图 2：心肌病家族与mtDNA tRNALeu(UUR)

3303C>T突变的谱系 

究竟是什么原因导致了这个家族的不幸？仔细分析发现，该家族的发病符合母系遗传特征，因此，科学家对先证者及其家人的组织进行线粒体酶和mtDNA序列分析。

心脏组织的生化分析显示，在先证者与其弟弟的心脏中mtDNA编码亚基的呼吸链复合体的活性下降，特别是复合体I和IV。先证者的肌肉中也检出了部分缺陷。基于这些常规分子遗传学研究可以排除大规模mtDNA缺失，但常见的m.3243A>G，8344A>G或8993T>G/C突变均不符合临床特点。因此，研究人员进行了mtDNA的22个tRNA基因片段分析，结果显示只有与trnaleu(uur)基因对应的片段具有不同的迁移模式，而该片段在mtDNA的3303的位置存在C到T的转变。之后，对于这个家族的基因进行验证，发现先证者的心脏和肌肉及其弟弟的肌肉、心脏和血液中均为同质性突变。之后学者还研究了几个轻症和无症状母系亲属的血液DNA，发现先证者的母亲、姐姐、舅舅、姨妈和外祖母均有该突变，比例分别为82%、52%、9%、11%和28%。而在70个健康人群中未发现携带该突变。

因此，研究认为m.3303 C>T突变是线粒体心肌病的主要发病原因，具体如下:

(1) 突变与该病的遗传特点符合；并且在正常个体中从未报道过，在研究的70个健康对照中也没有发现；

(2) 该突变在一些家族成员中遵循母系遗传，临床上表现出异质性，这是mtDNA疾病常见的特征；

(3) 该突变破坏了线粒体tRNALeu(UUR)的氨基酰基茎环中高度保守的碱基对。这一缺陷涉及所有包含mtDNA编码亚基的呼吸链复合体，表明该突变导致线粒体蛋白质合成的广泛损伤。

但由于无法研究轻症亲属的血液以外的组织，则无法证明该突变是否存在组织分离的现象。由于轻症母亲(突变率为82%)与其重症患儿(突变率为100%)的血液中m.3303 C>T突变水平差异很小，所以该突变的临床发病阈值非常高。

在首次报道的家系中，突变的mtDNA在三个患儿的肌肉和血液中表现为同质性，而在几个轻症状和无症状母系亲属的血液中则表现为异质性，先证者母亲、姐姐、舅舅、姨妈和外祖母均携带有m.3303C>T突变，比例分别为82%、52%、9%、11%和28%。

另一项来自美国的研究，报道了8例来自4个新无血缘关系的m.3303C>T突变患者，患者1患有婴儿心肌病，肌肉和心脏中均检测到m.3303C>T且均为同质性的，其母亲、姐姐和妹妹外周血分别为67%、26%和74%，并且这些异质性的家庭成员均无症状；在第二个家系中，患者2表现为近端肌无力以及亚临床心脏病，肌肉和成纤维细胞检及高水平突变，分别为97%和92%，其无症状母亲血突变水平为58%；第三个家系中的患者3和4表现为孤立的骨骼肌病，患者5和6表现为骨骼肌病合并心肌病，4位患者肌肉中均为同质性突变；最后一个家系的患者7患有致命的婴儿心肌病，患者8患有骨骼肌病合并心肌病，肌肉中3303C>T突变为35%，心脏组织突变率为98%，但家系其他成员无临床症状。

随后，一项西班牙研究报道了一个携带m.3303C>T突变的家庭，先证者是一名6岁女孩，4个月大时出现肺炎，7个月大时因呼吸急促和嘴唇发绀入院，胸片显示中度心脏肥大，超声心动图显示左心室肥厚；运动发育迟缓，18个月才能独立行走；从3岁开始，运动耐受力差经常摔倒；5岁检查时，出现近端无力、腰椎前突，血乳酸水平升高。肌肉活检标本显示大量粗糙的红色纤维，细胞色素氧化酶活性呈阴性。超微结构分析显示线粒体增多、结构异常。肌肉生物化学显示呼吸链复合体I和IV存在缺陷，肌肉中的突变水平为95%，血液中为75%。患儿10岁姐姐和3岁妹妹，体健突变比例分别为42%和57%。患儿33岁的母亲和37的姨妈身材矮小，有抑郁症病史无神经、肌肉或心脏症状，外周血突变为25%，姨妈为20%。

综上，m.3303C>T的患者肌肉组织及血液中突变水平很高，几乎达到同质性，但家系其他轻症无症状的成员中的突变水平各不相同，表现为异质性。家系中健康的个体中也可能携带m.3303C>T突变，但水平一般不超过60%，这表明该突变的发病阈值非常高。2001年，一项日本报道称m.3303C>T突变引起的临床综合征往往表现出不同的组织受累模式，即在患者不同组织中m.3303C>T突变的比例是不同的，从胰腺的25%到脊髓的99%不等，因而不同组织所表现出来的临床症状各异。

图3：四个mtDNA tRNALeu(UUR)

3303突变家族的家系图

迄今为止，仍无有效的治疗方法来阻止线粒体肌病的进展，治疗方案仍然集中在对症治疗，主要包括恢复性的措施(如对于辅酶Q10合成缺陷的患者补充辅酶Q10)或由于生理应激因素(如脱水、发烧、手术、败血症)引起的急性代谢性疾病，在失代偿发作期间进行预防处理，可能会改善生活质量并潜在地增加预期寿命。但据研究报道，呼吸肌无力和骨骼畸形导致的潜在呼吸功能不全容易被忽视，往往在发生急呼吸衰竭需要插管和机械通气的时候才被发现。虽然目前有超过50项针对原发性线粒体疾病的临床试验，但大多数药理学的证据仍然存在争议。此外，新的基因和细胞治疗，如mtZFNs和mtTALENs已显示出在降低异质性和改善线粒体疾病的生化缺陷方面的益处。未来十年，线粒体疾病的治疗有望取得重大突破。

那么，携带3303C>T突变的妈妈该如何获得一个健康的宝宝呢？我们知道胚胎植入前遗传学检测（PGT）与产前诊断（PND）是目前预防线粒体遗传病有效方式，但是对于3303C>T携带突变的女性，目前报道的较少，是否能够筛选到低异质性或零异质性的胚胎以及突变的发病阈值仍不清楚。

参考文献：

[1]Campos Y, García A, Eiris J, Fuster M, Rubio JC, Martín MA, del Hoyo P, Pintos E, Castro-Gago M, Arenas J. Mitochondrial myopathy, cardiomyopathy and psychiatric illness in a Spanish family harbouring the mtDNA 3303C > T mutation. J Inherit Metab Dis. 2001 Nov;24(6):685-7. 

[2]Silvestri G, Santorelli FM, Shanske S, Whitley CB, Schimmenti LA, Smith SA, DiMauro S. A new mtDNA mutation in the tRNA(Leu(UUR)) gene associated with maternally inherited cardiomyopathy. Hum Mutat. 1994;3(1):37-43. 

[3]Bruno C, Kirby DM, Koga Y, Garavaglia B, Duran G, Santorelli FM, Shield LK, Xia W, Shanske S, Goldstein JD, Iwanaga R, Akita Y, Carrara F, Davis A, Zeviani M, Thorburn DR, DiMauro S. The mitochondrial DNA C3303T mutation can cause cardiomyopathy and/or skeletal myopathy. J Pediatr. 1999 Aug;135(2 Pt 1):197-202. 

[4]Hu C, Li X, Zhao L, Shi Y, Zhou S, Wu B, Wang Y. Clinical and molecular characterization of pediatric mitochondrial disorders in south of China. Eur J Med Genet. 2020 Aug;63(8):103898.