线粒体是不可或缺的细胞器，通过氧化磷酸化(OXPHOS)产生约90%的细胞能量。人类线粒体DNA (mtDNA)存在于线粒体内，由16569个碱基对的双链环状DNA分子组成。线粒体DNA的突变率比核DNA (nDNA)高10 ~ 100倍。大多数突变线粒体DNA基因组与野生型基因组在同一个细胞中共存，这种状态被称为异质性。当致病突变基因组水平超过异质性mtDNA变异的阈值时，会导致线粒体DNA相关疾病。 

m.3243A>G突变于1990年首次在线粒体脑肌病并发高乳酸血症和卒中样发作(MELAS)综合征患者中被发现。线粒体MT-TL1基因编码的线粒体tRNALeu(UUR)是线粒体DNA的主要致病突变之一。据报道，它在芬兰成人血液中的患病率为0.017%，而在英国新生儿队列中的患病率为0.14%。在澳大利亚，这种突变在成人毛囊中的患病率为0.236%，比血液中保留突变的时间更长，糖尿病患者血液中的患病率从1.07%到1.69%不等。 

m.3243A>G的表型高度复杂和多变，从无症状表型到致死性表型不等，部分取决于m.3243A>G异质性在细胞和组织中的水平和分布。线粒体DNA相关疾病仍然没有有效的治疗方法；只有支持性干预措施可用。因此，了解m.3243A>G突变的遗传学、分子机制和表型对于早期临床识别、遗传咨询和预防m.3243A>G遗传具有重要意义。在这篇综述中，我们讨论了m.3243A>G突变的特征，从遗传学到表型，以及它们之间的关系，以及影响因素和潜在的防止遗传的策略。

m.3243A>G的异质性可以在体细胞中从头产生，也可以遗传，而且突变水平在细胞和组织中可能是不同的。当体细胞分裂时，mtDNA分子随机分布到子细胞，可能导致它们之间的异质性水平不同，这一过程被称为无性分离。在非分裂细胞中，由于线粒体DNA不断降解和复制的松弛型复制过程，其突变异质性也是动态的。因此，在分裂和未分裂的细胞中，异质性可以通过随机的遗传漂移而变得更高或更低，或者保持稳定。 

尽管随机漂移在体细胞异质性转移中起着重要作用，但在m.3243A>G的情况下已经观察到了选择。不同的组织在出生时可能具有相似的突变负载，但随着年龄的增加，有丝分裂后细胞，如骨骼肌或尿液上皮细胞，往往比有丝分裂期的细胞，如毛囊和颊粘膜，具有更高和更稳定的异质性水平。血细胞往往拥有最低的线粒体DNA异质性水平。 

这一现象可以用以下发现来解释：在有丝分裂细胞的增殖过程中，突变的线粒体DNA可以被优先选择和去除，即纯化筛选。研究表明，MELAS患者肌肉和血液中突变的mtDNA水平可以变化，白细胞中m.3243A>G突变载量每年下降约1.4%-2.3%。Walker等人发现m.3243A>G携带者的T细胞中的异质性水平随着年龄的增长而显著降低。此外，随着年龄的增长，与平滑肌细胞相比，m.3243A>G的患者被发现在有丝分裂的胃肠道上皮细胞中携带较低的突变负荷，而导致突变载量下降的机制尚不清楚。这可能是由于有丝分裂通过吞噬选择性降解功能障碍的线粒体，导致突变的mtDNA分子被移除。或者，突变负荷较高的细胞可能具有代谢劣势和较短的寿命，从而使异质性较低的细胞占主导地位。 

另一方面，可能会发生有利于线粒体DNA突变的选择。尽管选择在有丝分裂后组织中似乎不那么有效，但可能存在一种机制，通过复制细胞的整个mtDNA来补偿有缺陷的线粒体。虽然异质性在名义上保持不变，但这将扩大细胞的OXPHOS能力。据报道，携带m.3243A>G的基因组具有轻微的复制优势，这是因为线粒体终止因子(MTERF)的结合减少，并且该基因座的复制停顿更少。在短期内，上述机制将确保足够数量的野生型mtDNA。然而，m.3243A>G突变载量会增加，最终损害细胞。据报道，其他有害的变种也存在这种现象，其中具有复制优势的mtDNA基因组以更高的速度复制，尽管OXPHOS受到损害。

遗传

线粒体DNA遗传中的遗传瓶颈是指，在成熟卵母细胞中，只有很小一部分mtDNA拷贝从卵原细胞传递到原始生殖细胞(PGC)，然后通过复制回到大约40万个拷贝，导致异质性的代间快速转变。Rebolledo等人估计遗传瓶颈的大小是30-35个线粒体DNA基因组。数学模型预测，mtDNA遗传瓶颈大小的细微差异将对异质性分离的规模产生巨大影响。此外，威尔逊等人发现携带m.8993T>G/C的患者比携带m.11778G>A、m.8344A>G或.3243A>G突变的患者表现出更快的异质性水平分离。在卵母细胞受精后，线粒体DNA拷贝总数被理解为保持不变直到胚泡植入子宫。令人惊讶的是，Monnot等人观察到m.3243A>G患者胚泡中mtDNA拷贝数相对于受精卵的拷贝数增加。拷贝数的增加与突变负荷的增加呈弱正相关，这表明在携带者的胚胎中，存在着一种补偿机制，以补偿高水平的m.3243A>G异质性造成的OXPHOS缺陷。在整个胚胎的水平上，不同胚胎的异质性差异很大，但所有胚胎的平均异质性水平与母体的异质性水平非常接近。 

可能存在三种机制来解释传播过程中的这种变化。目前，随机遗传漂移被认为是遗传mtdna突变载量的主要决定因素，而kimura分布被用来模拟遗传中mtdna分离的随机模式。Wonnapinij等人证实了木村分布在人类家系数据集中的拟合优度，该数据集检查了来自m.3243A>G突变携带者的82个单个初级卵母细胞的异质性分布，表明了随机的遗传漂移。另一项研究对577对传递m.11778G>A、m.3460G>A、m.8344A>G、m.8993T>G/C和m.3243A>G线粒体DNA突变的母子对也没有发现在传递过程中选择的证据。 

值得注意的是，m.3243A>G的遗传以及其他mtDNA突变导致的特征选择仍有可能存在偏向。在哺乳动物中，已经实验观察到对一些致病的mtDNA突变的强烈的纯化选择。在人类致病线粒体DNA突变的遗传中是否存在纯化选择，目前还不清楚在哪里或如何发生。到目前为止，已经证明在线粒体DNA瓶颈发生的PGCs中，从糖酵解代谢到氧化代谢的转换发生在发育的早期。这与非同义mtDNA变异的减少不谋而合，这表明这可能会使功能失调的mtDNA暴露在选择机制之下。Ma等人发现，有害的mtDNA突变在成熟的小鼠卵母细胞和POLG突变体雌性的植入前胚胎中大量存在，但在它们的活体后代中却不存在，这表明选择也可能发生在植入后的发育过程中。 

与此同时，Chinnery等人报告了m.3243A>G在母亲和后代之间的偏斜分布，这表明突变基因组的优先传递。然而，样本量仍然很小。此外，血液中m.3243A>G突变的水平随着年龄的增长而下降，如果不加以调整，就会导致代际比较中的偏见。在抽样中也可能存在确定偏差，因为症状严重或反复出现症状的家系更有可能被抽样。 

总体而言，没有令人信服的证据表明在遗传过程中选择支持或反对m.3243A>G，但需要进一步的研究。仍需要进一步的工作而技术上的挑战仍然存在。有证据表明，针对致病突变的选择与卵泡闭锁有关。高mtDNA突变负担也可能导致人类流产的增加。尽管这些可能性可能会导致抽样偏差，即无法获得携带较高水平线粒体DNA突变负载的样本，但仍缺乏确凿证据。

M.3243A>G的发病机制是由tRNALeu(UUR)的功能紊乱引起的，tRNALeu(UUR)主要负责解码UUR(R=A或G)密码子。转录后，tRNAs经历重要的转录后修饰，如折叠成三叶草型、甲基化和氨基酰化。M.3243A>G突变可能影响tRNALeu(UUR)的结构稳定性、甲基化、氨基酰化或密码子识别，从而进一步影响ETC组分的蛋白质合成并损害OXPHOS。具体地说，m.3243A>G突变破坏了tRNALeu(UUR)(腺嘌呤>90%)第14位高度保守的碱基与U8之间的三级相互作用，而U8通常参与L型三级折叠。这会导致tRNA加工和酶成熟错误，导致生化缺陷。m.3243A>G突变还可能导致mt-tRNALeu(UUR)的低甲基化，从而损害核编码的线粒体酶的功能。从MELAS患者收集的外周血细胞中也发现第二种修饰，2甲硫基化(MS2)，尽管tRNALeu(UUR)本身不是MS2修饰的。编码Phe、Tyr、Trp和Ser密码子的mt-tRNAs的这种修改也减少了，这表明反馈调节机制适应mt-tRNAs的修改，以响应线粒体异常翻译。此外，m.3243A>G突变导致亮氨酰-tRNA合成酶降低，从而显著丧失氨基酰化能力。有许多证据表明，由于m.3243A>G，tRNALeu(UUR)的氨酰化能力降低，体外氨基酰化活性降低25倍，这可以解释蛋白质合成减少的原因。最后，m.3243A>G突变阻碍了tRNA第一摆动位置5-牛磺酸-甲基-2-硫代尿苷(Taum(5)U)的正常牛磺酸修饰，并损害了mt-tRNALeu(UUR)反密码子与mRNA密码子的配对。

 由此产生的能量缺乏刺激了小血管平滑肌和内皮细胞的线粒体增殖，导致血管损伤和多器官微血管系统的灌流障碍。此外，m.3243A>G突变还可以影响核基因的表达，导致糖酵解率高，乳糖产量增加，葡萄糖氧化减少。最后，m.3243A>G突变表现出对NADH代谢的破坏性影响，进一步减少了ATP的产生，钙调节紊乱，并增加了细胞质的钙负荷。

神经系统

神经系统症状是m.3243A>G最突出的表型。80%的MELAS综合征病例与m.3243A>G有关，最常见的发病年龄是2-40岁，尽管有报道过晚发病例。SLEs是MELAS综合征的典型症状，表现为颞叶、枕叶和顶叶的皮质和皮质下区T2加权信号区增加，这与经典的血管分布不同，证明了可变的病变可逆性。最近的一项研究报告了SLEs中不匹配的低代谢，这可能是由于线粒体利用葡萄糖的能力降低所致。 

癫痫是线粒体疾病的共同特征，可观察到全身性和局灶性癫痫，在m.3243A>G的病例中具有典型的潜伏性起病和持久的病程。同时，与POLG相关的MELAS患者具有快速的发病和进展。神经元能量代谢受损以及神经元和神经网络的结构和功能完整性受损可能导致M.3243A>G相关的神经系统疾病。 

其他症状包括多发性神经病、偏头痛和神经痛。最近对109名MELAS患者的研究发现，90%的MELAS综合征患者有周围神经病变，其中65%为感觉轴索型，16%为感觉运动性轴索型和感觉运动性脱髓鞘型。偏头痛患者中m.3243A>G的患病率约为48.8%，远高于一般人群，且偏头痛患者的患病率也较高。M.3243A>G突变可能通过增加氧化应激、损害血管内皮细胞切应力以及干扰一氧化氮、精氨酸和瓜氨酸的合成来诱发偏头痛。Leigh综合征(亚急性坏死性脑病)和NARP综合征(神经病、共济失调和视网膜色素变性)也有报道。

致病性mtDNA突变可导致心肌葡萄糖摄取减少，从而增加心脏能量受损。结果表明，m.3243A>G成人猝死综合征可能是由于心肌中广泛存在的呼吸链缺陷。临床特征包括肥厚型或扩张型心肌病和传导障碍，其中肥厚型心肌病最常见，传导障碍最少。m.3243A>G携带者最常见的传导障碍是Wolff-Parkinson White综合征继发室性异位搏动。心肌病的存在会恶化患者的预后。室内传导阻滞、糖尿病、室性早搏和左心室肥厚是主要不良心脏事件的独立预测因素。Imai-Okazaki等人报告称，两名死于心肌病的儿童表现出高负荷的心肌组织突变(80%-90%)，这表明高水平的异质性可能导致急性严重心脏病。在m.3243A>G携带者中检测心脏病具有强大的治疗和预后意义。

线粒体在视网膜色素上皮(RPE)、角膜内皮等细胞中起重要作用。据报道，M.3243A>G与视力障碍有关，包括色素视网膜病变、黄斑模式营养不良和视神经萎缩。最近的一项荟萃分析发现，在m.3243A>G突变相关线粒体病患者中，视网膜病变的患病率很高(74.4%)，并且与视力和年龄呈线性相关。人生的第五个十年被确定为视力丧失的拐点。视网膜病变的眼底表现已被描述为从轻微的RPE斑点到晚期和弥漫性萎缩。黄斑营养不良在MIDD患者中是一种常见的疾病，它可能会降低新陈代谢，减少视网膜的氧耗，从而防止糖尿病视网膜病变的发展。虽然许多视网膜病变患者在年轻时没有症状，但一些更敏感的方法(如眼底自体荧光多模式成像和光学相干断层扫描)可以帮助早期诊断。

听力障碍是M.3243A>G的另一种常见临床表现。在一项涉及英国238例M.3243A>G患者的研究中，高达81%的患者有听力障碍，这是最常见的症状。如前所述，听力障碍的主要类型是感觉神经性耳聋，这在MIDD中很常见，以及外周前庭功能障碍。Midd的听力损失，男性比女性更多，通常开始逐渐开始，双侧发生，随着时间的推移可能变得严重。到中年后期，M3243A>G患者听力损失的患病率高达767/10万。

消化系统

由m.3243A>G引起的胃肠道症状非常常见，据报道，76%的突变患者有胃肠道不适，包括呕吐、腹泻和便秘。其病理生理机制尚不清楚，但很可能涉及肌间神经丛神经病和伴有平滑肌COX缺陷的内脏肌病。肠假性梗阻(IPO)是一种罕见但严重的胃肠道并发症，死亡率约为50%。在英国接受检查的226名患有m.3243A>G的患者中，30名患者(13%)出现了急性IPO，这可能导致多器官恶化。

其他系统

M.3243A>G突变通常被发现为异质性。文献中只有一例报道M.3243A>G同质突变的病例，被发现于一个结直肠癌的样本中。在m.3243A>G患者中，那些具有较高年龄调整的异质性水平的患者通常有更严重的表型和疾病进展。由于疾病的严重程度和进展在个体之间差异很大，3243A>G的表型和异质性水平之间的关系很难区分。疾病表型与尿液中m.3243A>G突变的相关性比与组织中的相关性更好，因为它包括从肾盂、输尿管、膀胱和尿路表面脱落的有丝分裂后细胞。 

在临床研究中，据报道，白细胞中m.3243A>G异质性水平的增加与血红蛋白A1c水平的增加和总髋部骨密度T分数的降低有关；颊上皮中m.3243A>G异质性水平与心肌葡萄糖摄取呈负相关，而年龄调整后的血液异质性水平与SLEs的风险显著相关。然而，在纵向研究中，这种联系变得很弱。De Laat等人(2021)对151名m.3243A>G患者进行了6年的跟踪调查，发现表型进展缓慢，白细胞异质性水平与病情严重程度关系不大。在MELAS中也报道了类似的结果，在MELAS中，异质性与糖尿病的发病和诊断年龄负相关，但与临床严重程度或进展无关。 

对于上述情况，可能有几种解释。首先，异质性的水平和分布在不同的组织类型之间可能不同。新陈代谢水平高的组织，如大脑和心脏，在活人身上很难取样，所以在其他研究中报告的大脑或心脏组织中高达90%的异质性水平在活体血液样本中通常是检测不到的。第二个原因可能是随着年龄的增长，异质性改变导致的不准确。最近的研究表明，经年龄调整的血液的异质性水平与疾病负担更密切相关，而不是原始血液的异质性水平。Grady等人提出了血液中异质性水平的校正公式：调整后的异质性水平=血液异质性/0.977(年龄+12岁)，调整后的血液中的异质性水平、年龄和性别是表型的准确预测因素。 

Pickett等人发现性别在英国m.3243A>G患者的表型中起着决定作用，男性中上睑下垂、肌病和中风样发作的发生率更高。芬兰的一项研究还表明，男性患者的听力损失程度高于女性，男性是听力损失严重程度的风险因素。男性尿中m.3243A>G异质性水平平均高19.2%，性别调整后的尿异质性水平与临床进展的相关性更好，尽管这可能是由于细胞含量的差异。总体而言，在线粒体DNA相关疾病中，性别之间的表型差异可能是常见的。

m.3243A>G报告的多样性使得遗传咨询和选择生殖选项极具挑战性。近几十年来，已经优化了预防线粒体DNA遗传病遗传的程序；产前诊断(PND)、PGD、MRT和卵子捐赠。PND用于通过测量胎儿的异质性来预测胎儿在出生后受到严重影响的风险，最常用的方法是绒毛取样(CVS)和羊水样本(AFS)。然而，CVS的可靠性是值得怀疑的，因为活组织检查并不代表怀孕后期胎儿的异质性。同时，AFS已被证明在出生后具有与脐带血相似的异质性水平。目前，胎儿异质性水平低于30%通常被定义为低危，高于60%被定义为高危。Steffann等人检测了51名线粒体突变携带者(包括26名m.3243A>G携带者)的胎儿AFS或CVS的异质性，发现异质性从母亲传给胎儿的风险为73%，其中异质性<30%的胎儿21例，30%-60%的异质性21例，>60%的15例。胎盘作为一个整体似乎是胎儿异质性的可靠反映，但胎盘的异质性分布非常不均匀。PND费用较低，可能适合复发风险较低的父母。然而，由于表型的高度变异性和缺乏大量数据，存在一个中间的异质性区域，这将呈现未知的表型，使患者很难决定继续或终止妊娠。 

PGD利用植入前胚胎的一个或几个细胞的异质性测量。然后可以选择没有突变负载或突变负载非常低的健康胚胎进行胚胎移植。在大多数情况下，卵裂胚胎的卵裂球活检似乎代表了整个胚胎，对于m.3243A>G，单个卵裂球活检足以做出可靠的PGD诊断。尽管极体活检是可行和实用的，但研究表明，在极体中确定的异质性并不能准确地反映胚胎的异质性。滋养外胚层活组织检查可以对更多的细胞和对胎儿发育没有贡献的细胞进行活组织检查，从而使其对胚胎发育的损害可能比卵裂球活组织检查更小，但其准确性尚未得到证实。在PGD中，一个关键的考虑因素是识别安全胚胎的异质性阈值。最近的研究表明，对于大多数mtDNA突变来说，将18%作为异质性的截断值是安全的，尽管m.3243A>G是一个例外，其可能需要较低的水平(<15%)。 

如果所有由女性携带者生产的胚胎都具有高突变负荷，就像本身携带高水平突变负荷的女性更有可能那样，PGD无能为力，必须考虑MRT。然而，MRT在大多数国家并未被批准用于临床，还需要更多的临床试验来证实其安全性和有效性。捐献卵子的治疗可以完全阻止有害突变的遗传，但在一些国家它仍然面临伦理和法律挑战。 

总体而言，异质性水平是遗传咨询的关键因素。异质性的分析必须彻底，因为不同的组织可能含有不同的异质性水平。异质性水平也应根据年龄进行调整，以获得准确的解释。重要的是，Rebolledo发现母亲的受孕年龄与孩子突变负荷的增加呈正相关，这可能归因于卵母细胞的老化。因此，必须考虑患者的年龄。无论患者可以选择哪些程序，在遗传咨询中都应该考虑更广泛的因素。随着年龄的增长，成熟卵母细胞可能携带更高的突变负荷，卵巢功能可能会下降，这可能会影响PGD和MRT的成功机会。一项研究发现，在老年孕妇的后代中，mtDNA突变的数量更高。由于核遗传因素很难准确确定，因此也可以考虑家庭成员的疾病发病率。最后，研究表明mtDNA拷贝数与异质性水平和表型有关，因此建议在做出临床决定之前测量肌肉活检中的mtDNA拷贝数。

本文就m.3243A>G线粒体病的临床表型和遗传特征作一综述。近年来，m.3243A>G突变的特征得到了广泛的研究。mtDNA 3243位点的异质性可能比以前认为的更常见。随着时间的推移，漂变和选择似乎都影响m.3243A>G的异质性。此外，阐明核基因表达的作用为m.3243A>G影响的途径提供了更多的信息，并为理解疾病的病理效应揭示了新的切入点。最后，我们详细介绍了临床医生目前可用的遗传干预措施，为m.3243A>G线粒体疾病的家庭提供积极的生殖选择。 

在不久的将来还需要进行广泛深入的研究。未来的工作必须揭示在现有模型中漂移和选择对改变异质性的确切贡献。进一步阐明疾病的发病机制去理解为什么线粒体疾病中的特定患者具有组织特异性表型并指导新疗法的开发也是必要的。