。而溃疡愈合质量则健中愈疡片组和法莫替丁组没有差异(P>0. 05)，二者均好于胃舒平组(P<0.05);在脾虚证的改善上，健中愈疡片组明显优于法莫替丁组和胃舒平
组(P〈0. 01)。结论健中愈疡片对胃溃疡的治疗机理之一是对线粒体DNA修复酶
进行了调控，提高了修复因素，这是其作用靶点之一；而法莫替丁和胃舒平组
治疗机理分别是减少损害因素和进行物理保护，其作用与线粒体DNA修复酶关
系不甚密切；但对脾虚症状的改善上，健中愈疡片的作用远远高丁?西药组，显
示了中医药治疗的优越性。
【关键词】健中愈疡片胃溃疡线粒体DNA修复酶
Abstract:ObjectiveClinical practice has proved that invigorating spleen and benefiting vital energy Chinese formulated products -Jian Zhong Yu Yang Tablet (JZYYT) has good curative effect on tough gastric ulcer. Our research is to reveal how the invigorating spleen and benefiting vital energy Chinese drugs regulate the mitochondrion DNA repair enzymes，to reveal how Chinese drugs cure gastric ulcer, and to find the target of Chinese drugs. MethodsOur study was to treat gastric ulcer by invigorating spleen and benefiting vital energy Chinese drugs through clinical observation and experimental research, and compared with mucosa protectant -gastropine and H2 receptor antagonist -famotidine about the mucosa mitochondrion 8-oxygen guanine DNA glycosylase, thymine glycol DNA glycosylase, 3-methyl adenine DNA glycosylase, the effect of gastralgia, splenic asthenia and quality of ulcer recovery.In clinical research, we observed the rank of gastralgia， splenic asthenia and compositive therapeutic effects. In animal experiment, we detected the body weight, frequency of twisting in unit time, suspending time, index number of gastric ulcer, and microcirculation of gastric mucosa such as the value of B/ (R+G+B) to clarify the
regulation effect of invigorating spleen and benefiting vital energy Chinese drugs on mitochondrion DNA repair enzymes, and the therapeutic effect on gastric ulcer in molecular
level. ResultsMitochondrion DNA repair enzymes were the lowest in the gastric mucosa of normal group, but they were very high in gastric ulcer group, there had significant difference between them (P<0. 01)；Mitochondrion DNA repair enzymes had no difference between gastropine group and gastric ulcer group (P>0.05) ; Mitochondrion DNA repair enzymes in famotidine group decreased extremely compared with gastric ulcer group (P<0.01) ，b u t still extremely higher than normal group (P<0.01) ; Mitochondrion DNA repair enzymes were the highest in JianZhongYuYang Tablet group, and had extreme differences compared with each of the other 4 groups (P<0.01) . Grade of gastralgia：before treatment，there had extreme differences between normal group and the other 4 groups (P<0. 01)，there had no differences among the other 4 groups (P>0. 05) . After treatment, grades of gastralgia in JianZhongYuYang Tablet group and famotidine group were the lowest, and had no difference between them (P>0. 05) ；the grade of gastralgia in gastropine group was lower, there had extreme difference compared with gastric ulcer group (P<0.01) ，but also had extreme differences compared with JianZhongYuYang Tablet group and famotidine group. In the difference of grade of gastralgia before and after treatment, JianZhongYuYang Tablet group had no difference compared with famotidine group (P>0.05) ， but gastropine group had obvious difference compared with JianZhongYuYang Tablet group (P<0.05) , and had extreme differences compared with famotidine group (P〈0. 01). Syndrome of splenic asthenia： before treatment，the rank of splenic asthenia in each group was balanced except normal group. After
treatment, the change of splenic asthenia in JianZhongYuYang Tablet group was the biggest, and had extremely significant differences from the other 4 groups (P<0. 01)，famotidine group and gastropine group was extremely significant differences compared with gastric ulcer group (P<0.01) ， but famotidine group had no difference with gastropine group (P>0.05) .ConclusionTo treat gastric ulcer, JianZhongYuYang Tablet has excellent effect to relieve pain and to eliminate splenic asthenia. It has the same effect with famotidine to alleviate pain, but is better than western drugs in eliminating splenic asthenia and improving microcirculation of gastric mucosa. In mechanism of action, JianZhongYuYang Tablet can increase the mitochondrion DNA repair enzymes greatly to repair the damaged gastric mucosa, and promote the self-cure of gastric ulcer, this is the difference to western medicine. Western medicine emphasize the counteraction against harmful factors, while JianZhongYuYang Tablet focuses on self-repair， it is consistent with the theory of traditional Chinese medicine "supporting healthy energy to eliminate evils' "if healthy energy is inside, evil factors can not come in' So our research give the evidence to show the superiority of Chinese drugs. We know, the function of Chinese traditional patent drugs have multiplicate mechanisms to cure disease， our study proved one of the targets of Chinese traditional patent drugs how to cure gastric ulcer only, that is : Chinese traditional patent drugs can adjust mitochondrion DNA repair enzymes. With the development of molecular biology, we wish we can find more mechanisms of Chinese traditional patent drugs trough experiments in the future, and make greater contributions to the cause of investigating, developing the precious wealth-traditional Chinese medicine.
Key words:JianZhongYuYang Tablet； Gastric
ulcer； Mitochondrion DNA repair enzymes
刘友章教授是广州中医药大学第一附属医院大内科主任，博士后导师，他首次提出了“脾主运化与细胞线粒体具有相关性”的理论，胃溃疡是针对胃黏膜的侵袭因素超过防御因素和修复能力的结果[1]。笔者从临床观察和动物实
验两方面研究了健脾益气方药对胃溃疡胃黏膜的保护与修复作用。比较了健中愈疡片、黏膜保护剂胃舒平以及H2受体拮抗剂法莫替丁对胃黏膜线粒体8氧
鸟嘌呤DNA糖基化酶、胸腺嘧啶乙二醇DNA糖基化酶，3甲基腺嘌呤DNA糖基化酶的影响，并进行健脾益气方药与黏膜保护剂胃舒平以及H2受体拮抗剂法莫替丁对胃溃疡愈合质量的比较和评价。现报道如下。
1临床观察部分
1.1方法病例收集在广州中医药大学第一附属医院病房、胃镜室及内科进行。选择10例胃镜下没有胃黏膜病变的健康人为健康人组，作为比照标准，其中男性5例，女性5例，最大年龄58岁，最小年龄22岁。选择40例脾气虚型胃溃疡患者（纳入标准均按照《中药新药临床研究指导原则》），其中男性22 例，女性18例，最大年龄62岁，最小年龄20岁，病程最长15年，最短3个月，随机分为胃溃疡组10例，健中愈疡片组10例、胃舒平组10例和法莫替丁组10例，各组除用药外，性别、年龄、病程等都均衡一致，没有显著差异。使用仪器为OLYMPUS CLV-U40电子胃镜，奥林巴斯公司生产。取材地址为广州中医药大学胃镜室。用药前1天晚上20时后禁食，第2天在胃镜下看准胃角，在大弯侧体窦交界上10 cm,小弯侧胃角上4 cm处各取组织2块，冷冻于_70°C
的液氮罐中备用。
1.1.1用量及给药方法健中愈疡片组：用健中愈疡片1 g/次（4片），口服，3次/d。
胃舒平组：用胃舒平片1.4 g/次（0.35 g/片X4片）,4次/d 口服，餐前1 h及睡前服用，压碎或咀嚼服用。
法莫替丁组：用法莫替丁胶囊，20 mg/次，2次/d,早晨及睡前口服。
实验药品：健中愈疡片由广州中医药大学第一附属医院制剂室制备，批准
文号：粤药制字Z03020828，批号：050203，组成为党参、白术、黄芪、莪术、
救必应、延胡索、蒲公英、白及、乌贼骨、珍珠末等，制成素片，每片250 11^(含生药7.45 g)。消炎痛（吲哚美辛）由广东华南药业有限公司生产，批准
文号：国药准字H44020701,产品批号：060101。胃舒平（复方氢氧化铝片）由广东三才医药集团有限公司生产，批准文号：国药准字H44021288,产品
批
号：20060520。法莫替丁由广州白云山侨光制药有限公司生产，批准文号：国
药准字：H44020955,产品批号：60090。
1.1.2观察方法
3组均在服药后30 d复诊，按前述方法取材，并用PCR方法测定各组胃黏
膜组织中胃黏膜线粒体8_氧鸟嘌呤DNA糖基化酶、胸腺嘧啶乙二醇DNA糖基化酶、3—甲基腺嘌呤DNA糖基化酶的含量及进行疗效判定。
试剂盒均由著名生物工程公司如中山大学达安基因股份有限公司、广州市达辉生物技术有限公司提供，由中山大学达安基因股份有限公司及联合生物集团（屮国）广州分公司生产，包括上游引物F(2管)，下游引物R (2管），Dntp，逆转录RT-buffer，逆转录酶（MMLV)，Taq酶，ddH20,阳性标准品（20 管），5X定量buffe，批号：20060418。实验地址为广州市达辉生物技术有
限
公司205实验室属于中山大学达安科技园，所使用的实验室为卫生部医药生物
工程技术研究中心，为国家发展和改革委员会2005年颁发授予的国家高技
术产
业化示范工程。使用仪器为ABI PRISM 7000 SDS荧光定量PCR仪，ABI prism 公司生产。
0. 1. 3疗效判定标准参照2001年版《中药新药临床研究指导原则》。
胃痛分级标准：见表1。表1胃痛分级标准（略）
脾虚轻重程度分级：见表2。表2脾虚轻重程度分级标准（了）
疗效判定标准：
临床痊愈：
①全部症状消失；
②受试对象所患西医诊断的胃溃疡，有相应的客观诊断指标证实确有显著
改善；
③脾虚参考指标治疗后有明显改善。
具备①②项即可判断，③项作参考。
显效:
①症状有明显改善，即改善在2级以上（如+ ++变化为+ )；或个别主
症改变在1级，而其它主要症状全部消失；
②受试对象所患疾病的客观诊断检查指标有所好转；
③脾虚参考指标治疗后有所好转。
①②有效项为必备，③项作参考。
①症状均有好转，改善在1级以上者，或个别主症有显著改善（如由+ + +变为+ );
②受试对象所患疾病的客观诊断检查指标稳定；
③脾虚参考指标有相应好转。
无效：
症状无改善；所患疾病的各项客观检查无变化；脾虚参考指标亦无变化。
2动物实验部分
1. 1脾虚模型的建立[2] 70日龄180?220 g成熟Sprague Dawley大鼠
雌雄各半随机分为5组(n=10)。按常规煎法制备小承气汤（大黄：厚朴：枳
实
=4:5:3),模型组：每日灌饲小承气汤煎剂60 g/kg (20 ml/kg)，隔日半
量进食，自由饮水；正常对照组：常规饲养，共15 do
实验动物质量合格证明：N00016901，质量检测单位：广州中医药大学
实验
动物中心，检测日期：2006 03 30。许可证号：SCXK(号)2003 — 0001号
监证字：2006A014，2006 07 12。实验室为广州中医药大学动物实验中心的SPF 级实验室，为广东省科委批准的广东省实验动物技术培训中心，通过了“211 工程”子项目的验收。所用单味中药均一次性购自广州中医药大学中药房。
2.2消炎痛皮下注射法胃溃疡造模[3]脾虚造模15 d后，大鼠禁食不禁
水24 h，取消炎痛先溶解在5%的碳酸氢钠溶液中，实验时用蒸镏水稀释成0. 4%
的浓度。以消炎痛20 mg/kg背部皮下注射消炎痛，造成胃溃疡模型。
2.3分组与给药A正常对照组：灌胃给予0.9%生理盐水2ml/只，18 mg/ (kg - d) ； B脾虚型溃疡模型组：灌胃给予生理盐水18 mg/ (k g-d)； C 健
中愈疡片组：灌胃给予健中愈疡片5%混悬液2 ml/只，110 mg/ (k g-d)；D 胃舒平组：灌胃给予3. 5%胃舒平2 ml/只，205 in g/ (kg ? d) ； E法莫
替丁组：
灌胃给予0.06%法莫替丁 2 ml/只，1.46 rag/ (k g-d)。各组药物灌胃前用0.5%羧甲基纤维素钠溶液制为混悬液使用。实验期间常规饲养，自由饮食，处死
动物前禁食24 h，但饮水自由。
2.4用Okabe改良法进行胃黏膜损伤评分[4]将鼠胃固定于10%甲醛溶液中，20 min后沿胃大弯剪开冲洗，根据Okabe改良法测定出血病灶：先计算总溃疡（黏膜缺损）数，将溃疡最大径>1 mm者按大溃疡计，测量其长宽径，按[(长径X宽径）/2] Xu公式计算溃疡面积。最大径小于lrrnn者以小溃疡
计数，以两者计分总和综合评定溃疡指数，作为溃疡严重程度的指标。计分标
准如下：无病变计0分，小溃疡个数在1?5个计0. 5分，个数在6?20个或面
积在1?5 rmn2计1分，以后溃疡个数每增加20个和面积增加5 mm2计1分，进行胃黏膜损伤的定量化。
2.5大鼠体重、悬吊实验及扭动次数[5]大鼠在实验前，脾虚造模后，
健中愈疡片、胃舒平、法莫替丁灌胃后均用电子天平秤体重及用秒表测量悬吊
时间，做为脾虚症状加重和改善的指标。用半小时肢体扭动次数来做为胃溃疡
疼痛程度的指标。
2.6大鼠胃黏膜微循环状态测定用中性红比色法，自尾静脉注入0.1%中
性红（8 mg/kg) , 30 min后剪取胃黏膜，用三角架固定数码照相机，固定参
数进行拍摄，然后并用Photoshop 7. 0软件的RGB比色功能将红色进行定
量，然后对微循环状态进行比较，间接反应出溃疡愈合的质量。
2.7数据处理所有数据均采用SPSS11.5 for windows统计分析软件处理，属于正态分布的计量资料以土s表示，采用单因素方差分析。计数资料及等级
资料采用多个独立样本的非参数检验。
2.8结果见表3?13。表3 8_氧鸟嘌呤DNA糖基化酶含量(略)表4 8 一氧鸟嘌呤DNA糖基化酶各组P值比较(略)表5胸腺嘧啶乙二醇DNA糖基化酶含量(略)表6胸腺嘧啶乙二醇DNA糖基化酶各组P值比较(略)表7 3_甲基腺嘌呤DNA糖基化酶含量(略)表8 3_甲基腺嘌呤DNA糖基化酶各组P值比
较(略）
表3?8表明，正常组线粒体DNA修复酶系列的含量很低，而胃溃疡组0我
修复所以含量很高，法莫替丁由丁?减少了损害因素，所以反馈性地降低了修复
酶含量，胃舒平只是物理保护作用，对修复酶影响不大，健中愈疡片大大提高
了修复酶含量，增加了自我修复因素。
3讨论
胃黏膜的损伤常由诸多有害因素引起[6]，诸如酸、碱、乙醇、胆盐、HP、急性失血、精神应激……等，药物对胃黏膜的损害的作用也十分常见。胃溃疡
的黏膜修复，是指胃黏膜对有害因素如对食物、幽门螺杆菌感染、乙醇、酸、胆盐、非固醇类抗炎药、应激及温度（过冷、过热）等造成黏膜损伤的修复能
力[6]。在Tarnawske等第一次提出溃疡修复质量（Quality of ulcer healing, QUH)的概念后[7]，人们对溃疡修复的认识开始由研究外在修复因素转向侧重内在修复因素。溃疡修复的过程十分复杂，目前认为影响胃黏膜修
复质量的因素主要有：①胃黏膜微循环的血流量；②生长因子的调控；③花生
四烯酸的代谢产物的影响；④氧自由基对溃疡修复质量的影响；⑤老龄化对溃
疡修复质量的影响；⑥HP对溃疡修复质量的影响；⑦抗溃疡药物的影响。但胃黏膜线粒体DNA修复酶在胃溃疡修复过程中的机制以及中药对其的调控研究还是一片空白。表9胃痛评分(略)表10胃痛定量P值比较(略)表11脾虚症状变化例(略)表12大鼠胃黏膜损伤评分、体重、悬吊时间及扭动次数(略)表
13大鼠胃黏膜微循环状态变化(略）
线粒体DNA修复系统相关酶的研究现状[8]：作为真核细胞能量中心的线粒体,拥有自己特异的遗传物质——线粒体DNA (mtDNA)。ratDNA编码的每一个
亚单位都是线粒体完成正常的氧化磷酸化过程所必需的，因此，线粒体基因组的
完整性对于生物体的损伤修复十分重要。长期以来，人们一直认为线粒体中不存
在DNA的修复[9，10]。但近年来在线粒体提取物中却检测到了修复因子，
其中大多数是参与清除DNA中单个突变碱基的碱基切除修复途径(BER)的酶，提示线粒体中存在DNA修复。当前，对线粒体DNA修复过程的理解是一个具有
重要意义的课题,因为它将有助于探明线粒体DNA的危我修复机制对溃疡愈
合
的意义。已经证实，线粒体DNA修复的相关酶与负责核DNA修复的对应物由相
同的基因编码。生物体通过选择不同的转录起始位点或以不同的剪切方式产生
具有线粒体靶向序列的转录物，也可以直接在翻译的时候通过选择不同翻译的起始位点生成线粒体靶向信号肽，从而使生成的蛋白质最终定位到线粒体。研究这些酶对于揭示线粒体DNA的修复机制具有重要的意义。关于线粒体修复的研究
已经形成了一个十分活跃的领域。这方面的研究，拓展了我们对线粒体DNA 损
伤和ft我修复认识的深度和广度。使我们不再单单从外部因素来研究胃溃疡的修复，而是从外部损伤和自身修复是否平衡的角度来重新看待这个问题。现在有必要通过实验来揭示线粒体mtDNA修复机制在胃溃疡修复过程屮的意义，并在
此基础上,通过健脾益气中药对线粒体DNA修复酶的干预，来提高胃溃疡的黏膜修复效果，并找到中药的作用靶点。
我院通过多年对消化性溃疡病的潜心研究，研制出由党参、白术、黄芪、莪术、救必应、延胡索、蒲公英、白及、乌贼骨、珍珠末等组成的健中愈疡片，每片250呢(含生药7.46 g)。君药党参、白术和黄芪——健脾养胃；臣药
海螵蛸、白及和珍珠层粉——抑酸护膜、敛疮愈疡；佐药救必应、蒲公英、延胡索和莪术——清热化湿、行气止痛、活血化淤；使药甘草——补益中气、调和诸药。诸药配伍，共奏健脾养胃、敛疮愈疡、清热解毒、行气止痛之效。
健脾益气是中医药治疗胃黏膜损伤的主要治则：中医理论认为，“脾主运
化水谷之精，以生养肌肉”“四季脾旺不受邪”“正气存内，邪不可干”。气
是充养全身、推动和维持人体各种组织功能正常活动的动力，包含着先天之元
气、自然清气与水谷化生的精气。“气为血帅”，气血运行于全身，周流不息，外而充养皮肉筋骨，内可灌溉五脏六腑，濡养全身。而脾主运化，为气血生化
之源，“后天之本”。胃黏膜保护和修复的过程，必赖旺盛的气血才能肌肉续
接，黏膜再生。若脾虚气弱，则五脏六腑都将失去濡养，从而出现功能异常，影响修复进行。《脾胃论?脾胃盛衰论》曰：“百病皆由脾胃衰而生也。”临
床凡修复缓慢者，大都因气虚血少，不能濡养创伤部位，致使黏膜创面正气不
足，既无力抗邪，又不能滋养创面，修复缺损。《素问?萎论》曰：“脾主身
之肌肉”，故治疗胃黏膜损伤，必赖补充脾胃之气，使气血生化旺盛则创面易
于修复。健脾益气是中医治疗胃黏膜损伤的核心治则，是中医认识、诊治黏膜
修复的突出特色之一。线粒体DNA修复系统相关酶和临床疗效的观察主要反映
了不同药物的作用机制、作用靶点和效果，大鼠体重、悬吊时间测定主要用于
脾虚症轻重的定量，而大鼠扭动次数主要用于疼痛程度的衡量。脾在体合肌
肉、主四肢，《素问?萎论》说：“脾主身之肌肉”，四肢的营养输送，全赖于清
阳的升腾宣发，故《素问?阴阳应象大论》说：“清阳实四肢。”脾气健运，则四肢的营养充足，而活动也轻劲有力，若脾失健运，则四肢的营养不足，可
见怠倦无力，甚或萎弱不用。所以我们把大鼠的体重变化和悬吊时间变化做为
脾虚证的检测指标。在症状方面我们用大鼠每分钟肢体扭动次数来做为胃溃疡
疼痛程度的指标。大鼠胃溃疡指数是直接观察胃溃疡的愈合质量。而胃黏膜微
循环状态则间接反应胃溃疡的愈合质量，胃黏膜微循环血流量对溃疡愈合质量
起着关键性的作用。
通过实验最后得出结论：健中愈疡片治疗胃溃疡的机理之一是提高了线粒
体DNA修复酶的含量，类似于提高了“正气”，使机体自身的修复得以提高，
而法莫替丁和胃舒平对线粒体DNA修复酶的影响不大，它们主要是减少胃酸分
泌造成的损害因素以及进行物理性的保护，中药和它们作用的靶点有差异。对
改善胃痛症状来说，法莫替丁作用最强，健中愈疡片其次，胃舒平又次之；而
对于改善脾虚症状，则健中愈疡片最强，法莫替丁和胃舒平较差。总之，本课
题明确了健中愈疡片对胃溃疡线粒体DNA修复酶的调控机制，找到了健脾益
气
中药治疗胃溃疡的作用靶点之一，证明了中药改善症状的优越性，为今后进
一
步研究打下了基础。
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线粒体及其相关疾病的遗传学研究进展（作者:___________单位: ___________邮编: ___________） 作者：齐科研相蕾陈静宋玉国霍正浩杨泽 【关键词】线粒体DNA 基因突变疾病 线粒体广泛分布于各种真核细胞中，其主要功能是通过呼吸链(电子传递链和氧化磷酸化系统)为细胞活动提供能量，并参与一些重要的代谢通路，维持细胞的钙、铁离子平衡，以及参与其他生命活动的信号传导。 此外，线粒体还与活性氧(reactiveoxygen species，ROS)的产生及细胞凋亡有关［1-3］。组成线粒体的蛋白质有1000多种，除呼吸链复合体蛋白受mtDNA与核基因双重编码，其他蛋白均由核基因编码。mtDNA突变或核基因突变都能引起线粒体功能紊乱［1，4］。早在1963年，Nass等人就发现有遗传物质DNA的存在。1981年，Anderson等发表了人类mtDNA全序列。1988年，Holt和Wallace分别在线粒体脑病和Leber’s遗传性视神经病(LHON)患者的细胞中发现了mtDNA突变，从此开辟了研究mtDNA突变与人类疾病的新领域。随着对mtDNA研究的深入，人们对mtDNA的突变和人类疾病的相关性
日益重视。芬兰的数据显示人群单个点突变(3243A＞G)的比率为1∶6000，然而，英国资料表明mtDNA疾病的患病率或易患比率为1∶3500［5］。动物模型和人类研究证据均证明，mtDNA突变是引起人类多因素疾病，部分遗传性疾病以及衰老的重要原因之一。本文将从以下几个方面对mtDNA突变和相关疾病进行阐述。 1 线粒体DNA的遗传学特征 线粒体DNA是存在于线粒体内而独立于细胞核染色体的较小基因组。与核基因相比，线粒体DNA具有一些显著特征。 1.1 母系遗传 Giles等［6］通过对几个欧洲家系线粒体DNA进行了单核苷酸多态性分析时，发现mtDNA 分子严格按照母系遗传方式进行传递。母系遗传是指只由母亲将其mtDNA分子传递给下一代，然后再通过女儿传给后代。有研究表明［7］，在受精过程中，精子线粒体会被卵子中泛素水解酶特异性识别而降解，这很好地解释为什么父源性mtDNA不能传播给后代。 1.2 异质性和突变负荷 核基因突变所产生的突变体分为纯合子(homozygote，等位基因都发生突变，含量为100％)和杂合子(heterozygote，等位基因中的一个发生突变，突变含量为50%)与核基因不同，线粒体基因突
第六章线粒体遗传病 （一）选择题(A型选择题) 1．下面关于线粒体的正确描述是______。 A.含有遗传信息和转译系统 B.线粒体基因突变与人类疾病基本无关 C.是一种完全独立自主的细胞器 D.只有极少量DNA，作用很少 E.线粒体中所需蛋白质均来自细胞质 2. 关于线粒体遗传的叙述，不正确的是______。 A．线粒体遗传同样是由DNA控制的遗传 B．线粒体遗传的子代性状受母亲影响 C．线粒体遗传是细胞质遗传 D．线粒体遗传同样遵循基因的分离规律 E．线粒体遗传的表现度与突变型mtDNA的数量有关。 3．以下符合mtDNA结构特点的是______。 A.全长61569bp B.与组蛋白结合 C.呈闭环双链状 D.重链（H链）富含胞嘌呤 E.轻链（L链）富含鸟嘧啶 4.人类mtDNA的结构特点是______。 A. 全长16.6kb，不与组蛋白结合，为裸露闭环单链 B. 全长61.6kb，不与组蛋白结合，分为重链和轻链 C. 全长16.6kb，与组蛋白结合，为闭环双链 D. 全长61.6kb，不与组蛋白结合，为裸露闭环单链 E. 全长16.6kb，不与组蛋白结合，为裸露闭环双链 5．下面关于mtDNA的描述中，不正确的是______。 A．mtDNA的表达与核DNA无关 B．mtDNA是双链环状DNA C．mtDNA转录方式类似于原核细胞 D．mtDNA有重链和轻链之分 E．mtDNA的两条链都有编码功能
6．线粒体遗传属于______。 A.多基因遗传 B.显性遗传 C.隐性遗传 D.非孟德尔遗传 E.体细胞遗传 7. 线粒体中的tRNA兼用性较强，tRNA数量为______。 A.48个 B.32个 C.64个 D.61个 E.22个8．mtDNA编码线粒体中______。 A. 全部呼吸链-氧化磷酸化系统的蛋白质 B. 约10%的蛋白质 C. 大部分蛋白质 D. 线粒体基质中的全部蛋白质 E. 线粒体膜上的全部蛋白质 9. 目前已发现与mtDNA有关的人类疾病种类约为______。 A. 100余种 B. 10多种 C. 60多种 D. 几十种 E. 种类很多10．UGA在细胞核中为终止密码，而在线粒体编码的氨基酸是______。 A．色氨酸 B．赖氨酸 C．天冬酰胺 D．苏氨酸 E．异亮氨酸11．每个线粒体内含有mtDNA分子的拷贝数为______。 A．10～100个 B．10～20个 C．2～10个 D．15～30个 E．105 12．mtDNA中编码mRNA基因的数目为______。 A．37个 B．22个 C．17个 D．13个 E．2个 13．关于mtDNA的编码区，描述正确的是______。 A.包括终止密码子序列 B.不同种系间的核苷酸无同源性 C.包括13个基因 D.各基因之间部分区域重叠 E.包括启动子和内含子 14．关于mtDNA的D环区，描述正确的是______。 A.是线粒体基因组中进化速度最慢的DNA序列 B.具有高度同源性 C.包含线粒体基因组中全部的调控序列 D.突变率较编码区低 E.是子代H链在复制过程中与亲代H链发生置换的部位 15．mtDNA中含有的基因为______。 A. 22个rRNA基因，2个tRNA基因，13个mRNA基因
基因与人类健康 系别：生物科学系专业：生物技术姓名：王晓思学号：20111341031028 【摘要】：介绍了基因与疾病的关系（主要是肿瘤与其基因的关系）、基因治疗与基因免疫的原理及其应用等。阐述基因在疾病产生中的作用，反衬出正常基因的表达其对健康的重要性。 【关键字】：基因疾病 基因是生命体遗传信息的载体，能够表达产生蛋白质，且蛋白质是构成生命体的物质基础。生物之所以能幸存、维持机体各部分结构功能的正常，首先在于它的DNA能被忠实的复制(复制后的DNA携带遗传信息进入新的细胞或机体)，并且尽可能的保护机体免受各种因素的损伤，维护DNA编码蛋白质的准确性。但这些过程一旦出现问题就会导致一系列的或轻或重的疾病的发生，从而影响人类的健康。因此基因对医学各生命科学的发展极具现实意义[1]。 1、基因与疾病的关系 在人类的疾病中，由遗传因素或主要由遗传因素决定的疾病，称谓遗传病。其中的一部分是由基因组某个基因座（Locus）上存在致病基因而引起的，此类遗传病称为单基因遗传病；如：地中海贫血、血友病、白化病等。另一些疾病则是由多个基因座位存在有缺陷基因，这些缺陷基因相互协同作用所致。在许多情况下，这些缺陷基因还需要一定的环境因素参与，才能致个体发病，这一类疾病称谓多基因遗传病，如：高血压、糖尿病、冠心病、肿瘤等等。 基因疾病的发生往往由于基因缺失、突变、错位或外来基因（或DNA片段）插入所引起，导致疾病症状发生的直接原因往往是基因控制的产物发生改变所致[2]。基因产物（蛋白质、酶）的一级结构，二级结物、三级结构或四级结构的改变都可引起疾病[3]。 1.1 基因与肿瘤 癌（Cancer）是一群不受生长调控而增殖的细胞，也称恶性肿瘤。目前已经发现了上百个原癌基因和许多抑癌基因，证明细胞癌变的分子基础是基因突变，DNA的变化和不正常活动导致了细胞癌变。癌基因可分为两大类：一类是病毒癌基因（主要有DNA病毒和RNA病毒），其使靶细胞发生恶性转化。另一类是细胞转化基因（原癌基因），其广泛存在与生物界，具有高保守性，属于管家基因，正常表达时对细胞的生长和分化有调控作用。 ①RNA病毒至少含有gag(组成病毒中心和结构的蛋白质的基因)、pol（逆转录酶的基因）、env（病毒外壳的基因）三种基因，其反转录出的线性双链DNA与宿主的DNA整合，其线性双链表达的产物会激活宿主特定的基因表达，破坏宿主细胞本身固有的平衡，导致细胞发生癌变。 ②原癌基因的突变使其转录活性改变造成细胞癌变。 ③基因互作与癌基因表达主要有染色体构象影响原癌基因表达与抑癌基因产物对原癌基因的调控。 2、基因治疗 基因治疗是通过分子生物学遗传工程手段，将正常基因包括它表达所需要的顺序导入有缺陷基因的患者细胞内，使导入基因发挥作用，从而纠正基因缺陷所致的各种疾病临床症状。纠正致病基因，才能根本上消除病患。目前肝癌基因治疗的方法有： ①反义基因治疗[4]根据肝癌发病原因，导入反义寡核苷酸封闭肝癌基因的表达或用正常
兰州交通大学化学与生物工程学院 综合能力训练I 文献综述 题目：线粒体疾病的最新研究进展 作者：朱刚刚
学号：201207730 指导教师：谢放 完成日期：2014-7-16 线粒体疾病的最新研究进展 摘要：本文为了对线粒体疾病研究的最新进展进行论述，分别从线粒体功能障碍、线粒体疾病、以及相关线粒体疾病的治疗与干预策略三个方面进行了综述。重点从线粒体的功能障碍进行了介绍。 关键词：线粒体、线粒体tDNA、线粒体疾病。 引言：线粒体疾病主要是指由于线粒体DNA突变所导致的一类疾病。 有许多人类疾病的发生与线粒体功能缺陷相关，如线粒体肌病和脑肌病、线粒体眼病，老年性痴呆、帕金森病、O型糖尿病、心肌病及衰老等，有人统称为线粒体疾病。线粒体疾病的发生被认为与氧化磷酸化过程相关基因的突变有关。 一、线粒体功能障碍 1线粒体结构、基因组特征及主要功能 1.1 线粒体结构及基因组特征电镜下的线粒体是由两层单位膜套叠而 成的封闭囊状结构，从外向内依次分为外膜、膜间隙、内膜、基质。不同于经典的“隔舱板”理论，最新提出的三维重构模型认为：(1)外膜与内质网或细胞骨架连接形成网络；⑵内外膜间随机分布横跨两端，宽20nm的接触点；(3)内膜通过界面与嵴膜接口部分相连，并不直接向内延伸形成嵴膜；(4)嵴膜非“隔舱板”式而是管状或扁平状，相互间可连接或融合，呈现不同的形式。执行线粒体功能的生物大分子分布在不同的空间：外膜上有Bcl-2家族蛋白、膜孔蛋白以及离子 通道蛋白；内膜中有电子传递链(呼吸链)复合物l~IV和复合物V(ATP合成酶); 膜间隙和嵴膜腔分布着细胞色素C、凋亡诱导因子(apoptosis in-dueing factor，AIF)和Procaspase 2、3、9及其他酶蛋白；电压依赖性阴离子通道(VDAC)、ADP/ATP 转换蛋白(ANT)和线粒体膜转运孔
基因与疾病 姓名：SJ 摘要：人类的很多疾病都是由于人体的基因发生的错误而引起的，对“错误”的基因进行诊断，并加以校正或置换，可以从根本上达到治疗疾病的目的。本文主要介绍了基因与疾病的关系，疾病基因的诊断及其治疗的对策。 关键词：基因疾病基因诊断治疗 1 基因概述 1.1 基因的认识 弗朗西斯·克里克和詹姆斯·沃森对DNA分子为双股螺旋结构的阐明，将人类生命科学的研究带入了一个新时代——基因时代，为基因医学和基因组的研究奠定了基础，推动了生物医学进一步发展，对健康衰老和疾病的认识也引入到分子水平。基因是遗传信息的物质载体。蕴含支配生命活动的指令和构成生物体的信息。所有生物体的生命活动，都直接或间接的受到基因的控制。人类的许多疾病都与基因有关。基因的分离，表达和克隆是目前功能性基因研究的热点。对人类基因的认识、定位和测序分析被认为“大科学”，近年来国际上提出的“生物学中的星球大战”就是要利用体细胞遗传学方法和电子计算机技术，认清人类染色体的30亿(bp)DNA的信息顺序，从而把握“生命的蓝图”，基因对医学各生命科学的发展极具现实意义[1]。 1.2 基因与蛋白质的合成 基因决定着蛋白质的合成，而蛋白质决定代谢作用，代谢作用则决定各种生物性状。DNA链是由许多单核苷酸(A腺嘌呤、C胞嘧啶、T胸腺嘧啶、G鸟嘌呤)按一定顺序连接排列而成的一条长链。在翻译蛋白质时，每三个核苷酸决定蛋白质的一个氨基酸。因此从已知的DNA的核苷酸的排列顺序或蛋白质多肽链氨基酸的顺序，都可以推断出对方的组成。 1.3 基因的研究方法 HGP(人类基因组计划)的近期目标主要是测定人类基因组全序列。而人类基因组DNA由四种核苷酸按一定的顺序排列而成，DNA所含核苷酸的总数为30亿对，如此庞杂的序列顺序如何能一个一个地测定排列出来，确是一项浩大的工程。然而科学家想出了一整套办法，建立了许多测定的方法和手段。先按不同尺度把人类基因组分成若干大的区域，每个大的区域再分成小区域，小区域再切成若干片段，然后把每个小片段的序列测定后排接成小区域，由小区域序列排接成大区域，再把大区域序列排接成全序列。简单地说就是将长长的DNA分成许多许多片段，再一个片段一个片段的测定，结果出来后再将这些片段的DNA序列依次连接起来，这样就得出了整个DNA的全序列[2]。 2 基因与疾病的关系 在人类的疾病中，由遗传因素或主要由遗传因素决定的疾病，称谓遗传病。根据临床统计，25%的生理缺陷、30%的儿童疾病和60%的成年人疾病都是由遗传病引起的。而人类遗传病据报道有5000种，大部分是单基因缺陷造成的。机体是一个复杂的动态性的平衡系统，每一个基因对机体的正常功能的影响都是复杂
第十三章线粒体疾病 广义的线粒体病（mitochondrial disease）指以线粒体功能异常为主要病因的一大类疾病。除线粒体基因组缺陷直接导致的疾病外，编码线粒体蛋白的核DNA突变也可引起线粒体病，但这类疾病表现为孟德尔遗传方式。目前发现还有一类线粒体疾病，可能涉及到mtDNA 与nDNA的共同改变，认为是基因组间交流的通讯缺陷。通常所指的线粒体疾病为狭义的概念，即线粒体DNA突变所致的线粒体功能异常。 第一节疾病过程中的线粒体变化 线粒体对外界环境因素的变化很敏感，一些环境因素的影响可直接造成线粒体功能的异常。例如在有害物质渗入（中毒）、病毒入侵（感染）等情况下，线粒体亦可发生肿胀甚至破裂，肿胀后的体积有的比正常体积大3～4倍。如人体原发性肝癌细胞癌变过程中，线粒体嵴的数目逐渐下降而最终成为液泡状线粒体；缺血性损伤时的线粒体也会出现结构变异如凝集、肿胀等；坏血病患者的病变组织中有时也可见2到3个线粒体融合成一个大的线粒体的现象，称为线粒体球；一些细胞病变时，可看到线粒体中累积大量的脂肪或蛋白质，有时可见线粒体基质颗粒大量增加，这些物质的充塞往往影响线粒体功能甚至导致细胞死亡；如线粒体在微波照射下会发生亚微结构的变化，从而导致功能上的改变；氰化物、CO等物质可阻断呼吸链上的电子传递，造成生物氧化中断、细胞死亡；随着年龄的增长，线粒体的氧化磷酸化能力下降等等。在这些情况下，线粒体常作为细胞病变或损伤时最敏感的指标之一，成为分子细胞病理学检查的重要依据。
第二节线粒体疾病的分类 根据不同的角度，线粒体疾病可以有不同的分类。从临床角度，线粒体疾病主要涉及心、脑等组织器官或系统；从病因和病理机制角度，线粒体疾病有生化分类和遗传分类之别。 一、生化分类 根据线粒体所涉及的代谢功能，线粒体疾病可分为以下5种类型：底物转运缺陷、底物利用缺陷、Krebs循环缺陷、电子传导缺陷和氧化磷酸化偶联缺陷（表13-1）。 表13-1 线粒体疾病的生化分类 二、遗传分类 根据缺陷的遗传原因，线粒体疾病分为核DNA（nDNA）缺陷、mtDNA缺陷以及nDNA和mtDNA联合缺陷3种类型（表13-2）。 表13-2 线粒体疾病的遗传分类
学校：临清二中学科：生物 第五章第3节《人类遗传病》 一、教材分析 《人类遗传病》是人教版高中生物必修二《遗传与进化》第5章第3节教学内容，主要学习“人类常见遗传病的类型”，“遗传病的监测和预防”和“人类基因组计划与人体健康” 二、教学目标 1．知识目标： （1）．人类遗传病及其病例 （2）．什么是遗传病及遗传病对人类的危害 （3）．遗传病的监测和预防 （4）．人类基因组计划与人体健康 2．能力目标： 探讨人类遗传病的监测和预防 3．情感、态度和价值观目标： 关注人类基因组计划及其意义 三、教学重点难点 重点：人类遗传病的主要类型。 难点：（1）多基因遗传病的概念。 （2）近亲结婚的含义及禁止近亲结婚的原因。 四、学情分析 学生初中已经学习了几种遗传病，教材前几章已经出现伴性遗传病和常染色体遗传病，所以学生对本节内容有一定基础。另外“人类遗传病的类型”是了解水平的内容，学生通过自学就可以达到学习目的。 五、教学方法， 1学案导学：见后面的学案。 2．新授课教学基本环节：预习检查、总结疑惑→情境导入、展示目标→合作探究、精讲点拨→反思总结、当堂检测→发导学案、布置预习 六、课前准备 教师的教学准备：多媒体课件制作，课前预习学案，课内探究学案，课后延伸拓展学案。 七、课时安排：1课时 八、教学过程 (一)预习检查、总结疑惑 检查落实了学生的预习情况并了解了学生的疑惑，使教学具有了针对性。 （二）情景导入、展示目标。 近年来，随着医疗技术的发展和医药卫生条件的改善，人类传染性疾病已得到控制，而人的生殖细胞或受精卵里的遗传物质在数量，结构或功能上发生改变，使由此发育成的个体患先天性遗传病，其发病率和死亡率却有逐年增高的趋势。今天，我们来学习这方面的知识。（三）合作探究、精讲点拨。 探究一、人类常见遗传病的类型 学生分组讨论 1．什么是遗传病？举例？ ２．怎样做到遗传病的监测和预防？
兰州交通大学化学与生物工程学院综合能力训练Ⅰ——文献综述 题目：线粒体疾病的最新研究进展 作者：朱刚刚 学号：201207730 指导教师：谢放 完成日期：2014-7-16
线粒体疾病的最新研究进展 摘要：本文为了对线粒体疾病研究的最新进展进行论述，分别从线粒体功能障碍、线粒体疾病、以及相关线粒体疾病的治疗与干预策略三个方面进行了综述。重点从线粒体的功能障碍进行了介绍。 关键词：线粒体、线粒体tDNA、线粒体疾病。 引言：线粒体疾病主要是指由于线粒体DNA突变所导致的一类疾病。 有许多人类疾病的发生与线粒体功能缺陷相关,如线粒体肌病和脑肌病、线粒体眼病,老年性痴呆、帕金森病、O型糖尿病、心肌病及衰老等,有人统称为线粒体疾病。线粒体疾病的发生被认为与氧化磷酸化过程相关基因的突变有关。一、线粒体功能障碍 1线粒体结构、基因组特征及主要功能 1.1线粒体结构及基因组特征电镜下的线粒体是由两层单位膜套叠而成的封闭囊状结构，从外向内依次分为外膜、膜间隙、内膜、基质。不同于经典的“隔舱板”理论，最新提出的三维重构模型认为: (1)外膜与内质网或细胞骨架连接形成网络；(2)内外膜间随机分布横跨两端，宽20nm 的接触点；(3)内膜通过界面与嵴膜接口部分相连，并不直接向内延伸形成嵴膜；(4)嵴膜非“隔舱板”式而是管状或扁平状，相互间可连接或融合，呈现不同的形式。执行线粒体功能的生物大分子分布在不同的空间：外膜上有Bcl-2家族蛋白、膜孔蛋白以及离子通道蛋白；内膜中有电子传递链(呼吸链)复合物I~IV和复合物V(ATP合成酶); 膜间隙和嵴膜腔分布着细胞色素C、凋亡诱导因子(apoptosis in-ducing factor，AIF)和Procaspase 2、3、9及其他酶蛋白；电压依赖性阴离子通道(VDAC)、ADP/ATP转换蛋白(ANT)和线粒体膜转运孔(mitochondrialper-meabletransition pore，MPTP)存在于接触点；三羧酸循环(TCA cycle)酶系、存储钙离子的致密颗粒及线粒体基因组则包含于基质中。【1】与核基因组(nDNA)不同，mtDNA 结构简单，仅含16 569 个碱基，编码2 种rRNA、22 种tRNA和13种参与呼吸链形成的多肽。通常裸露且不含内含子，既缺乏组蛋白保护和完善的自我修复系统，又靠近内膜呼吸链，极易受环境影响，突变频率比nDNA 高10~20 倍。 1.2线粒体功能作为糖、脂肪、氨基酸最终氧化释能的场所，线粒体的主要功能是进行氧化磷酸化、合成ATP，为生命活动提供直接能量。除此以外，它还扮演着多种角色，其中之一是充当“钙库”，参与细胞内钙离子的信号传导。
人类线粒体基因组与疾病 1、线粒体基因及基因组介绍 人类线粒体DNA（mtDNA），共包含37个基因，这37个基因中有22个编码转移核糖核酸（tRNA）、2个编码核糖体核糖核酸（12S和16S rRNA)，13个编码多肽。 2、线粒体基因及基因组分析的现状和临床意义 对于可疑线粒体病的患者来说，理想的遗传学诊断方法是发现导致线粒体结构和功能缺陷的相关基因突变。这些基因突变可能在mtDNA上，也可能发生在核基因上，线粒体的遗传方式可能为常染色体隐形遗传、X-连锁遗传、母系遗传，有些还是新突变。由于线粒体病涉及基因众多，目前临床只能选择少数常见的线粒体基因位点进行突变和缺失筛查，阳性率很低，大多数患者难以获得准确的病因诊断。 3、线粒体基因及基因组分析测定 （1）13个编码多肽的基因 编码产物基因分 析 基因变异对应的常见线粒体病种 类 NADH dehydrogenase (complex I)MT-ND1Leber遗传性视神经病 MT-ND2心肌线粒体病，Leber遗传性视神经病 MT-ND3进肌阵挛，癫痫，视神经萎缩MT-ND4 Leber遗传性视神经病，线粒体肌 病，Leber遗传性视神经病，张力 障碍 MT-
ND4L Leber遗传性视神经病 MT-ND5Leigh综合征，线粒体脑肌病伴乳酸中毒及中风样发作综合症 MT-ND6Leber遗传性视神经病，线粒体脑肌病伴乳酸中毒及中风样发作综合症，糖尿病，肌张力障碍 coenzyme Q-cytochrome c reductase/Cytochrome b(complex III)MT-Cytb 慢性游走性红斑，Leber遗传性视 神经病，线粒体肌病，心肌线粒 体病，线粒体脑肌病伴乳酸中毒 及中风样发作综合症，帕金森病 cytochrome c oxidase(complex IV)MT- COX1 肌红蛋白尿运动神经元疾病，铁 粒幼细胞贫血 MT- COX2 线粒体肌病，线粒体多系统疾 病，线粒体脑肌病 MT- COX3 Leigh综合征，慢性游走性红斑， 骨骼肌溶解症 ATP synthase MT- ATP6 共济失调并发色素性视网膜炎， 母系遗传Leigh综合征，家族性双 侧纹状体坏死 MT- ATP8 共济失调并发色素性视网膜炎， 母系遗传Leigh综合征，家族性双 侧纹状体坏死 （2）22个编码tRNA的基因 Alanine MT-TA进行性眼外肌麻痹Arginine MT-TR
线粒体病及其相关的心律失常 胡喜田1 李伟峰1 张海澄 2 [摘要] 线粒体病是指因遗传基因的缺陷导致线粒体的结构和功能异常,导致细胞呼吸链及能量代谢障碍的一组 多系统疾病。线粒体病对心脏的损害主要包括器质性和电生理损害,临床上最常见的为Keam s 2Sayre 综合征,主要表现为心脏传导系统的损害,发生的心律失常包括房室传导阻滞,束支传导阻滞,室性心律失常和房性心律失常。 [关键词] 心血管病学;线粒体病;综述;Kea m s 2Sayre 综合征;心律失常DO I :10.3969/j .issn .1007-2659.02.007 中图分类号 R541.7 文献标识码 A 文章编号 1007-2659(2010)02-0111-03作者单位:1 石家庄市第一医院心内三科(河北石家庄050011) 2 北京大学人民医院心脏中心(北京100044) 作者简介:胡喜田(1973-),男(汉族),河北邯郸人,主治医师,医学硕士,专业特长为心脏起搏与心电生理。 1962年Luft 首次提出线粒体病后,人们对线粒体病给予了大量的关注,并且伴随着实验室技术的进步,特别是上世纪八十年代Anders on 测定出人类线粒体DNA (m t D NA )的全长序列,并提出线粒体母系遗传的概念,人类对线粒体病的认识取得了巨大的进步。到目前已经发现线粒体病的线粒体基因存在100个点突变和200个缺失。在对线粒体功能方面的研究中,人们发现线粒体不但产生ATP,而且产生体内95%以上的活性氧;不但调节细胞内的氧化还原平衡,而且调控细胞凋亡。在对线粒体内各种酶蛋白的结构和功能的研究进一步开阔了人们的视野,对线粒体病的研究已从单一的线粒体肌病、脑肌病或脑病,扩展到心脏、消化、肾脏、内分泌、眼等多系统多器官疾病,而在这些系统中的发病情况,尤其是在心脏的发病状况,往往和患者的预后有密切的联系。正式基于对线粒体及其疾病的深入认识,线粒体医学的概念已经被提出。 1 线粒体病概述 线粒体病是指因遗传基因的缺陷导致线粒体的结构和功能异常,导致细胞呼吸链及能量代谢障碍的一组多系统疾病。目前临床对线粒体病的分类,主要是依据病变部位而分,包括线粒体肌病、线粒体脑肌病和线粒体脑病三类。它们各自又有更详细的分类。 线粒体复杂的结构和功能,是线粒体病临床表现各异的基础。它的不同结构部位含有不同的酶系统。线粒体的正常结构及其酶系统在人体的能量代谢方面发挥了关键的作用,而线粒体病正是这一系统失用所致的结果。 线粒体由约1500个多肽组成,大部分是由核DNA (n D 2 NA )编码,虽然m t D NA 仅保留了13个氧化磷酸化多肽的基 因,但其在线粒体氧化磷酸化复合体中占据了重要的位置。人类m t D NA 是存在于细胞核外长16569bp 的唯一的双链闭环DNA,分轻链和重链,含37个基因(包含22个t RNA 基 因,2个r RNA 基因和13个编码线粒体呼吸链酶蛋白的基因),主要编码呼吸链及与能量代谢有关蛋白[1]。线粒体呼吸链中被m t D NA 编码的酶包括细胞色素C,氧化酶Ⅰ,Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ。m t D NA 缺失或点突变使编码线粒体氧化代谢过程必需的酶或载体发生障碍,糖原和脂肪酸等不能进入线粒体充分利用和产生足够的ATP,导致能量代谢障碍和产生复杂的临床症状,从而出现临床上不同类型的线粒体病。 mt D NA 突变主要包括:与蛋白合成有关的t RNA 基因点突 变,编码线粒体呼吸复合体亚基的结构基因突变,mt D NA 片段缺失和mt D NA 的耗竭。此外,由于大多数呼吸链复合体亚基是由n DNA 编码,并且mt D NA 复制和表达需要的许多酶也是由 n DNA 编码,因此n DNA 基因突变也可能导致。 线粒体病有以下显著遗传学特点[2]:①母系遗传:受精卵线粒体几乎均来自卵子,故与孟德尔遗传方式不同,母亲将 mt D NA 传递给子代,只有女儿可将mt D NA 传递给下一代,这被 称为母系遗传。②高突变率:mt D NA 裸露于高水平的氧化磷酸化环境中,无组蛋白保护,突变率较n DNA 高10余倍,且缺乏有效的修复机制,相比常染色体遗传病,线粒体病每一代发病个体相对较多。③阈值效应:因每个细胞mt D NA 有多重拷贝,只有突变型达到某一阈值时患者才会出现症状。在心脏、肌肉、神经等能量需求高的器官,阈值低于低能量需求器官。④遗传易质性:不同mt D NA 突变可导致相同疾病,而同一突变可引起不同表型。⑤mt D NA 突变的表型效应由突变类型、易质状态(突变型所占比例)以及组织对线粒体ATP 能量产生的依赖程度所决定。能量需求越大的组织器官如心脏、肌肉和神经系统等临床受累越早,越严重。 线粒体病的病理变化为病变组织异常线粒体的聚集、线粒体糖原和脂滴堆积和线粒体嵴排列紊乱,即线粒体结构和数目的异常。组织活检Gomori 染色可见异常线粒体聚集的蓬毛样红纤维(RRF );比Gomori 染色更具诊断意义,并且是线粒体疾病所独有的表现,即电子显微镜下所见:线粒体嵴增多、排列紊乱呈同心圆状排列、肌丝间可见较多脂滴、成团或串珠状等。线粒体病的生化表现主要是血清乳酸丙酮酸的升高。由于ATP 合成障碍,无氧酵解增强,故大多数患者血清中乳酸丙酮酸水平升高,尤其是运动后乳酸丙酮酸 ? 111? 中国心脏起搏与心电生理杂志2010年第24卷第2期
第七章线粒体疾病的遗传 一、教学大纲要求 1．掌握线粒体遗传、线粒体疾病、异质性、阈值效应等基本概念。 2．掌握线粒体DNA的结构与遗传特点。 3．熟悉线粒体基因组与核基因组的关系。 4．了解线粒体DNA的复制、转录特点。 二、习题 （一）A型选择题 1．mtDNA指 A．突变的DNA B．核DNA C．启动子顺序 D．线粒体DNA E．单一序列 2．下面关于mtDNA的描述中，那一项是不正确的 A．mtDNA的表达与核DNA无关B．mtDNA是双链环状DNA C．mtDNA转录方式类似于原核细胞D．mtDNA有重链和轻链之分E．mtDNA的两条链都有编码功能 3．mtDNA中编码mRNA基因的数目为 A．37个B．22个C．17个D．13个E．2个 4．线粒体遗传不具有的特征为 A．异质性B．母系遗传C．阈值效应D．交叉遗传E．高突变率5．mtDNA中含有 A．37个基因B．大量调控序列C．内含子 D．终止子E．高度重复序列 6．受精卵中的线粒体 A．几乎全部来自精子B．几乎全部来自卵子C．精子与卵子各提供1/2 D．不会来自卵子E．大部分来自精子 7．线粒体疾病的遗传特征是 Ａ．母系遗传Ｂ．近亲婚配的子女发病率增高 Ｃ．交叉遗传D．发病率有明显的性别差异 Ｅ．女患者的子女约1/2发病 8．最早发现与mtDNA突变有关的疾病是 A．遗传性代谢病B．Leber遗传性视神经病C．白化病 D．分子病E．苯丙酮尿症 9．最易受阈值效应的影响而受累的组织是 A．心脏B．肝脏C．骨骼肌D．肾脏E．中枢神经系统10.遗传瓶颈效应指 A．卵细胞形成期mtDNA数量剧减B．卵细胞形成期nDNA数量剧减 C．受精过程中nDNA.数量剧减D．受精过程中mtDNA数量剧减 E．卵细胞形成期突变mtDNA数量剧减
人类线粒体突变与线粒体疾病 食科1083 袁惠雄 30 线粒体是细胞内唯一存在于细胞核外又带有遗传物质的细胞器，由于这一特殊性，有关其进化和来源的问题曾有过很多争论。但因为与临床的关系过去不很明确，对它的生物学意义并未引起足够的重视。80年代后随着线粒体的序列和基因组组成的测定，以及发现了线粒体DNA(mtDNA)突变可能与人类疾病相关以来，线粒体与人类健康的问题开始受到关注。 1 mtDNA分子生物学 人mtDNA分子是一个长16 569bp的双链闭环超螺旋DNA。Anderson等［1］测定的人类mtDNA结构表明，它有13个多肽编码基因，22个tRNA基因和2个rRNA基因。这些基因呈紧密排列，基因内没有内含子，但有一个长1～2kntp的非编码区，称为控制区，也叫取代环(D-1oop)，含有转录及复制的调控信号。 mtDNA的双链中一条称为重链(H链)，另一条是轻链(L链)。重链上有28个基因，轻链则有9个。每条链各有自己的启动子。转录产生了连续的多顺反子，经加工后成为成熟的rRNAs，tRNAs及mRNA。 2 mtDNA突变 由于特殊的生物学环境和遗传学地位，mtDNA更容易发生突变。目前解释其突变率高的原因有：mtDNA呈裸露状态，没有组蛋白的保护，容易受到侵害；线粒体内缺乏较有效的修复系统；复制时有不对称状态，出现的单链DNA有自发的脱氨基效应；复制频率和次数较nDNA高。对这些假设还无一致认识，但已发现突变仍有一定的特征，即基因编码序列比较保守，不同种属间可以看到基因序列有较高保守性D-环区则常有多态现象，不同人种甚至不同家族间即可有差异。这一性质现已被用作亲缘关系鉴定，在法医学、犯罪学和骸骨分析等领域中应用。 在可能导致mtDNA突变的环境有害因子中，研究较多的是活性氧自由基。线粒体在呼吸链代谢中产生的超氧粒子和电子转运过程中生成的羟自由基，都可能对mtDNA造成损伤。受此影响，DNA链上的脱氧鸟苷(dG)转化成羟基加成物8-羟基脱氧鸟苷(8-OH-dG)，随后在DNA 复制中可诱发点突变［2］。点突变的产生，提高了DNA双链的分离(separation)机会，促使mtDNA发生进一步突变，如缺失和重排。重排是发生在缺失之后的事件。缺失的mtDNA片段，既可能形成细胞内的小环(minicircle)［3］，也可能在mtDNA或nDNA上造成重排，而发生在nDNA上的重排，通常较mtDNA上的重排后果更严重更迅速。例如，激活原癌基因或使抑癌基因失活，从而诱发肿瘤。许多资料显示，mtDNA突变有“热点”及与之相应的序列和结构，这也许对预防和治疗因mtDNA突变引起的疾病有所启示。
HEREDITAS (Beijing) 2011年8月, 33(8): 857―869 ISSN 0253-9772 https://www.doczj.com/doc/0613335129.html, 综 述 收稿日期: 2011?04?07; 修回日期: 2011?06?03 基金项目:国家自然科学基金项目(编号: 30890034, 31000552), 教育部新世纪优秀人才支持计划项目(编号: NCET-09-0322)和上海市浦江人才 计划项目(编号: 10PJ1400300)资助 作者简介:杜仁骞, 在读博士研究生, 研究方向: 基因组拷贝数变异。E-mail: renqian.du@https://www.doczj.com/doc/0613335129.html, 通讯作者:张锋, 博士, 副教授, 博士生导师, 研究方向: 人类遗传学和医学遗传学。E-mail: feng.fudan@https://www.doczj.com/doc/0613335129.html, DOI: 10.3724/SP.J.1005.2011.00857 基因组拷贝数变异及其突变机理与人类疾病 杜仁骞1,2, 金力1,2,3, 张锋1,2 1. 复旦大学生命科学学院现代人类学教育部重点实验室, 上海200433; 2. 复旦大学生命科学学院遗传工程国家重点实验室, 上海200433; 3. 复旦大学生物医学研究院, 上海200032 摘要: 拷贝数变异(Copy number variation, CNV)是由基因组发生重排而导致的, 一般指长度为1 kb 以上的基因 组大片段的拷贝数增加或者减少, 主要表现为亚显微水平的缺失和重复。CNV 是基因组结构变异(Structural variation, SV)的重要组成部分。CNV 位点的突变率远高于SNP(Single nucleotide polymorphism), 是人类疾病的重要致病因素之一。目前, 用来进行全基因组范围的CNV 研究的方法有: 基于芯片的比较基因组杂交技术(array-based comparative genomic hybridization, aCGH)、SNP 分型芯片技术和新一代测序技术。CNV 的形成机制有多种, 并可分为DNA 重组和DNA 错误复制两大类。CNV 可以导致呈孟德尔遗传的单基因病与罕见疾病, 同时与复杂疾病也相关。其致病的可能机制有基因剂量效应、基因断裂、基因融合和位置效应等。对CNV 的深入研究, 可以使我们对人类基因组的构成、个体间的遗传差异、以及遗传致病因素有新的认识。 关键词: 拷贝数变异; 突变机理; 疾病; 人类基因组 Copy number variations in the human genome: their mutational mechanisms and roles in diseases DU Ren-Qian 1,2, JIN Li 1,2,3, ZHANG Feng 1,2 1. MOE Key Laboratory of Contemporary Anthropology , School of Life Sciences , Fudan University , Shanghai 200433, China ; 2. State Key Laboratory of Genetic Engineering , School of Life Sciences , Fudan University , Shanghai 200433, China ; 3. Institutes of Biomedical Sciences , Fudan University , Shanghai 200032, China Abstract: Copy number variation (CNV) is the main type of structure variation (SV) caused by genomic rearrangement, which mainly includes deletion and duplication of sub-microscopic but large (>1 kb) genomic segments. CNV has been recognized as one of the main genetic factors underlying human diseases. The mutation rate (per locus) of CNV is much higher than that of single nucleotide polymorphism (SNP). The genome-wide assays for CNV study include array-based comparative genomic hybridization (aCGH), SNP genotyping microarrays, and next-generation sequencing techniques. Various molecular mechanisms are involved in CNV formation, which can be divided into two main categories, DNA re-combination-based and DNA replication-based mechanisms. CNVs can be associated with Mendelian diseases, sporadic diseases, and susceptibility to complex diseases. CNVs can convey clinical phenotypes by gene dosage, gene disruption, gene fusion, and position effects. Further studies on CNVs will shed new light on human genome structure, genetic varia-tions between individuals, and missing heritability of human diseases. Keywords: copy number variation; mutational mechanism; diseases; human genome
基因突变引起的线粒体疾病：最新研究进展和所面临的挑战 线粒体病是所有遗传性疾病中最常见也是最复杂的疾病。尽管在过去的几年关于线粒体的研究进展有显著的进展，由线粒体基因和细胞核基因共同参与的线粒体病仍面临独特的挑战。对线粒体病的深入了解，在提高了诊断率的同时也发现了一些新的阻止严重的线粒体疾病的遗传方法。这些进步还有其他的进步对患者的治疗产生了很大的影响，但是仍然还有相当大的挑战，尤其在一些治疗性领域，哪些显现临床症状的患者合并有线粒体功能障碍和不同组织器官受损在很多线粒体病患者中都有发现。本综述挑选了线粒体病的一些最新进展，并且对其中重要的进展领域着重讨论。 线粒体疾病是人类遗传病中的一个重要组成部分，在这我们定义哪些遗传缺损引起线粒体氧化磷酸化反应主要缺陷的病变，氧化磷酸化反应是细胞ATP的主要来源。线粒体的电子传递链是人类生命必须的，由四个亚基组成的复合体（CI到CIV）和两个电子传递载体（辅酶Q和细胞色素C）组成。这个系统产生一个跨膜质子梯度被蛋白复合物成为复合物V（FoF1ATP合酶）利用合成ATP.ATP是细胞能量的重要来源。自由移动的呼吸复合体和流动的载体共同存在于线粒体内膜上形成一个大的结构称为呼吸链。 氧化磷酸化酶蛋白在线粒体基因和核基因组遗传物质的双重控制下。环形的线粒体基因组（mtDNA）有16569个碱基对组成，在所有的细胞中呈现多重拷贝。MTDNA仅仅编码37个基因产物，其中有13个多肽链式氧化磷酸化亚基的结构，还有22个转运RNAs（tRNA)和两个核糖体RNAs（rRNA)参与他们的合成反应。剩下的线粒体蛋白质包括大多数的氧化磷酸化亚基，装配元件，氧化磷酸化复合体的辅助因子，它们参与mtDNA的损伤修复和表达，细胞器内的蛋白体，和细胞核编码的线粒体动力学，在细胞质中合成，然后运输到线粒体中。 线粒体病的临床特点和患病率 线粒体疾病的巨大挑战之一是病人的临床症状有显著性差异，涉及不同的器官和系统。线粒体疾病可能出现在生命的各个时期。病人在童年发病往往有严重和累积性疾病由于隐性遗传核基因突变(3)。临床症状包括Leigh综合症和Alpers综合症,伴有明显的中枢神经系统受损。然而,有些病人可能会出现心脏、骨骼肌或其他器官的受累表现力遗传异质性。在成人发病患者中,以mtDNA突变为主,孟德尔疾常染色体显性遗传病是由于重要的基因产物突变引起的，如mtDNA复制结构原件(如DNA聚合酶γ(POLG)和解旋酶(PEO1)],通常也引起严重的常染色体隐性疾病在儿童时期,也可能在以后的生活中显现。和儿时临床症状一样的,有普遍认可临床表型在成人线粒体疾病中，包括进行性眼外肌麻痹,亚急性失明与leber遗传性视神经病变(LHON),MELAS(线粒体脑病、乳酸酸中毒和卒中样发作),MERRF(肌阵挛癫痫伴蓬毛样红纤维)。然而,许多患者不是很符合确定的临床综合症,这也许是因为特殊的原因有那些常见的m.3243 A >G的突变(4),在近三分之一的成年线粒体疾病患者中出，经常拖延病人诊断。 关于线粒体疾病的另一个关键目标是了解组织特异性与特定的线粒体基因型的关系。一个好的这方面的例子就是常见的仅仅涉及视神经方面初选LHON突变的患者(5)。据推测,视网膜神经节细胞对这些复杂突变特别敏感,但是有趣的是,同样的突变引起的LHON在其他一些患者中也会引起严重肌张力障碍无明显的眼部受累(6)。这也是例证，观察到表型差异在mt-氨酰基tRNA突变的患者中，尤其是普遍存在的酶突变的患者(见下文)。然而这种选择性的脆弱性,但并不是线粒体疾病唯一的,也见于许多神经系统疾病。这方面的进步缓慢,因为人类线粒体疾病建模困难。目前,修改线粒体基因组在一个特殊的方法是困难的(见下文),和许多不同的动物模型核遗传缺陷不能呈现人类的表型(7、8)。显然,mtDNA 的异质性无法解释显著的组织差异在这些疾病中,但有趣的地方是, 线粒体转录物也隐藏实质的异质性在正常个体(9);目前知之甚少关于可能导致这样的RNA异质性, 但是另一种方面氧化磷酸化构成成分可以变化在不同个体、组织或细胞的内部。