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线粒体的遗传规律和发病规律一、引言线粒体是细胞内的一种特殊细胞器，其主要功能是参与能量代谢过程。
线粒体拥有自己的基因组，称为线粒体DNA（mtDNA），其遗传规律与核基因不同。
本文将介绍线粒体的遗传规律和发病规律。
二、线粒体的遗传规律1. mtDNA的结构mtDNA是环状分子，大小约为16.6kb，含有37个基因，其中13个编码蛋白质、22个编码tRNA和2个编码rRNA。
mtDNA存在于线粒体内，每个线粒体通常含有2-10份mtDNA分子。
2. mtDNA的复制方式mtDNA复制是由多种酶和蛋白质协同完成的。
在细胞分裂时，每个新细胞都会获得一定数量的线粒体，并且这些新细胞中每一个线粒体都会含有相同数量和类型的mtDNA分子。
3. mtDNA的遗传方式mtDNA是通过母亲遗传给下一代。
这是因为在受精卵形成过程中，只有母亲提供了大部分线粒体和其中的mtDNA。
父亲提供的只有少量或没有线粒体和mtDNA。
4. mtDNA突变由于mtDNA的复制方式不同于核基因，因此其突变率也比较高。
这些突变可能会导致线粒体功能障碍和疾病的发生。
三、线粒体的发病规律1. 线粒体疾病的分类线粒体疾病是一类由mtDNA遗传突变引起的遗传性疾病，主要包括以下几种类型：（1）线粒体脑肌（MELAS）综合征：主要表现为中枢神经系统和肌肉功能障碍。
（2）线粒体脑卒中样发作（MERRF）综合征：主要表现为抽搐、共济失调、视力障碍等。
（3）非典型家族性震颤麻痹（NARP）：主要表现为神经系统和肌肉功能障碍。
2. 线粒体疾病的诊断方法目前，诊断线粒体疾病主要依靠以下几种方法：（1）临床表现：根据患者的临床表现进行初步判断。
（2）遗传学检测：通过对患者和家族成员的mtDNA进行分析，确定是否存在突变。
（3）生化检测：通过对血液、尿液等样本的生化指标进行分析，确定是否存在线粒体功能障碍。
3. 线粒体疾病的治疗方法目前，线粒体疾病的治疗方法主要包括以下几种：（1）对症治疗：根据患者的临床表现进行对症治疗。
第6章线粒体遗传病-第七章线粒体疾病的遗传（一）A型选择题1．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DNAC．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2．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3．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4．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5．下列哪种是线粒体基因不可能发生的突变（）A.碱基的缺失B．碱基的插入C.拷贝数增加D．拷贝数减少E．动态突变6．由于线粒体DNA缺失引起的线粒体遗传病是()。
A．Kearn-Sayre综合征(KSS)B．肌阵挛性癫痫伴破碎红纤维病C.Leber遗传性视神经病D．MELAS综合征E．遗传性痉挛型截瘫（二）某型选择题1．下面关于线粒体遗传系统的正确描述是A．可编码线粒体中全部的tRNA、rRNAB．能够独立复制、转录，不受nDNA的制约C．在细胞中有多个拷贝D．进化率极高，多态现象普遍E．所含信息量小2．线粒体异质性A．指长度异质性B．指序列异质性C．发生率与年龄相关D．在神经、肌肉系统中发生率高E．高发于Ｄ环区，导致线粒体疾病3．“阈值效应”中的阈值A．指细胞内突变型和野生型mtDNA的相对比例B．易受突变类型的影响C．个体差异不大D．有组织差异性E．与细胞老化程度无关4.下面哪些组织容易受到线粒体DNA突变的影响()A．大脑B．骨骼肌C．心脏D．肝脏E．脾脏5．mtDNA高突变率的原因是A．缺乏有效的修复能力B．基因排列紧凑C．易发生断裂D．缺乏非组蛋白保护E．复制频率过低（三）名词解释1．mtDNA2．异质性3．阈值效应（四）问答题1．什么是mtDNA？它有什么特性？2．说明线粒体的遗传规律和发病规律。
线粒体遗传病名词解释医学遗传学
线粒体遗传病指的是由基因突变引起的线粒体功能异常，导致身体各器官受损的疾病。
线粒体遗传病具有母系遗传性，即通过母亲传递给下一代。
常见的线粒体遗传病包括点突变性疾病、突变缺失性疾病和大量增殖性疾病等。
早期常见的症状为肌肉无力、疲劳、视力受损等。
由于该类疾病的特殊遗传模式，其诊断和治疗方式与其他遗传病存在很大区别。
目前，研究者在线粒体基因突变治疗方面取得了一定的进展，为相关疾病的诊治带来新思路。
《医学遗传学》背诵重点第一章绪论【名词解释】1、遗传性疾病（genetic disease）：简称遗传病，是指遗传物质改变（基因突变或染色体畸变）所引起的疾病。
2、先天性疾病：是指个体出生后即表现出来的疾病。
大多数是遗传病与遗传因素有关的疾病和畸形。
3、家族性疾病:是指某些表现出家族性聚集现象的疾病，即在一个家族中有多人同患一种疾病。
【简答题】遗传病的特征及分类（1）特征：①垂直遗传②基因突变或染色体畸变是遗传病发生的根本原因，也是遗传病不同于其他疾病的主要特征。
③生殖细胞或受精卵发生的遗传物质改变才能遗传，而体细胞中遗传物质的改变，并不能向后代传递。
④遗传病常有家族性聚集现象。
（2）分类：（一）单基因病：由染色体上某一等位基因发生突变所导致的疾病。
①常染色体显性遗传病②常染色体隐性遗传病③X连锁隐性遗传病④X连锁显性遗传病⑤Y连锁遗传病⑥线粒体遗传病（二）多基因病：由两对以上的等位基因和环境因素共同作用所致的疾病。
（三）染色体病：染色体数目或结构改变所致的疾病。
（四）体细胞遗传病：体细胞中遗传物质改变所致的疾病。
第二章基因【名词解释】1、基因(gene)：是合成一种有功能的多肽链或者RNA分子所必需的一段完整的DNA序列。
2、断裂基因(split gene)：真核生物结构基因包括编码序列和非编码序列两部分，编码顺序在DNA分子中是不连续的，被非编码顺序分隔开，形成镶嵌排列的断裂形式，因此称为断裂基因。
3、基因突变(gene mutation)：是DNA分子中核苷酸序列发生改变，导致遗传密码编码信息改变，造成基因的表达产物蛋白质的氨基酸变化，从而引起表型的改变。
4、外显子(exon)：编码顺序称为外显子5、内含子(intron)：非编码顺序称为内含子6、多基因家族(mumlti gene family)：指某一共同祖先基因经过重复和变异所产生的一组基因。
来源相同、结构相似、功能相关。
7、假基因(pseudo gene)：基因序列与具有编码功能的类α和类β珠蛋白基因序列类似，因为不能编码蛋白质，所以称为假基因。
第九章线粒体遗传病一、概述线粒体(mitochondria)是真核细胞的能量代谢中心。
1963年Nass首次在鸡卵母细胞中发现线粒体中存在DNA，同年Schatz分离到完整的线粒体DNA(mtDNA)。
1987年Wallace等通过对线粒体DNA突变与Leber病之间的关系的研究，提出mtDNA突变可引起人类疾病，目前已发现100余种mtDNA突变引起的疾病。
线粒体遗传病属母系遗传，是由有性生殖中受精方式决定的。
第一节线粒体遗传病的临床症状与基因突变1．线粒体遗传病的临床症状：主要是肌肉系统。
如骨骼肌病，心肌病，突发性肌阵挛，另有耳聋、失明、贫血，糖尿病和大脑供血异常(休克)等。
2．MtDNA突变与线粒体遗传病：线粒体遗传病是否出现临床症状取决于：①在胚胎发育早期突变的线粒体DNA复制与分离程度。
若有突变的mtDNA复制率降低，则造成的影响小。
②突变的mtDNA在某一特定组织中存在的数量。
组织中突变的mtDNA要达到一定量(阈值)，才可形成临床症状。
3．线粒体遗传病的传递方式：①母系遗传。
因受精卵中无精子的细胞质。
②当子代所获得的突变mtDNA达不到出现临床症状的阈值时，母系遗传特点不明显。
一、线粒体遗传病(一)MERRF综合征(MIM545000)MERRF综合征又称肌阵挛?痫和破碎红纤维病(myoclonnus epilepsy and ragged-red fibers,MERRF)。
一种线粒体脑肌病，具有多系统紊乱的症状，包括线粒体缺陷和大脑与肌肉的功能变化。
1．主要症状：肌阵挛性癫痫的短暂发作（周期性抽搐），共济失调，感觉神经性听力丧失，轻度痴呆，耳聋，脊髓神经退化，肌细胞减少引起的扩张性心肌病，肾功能异常等症状。
2．发病机理：mtDNA8344G的点突变引起，该突变使tRNAlys发生改变，减少了线粒体蛋白质的整体合成水平，而且除复合物Ⅱ以外的氧化磷酸化成分含量降低，尤其是呼吸链酶复合物Ⅰ和Ⅳ的含量降低。
第章线粒体遗传与线粒体疾病 2 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。 3
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 1．底物转运缺陷 肉碱棕榈酰基转移酶（CPT）缺陷 肉碱缺陷（肉碱转运体缺陷） 2．底物利用缺陷 丙酮酸脱氢酶复合体（PDHC）缺陷 β-氧化缺陷 3．Krebs循环缺陷 延胡索酸酶缺陷 乌头酸酶缺陷 α-酮戊二酸脱氢酶缺陷 4．电子传导缺陷 复合体Ⅰ、Ⅴ
复合体Ⅱ 复合体Ⅲ 复合体Ⅳ 复合体Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ联合缺陷 5．氧化磷酸化偶联缺陷 Luft’s病 复合体Ⅴ缺陷
二、遗传分类 4
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 缺陷位置 遗传方式 遗传特征 生化分析 nDNA缺陷 组织特异基因 孟德尔式 组织特异综合征 组织特异单酶病变 非组织特异基因 孟德尔式 多系统疾病 广泛性酶病变 mtDNA缺
陷 点突变 母性遗传 多系统、异质性 特异单酶病变 广泛性酶病变 5
缺失 散发 PEO，KSS，Pearson 广泛性酶病变
nDNA和mtDNA联合缺
陷 多发性mtDNA缺失 AD/AR PEO 广泛性酶病变
mtDNA缺失 AR 肌病、肝病 组织特异
多酶病变 注：PEO：进行性眼外肌麻痹；KSS：眼肌病；Pearson：骨髓/胰腺综合征
第三节 mtDNA突变引起的疾病 线粒体病是一组多系统疾病，因中枢神经系统和骨骼肌对能量的依赖性最强，故临床症状以中枢神经系统和骨骼肌病变为特征，如果病变以中枢神经系统为主，称为线粒体脑病；如果病变以骨骼 6
肌为主，称为线粒体肌病；如果病变同时侵犯中枢神经系统和骨骼肌，则称为线粒体脑肌病。线粒体疾病通常累计多个系统，表现型有高度差异。 mtDNA与nDNA有不同的遗传特性，因此mtDNA突变所引起疾病的遗传方式、病因、病程也有其自身特性。由于线粒体基因组和生化的复杂性，使线粒体疾病发病机制非常复杂，表现型很不一致。不同的mtDNA突变可导致相同疾病，而同一突变也可引起不同表型，并且通常与突变mtDNA的异质性水平和组织分布相关。如A8344G、T8356C均可导致MERRF；又如低比例的T8993G（ATPase6基因）点突变导致NARP，比例>90%时导致Leigh病；高比例的A3243G突变造成MELAS，低比例时可导致母系遗传的糖尿病和耳聋（表13-3）。 目前已发现越来越多的疾病与线粒体功能障碍有关，如2型糖尿病、肿瘤、帕金森病、心肌病及衰老等。
表13-3 一些mtDNA突变相关的疾病 突变 相关基因 表型 nt-3243 tRNALeu(UUR) MELAS、PEO、
NIDDM/耳聋 nt-3256 tRNALeu(UUR) PEO nt-3271 tRNALeu(UUR) MELAS nt-3303 tRNALeu(UUR) 心肌病
nt-3260 tRNALeu(UUR) 心肌病/肌病 7
nt-4269 tRNAIle 心肌病
nt-5730 tRNAAsn 肌病(PEO)
nt-8344 tRNALys MERRF nt-8356 tRNALys MERRF/MELAS nt-15990 tRNAPro 肌病
nt-8993 A6 NARP/LEIGH nt-11778 ND4 LHON nt-4160 ND1 LHON nt-3460 ND1 LHON nt-7444 COX1 LHON nt-14484 ND6 LHON nt-15257 Cyt6 LHON
一、Leber遗传性视神经病 Leber遗传性视神经病（Leber hereditary optic neuropathy，LHON）于1871年由Leber医生首次报道，因主要症状为视神经退行性变，故又称Leber视神经萎缩。患者多在18～20岁发病，男性较多见，个体细胞中突变mtDNA超过96％时发病，少于80％时男性病人症状不明显。临床表现为双侧视神经严重萎缩引起的急性或亚急性双侧中央视力丧失，可伴有神经、心血管、骨骼肌等系统异常，如头痛、癫痫及心律失常等。 诱发LHON的mtDNA突变均为点突变。1988年，Wal1ace等发现LHON患者OXPHOS复合物Ｉ（NADH脱氢酶）的ND4亚单位基因第11778位点的碱基由Ｇ置换为Ａ（G11778A，称Wal1ace突变），使ND4的第340位上1个高度保守的精氨酸被组氨酸取代，ND4的空间构型改变，NADH脱氢酶活性降低和线粒 8
体产能效率下降，视神经细胞提供的能量不能长期维持视神经的完整结构，导致神经细胞退行性变、死亡。近年来，已相继报道有更多mtDNA点突变与LHON相关，均可引起基因产物的氨基酸替换，其中除G11778A外，G14459A（ND6）、G3460A（ND1）、T14484C（ND6）、G15257A（cyt b）等4个位点对LHON也有重要作用。这5个位点的突变虽然均导致LHON，但临床严重程度有较大差异，以G14459A引起的症状最为严重，T14484C和G15257A引起的症状较轻。 LHON家系中mtDNA可有多个点突变，并且可观察到2个以上突变的协同致病作用，遗传学研究表明，LHON患者mtDNA的多发突变之间存在某种联系，这些突变可分原发性突变和继发性突变，mtDNA某一“原发”突变或nDNA遗传缺陷可导致“继发”突变。单一的原发性突变即可引起LHON（称原发性LHON），临床严重程度随突变位点不同而异；继发性突变往往以某型突变为主，伴发其他类型突变（二次突变或nDNA突变），才能引起LHON（继发性LHON）。 利用LHON患者的特异性mtDNA突变，可进行该病的基因诊断。例如，mtDNA第11778位G→A是LHON患者最常见的突变类型，该突变可导致原有的限制性内切酶sfaNⅠ的切点消失，正常人mtDNA经sfaNⅠ酶切后产生915bp、679bp两个片段，而LHON患者mtDNA经酶切后只产生1590bp片段。
Leber’s hereditary optic neuropathy(LHON) 1.LHON has been linked to point mutations in the mtDNA. 2.LHON is expressed predominantly in males of the lineage≥unexplained. 3.The onset of visual loss typically occurs between the age of 15 and 35 years. 4.Visual loss is painless, central, and occurs in one eye week to months 9
before second eye involvement. On rare occasions, the disease may remain clinically monocular.
二、线粒体脑肌病 线粒体脑肌病（mitochondria1 encephalomyopathies，ME）是一组由于线粒体功能缺陷引起的多系统疾病，以中枢神经和肌肉系统病变为主，特征是呼吸链酶活性正常的肌纤维与酶活性缺失的肌纤维混合。患者各种组织内mtDNA的突变类型、分布各不相同，所以表现出不同的症状，多表现为肌力低下、易疲劳、小脑失调、耳聋、痴呆、代偿性高乳酸血症等。根据临床表现，将线粒体脑肌病分为：伴有破碎红纤维的肌阵挛癫痫（myoclonic epilepsy and ragged red fibers，MERRF）、线粒体脑肌病合并乳酸血症及卒中样发作(mitochondrial encephalomyopathy with lactic acidosis，and stroke-like episodes，MELAS)，Kearns-Sayre综合征（KSS）、慢性进行性眼外肌瘫痪（chronic progressive external ophthalmoplegia，CPEO）、神经源性肌软弱、共济失调并发色素性视网膜炎（neurogenic muscle weakness,ataxia,and retinitis pigmentosa，NARP）和Leigh综合征（Leigh sysdrom，LS）等几种。 （一）伴有破碎红纤维的肌阵挛癫痫（MERRF） MERRF患者通常10～20岁发病，主要临床表现为阵发性癫痫，伴有进行性神经系统障碍（智力倒退、共济失调、意向性震颤），患者肌纤维紊乱、粗糙，线粒体形态异常并在骨骼肌细胞中积累，用Gomori Trichrome染色显示为红色，称破碎红纤维。 MERRF最常见的突变类型是mtDNA第8344位点（位于tRNALys基因处）A→G的碱基置换，破坏了tRNALys中与核糖体连接的TΨC环，结果影响了OXPHOS复合体Ⅰ和复合体Ⅳ的合成，造成OXPHOS功能下降，导致患者多系统病变。 （二）线粒体脑肌病合并乳酸血症及卒中样发作（MELAS）
