《Neurology Genetics》：Clinical Heterogeneity and Candidate Biomarkers in POLG-Related Mitochondrial Disease
编辑推荐：
本综述通过分析34例POLG变异患者队列，系统阐明了POLG相关线粒体疾病的广泛临床谱系与高表型重叠，揭示了其缺乏明确的基因型-表型相关性。研究评估了GDF-15、NF-L等血浆生物标志物及肌肉mtDNA拷贝数与多缺失，指出GDF-15和NF-L分别作为线粒体功能障碍和神经轴索损伤的潜在生物标志物，强调多发性mtDNA缺失是致病主要机制。研究为提升诊断精度、理解疾病异质性及未来治疗策略开发提供了重要数据支持。
引言
原发性线粒体病是一组由氧化磷酸化系统功能障碍引起的异质性遗传病。DNA聚合酶γ负责线粒体DNA复制，由核基因POLG编码。POLG相关疾病谱系广泛，包括Alpers-Huttenlocher综合征、肌脑肝病谱系、共济失调-神经病谱系及进行性眼外肌麻痹等，但临床重叠常见。此前尚未建立明确的基因型-表型相关性，且表型变异性大，一线检查如乳酸或肌酸激酶敏感性有限，常导致诊断延迟。本研究旨在综合表征POLG相关疾病患者，并探索循环生物标志物GDF-15、NF-L及肌肉组织中线粒体DNA拷贝数的诊断和预后效用。
方法
研究纳入了来自7个西班牙三级中心的34例经确认携带致病性POLG变异的患者，对其临床表型、分子发现及生物标志物进行了评估。临床评估作为常规护理的一部分，疾病严重程度使用改良Rankin量表和纽卡斯尔线粒体病成人量表进行评分。患者根据主要临床特征进行表型分类。血浆GDF-15浓度在16例患者和41例年龄匹配的健康对照中使用定量电化学发光免疫分析法进行测定。14例患者的血浆NF-L水平使用超灵敏Simoa平台测量。对28例患者进行了肌肉活检，用于常规组织化学和免疫组织化学分析，并通过Southern印迹和/或长片段PCR评估了mtDNA缺失。通过定制二代测序面板或全外显子组测序鉴定POLG变异，并根据ACMG指南和ClinGen规范评估其致病性。使用定量PCR对16例患者和16例对照的肌肉活检样本进行mtDNA拷贝数绝对定量。统计分析使用RStudio进行。
结果：临床特征
队列包括34例患者，平均发病年龄31.5岁。根据发病年龄分类，最常见的是青少年/成人发病。常染色体隐性遗传占主导地位。上睑下垂和眼肌麻痹是最常见的特征。肌肉无力见于多数患者，周围轴索性神经病在受试者中亦常见。其他特征包括感觉异常、共济失调、构音障碍、吞咽困难等。癫痫、肝病和卒中样发作在本队列中患病率较低。表型分类显示，共济失调-神经病谱系是最主要的表型类别。临床特征因发病年龄而异。疾病严重程度评分显示，发病年龄与严重程度呈中度负相关趋势。
结果：脑成像
脑部MRI结果显示，部分患者存在脑萎缩、小脑萎缩、白质脑病或缺血性病变，但缺血性病变很可能与潜在疾病无关。
结果：实验室、肌肉活检和遗传学发现
传统生物标志物如肌酸激酶和乳酸缺乏敏感性。血浆GDF-15水平在患者中显著高于对照，在87.5%的患者中升高，且与乳酸水平呈正相关。GDF-15水平在肌病表型和ANS表型患者间无显著差异。血浆NF-L水平在78.6%的受试者中升高，但与表型或临床严重程度无关，在ANS与肌病表型患者间也无差异。肌肉活检显示，大多数患者存在线粒体功能障碍的组织学迹象。多重mtDNA缺失在肌肉组织中检出率很高。患者肌肉中的平均mtDNA拷贝数显著低于对照组，但未发现与表型或遗传模式相关的差异。共鉴定出20种不同的POLG变异。最常见的变异是与常染色体隐性遗传相关的p.[Thr251Ile; Pro587Leu]、p.(Ala467Thr)和p.(Trp748Ser)。未在隐性变异中发现清晰的基因型-表型相关性。
讨论
本研究详细描述了POLG相关疾病的临床特征，突出了表型多样性及重叠。与既往报道的队列相比，本队列早期发病患者比例较低，且无肝病或卒中样发作病例。最常见的POLG变异与既往报告一致，但未发现明确的基因型-表型相关性，凸显了疾病的显著异质性。肌肉活检在本队列中显示出较高的敏感性。在生物标志物方面，GDF-15作为线粒体功能障碍的生物标志物表现出潜力，但在不同表型间无差异。NF-L作为神经轴索损伤的标志物在多数患者中升高，但与疾病严重程度不相关。肌肉mtDNA拷贝数分析显示患者存在中度降低，但多发性mtDNA缺失而非整体拷贝数耗竭，可能是该患者群体氧化磷酸化功能障碍的主要驱动因素。这些发现强调了需要更精细的方法来表征POLG相关疾病的分子机制，并验证可靠的生物标志物用于临床决策和试验。POLG相关疾病广泛的临床异质性及缺乏大型同质表型队列的自然史研究，对确定稳健的临床试验结局指标构成了重大挑战。
