关键词：线粒体 DNA；皮尔逊综合征；多系统遗传病；

引言

皮尔逊综合征(Pearson Syndrome，PS)是一种由线粒体 DNA 缺失引起的罕见多系统遗传病，主要影响骨髓和胰腺功能。该病通常在婴儿早期发病，以难治性贫血为主要表现，并逐渐累及多个器官系统。由于 PS 多为散发病例，临床表型复杂多样，且缺乏大样本的系统性研究，给临床诊断和治疗带来挑战。

为此，研究团队对一例中国男童 PS 病例进行了临床特征分析和基因检测，通过线粒体全基因组测序和全外显子测序明确了患者的遗传学病因，并分析了突变与临床表型的关联。通过文献检索收集 139 例 PS 病例资料，系统总结了该疾病的临床表现谱系和遗传特征。在数据分析过程中，研究团队使用 Sentieon 将核基因组 reads 比对到 hg19。将线粒体基因组的 reads 比对到 hg38。

研究发现该病具有显著的临床异质性：86.2%的患者以难治性贫血起病，其次为消化系统症状(26.9%)和生长发育迟缓(15.4%)。随病程进展可累及多个系统，包括骨髓衰竭(100%)、代谢紊乱(61.87%)、胃肠道症状(61.87%)等。外周血中线粒体 DNA 突变的异质性程度与预后密切相关。

图 1 文献介绍

今天给大家带来的是发表在 frontiers 期刊，被引用 13 次的“Case Report: Clinical and Genetic Characteristics of Pearson Syndrome in a Chinese Boy and 139 Patients”

研究材料与方法

样本：一名出生体重为 2.5 千克的男性儿童患者；文献检索收集的 139 例 PS 病例。

图 2 病例筛选流程图

研究方法：全外显子测序和全线粒体基因组测序分析

抽取儿童与父母 4 毫升静脉血构建 DNA 文库，使用 Illumina HiSeq X ten 进行 150bp 的双端测序，cutadaptor 过滤低质量 reads，使用 sentieon 将核基因组的 clean reads 比对到 hg19，将线粒体基因组的 clean reads 比对到 hg38；去处重复读段，GATK 进行核基因组、线粒体基因组 SNV 和 INDEL 检测，使用 CNVkit 计算相对拷贝数。

图 3 Sentieon 的作用

Sentieon 是一款高效的生物信息分析软件，覆盖从原始测序数据到变异检测的完整分析流程。针对不同类型的检测提供了专业的分析方案：胚系突变检测：DNAseq 和 DNAscope 流程；体细胞突变检测：TNseq 和 TNscope 流程；与主流开源软件相比，Sentieon 的优势：结果一致性高达 99.5%以上，分析速率提升 5-10 倍，支持短读长和长读长测序数据分析。Sentieon 可显著提升您的科研效率，快来申请试用 Sentieon 吧！

研究结果

患者症状

患者首次入院时的特异性表现为发热，伴有中性粒细胞和血小板减少。骨髓穿刺显示骨髓增生明显活跃，巨核细胞成熟受损。

17 个月大入院时病情加重，出现了一系列严重的神经系统症状，包括癫痫发作和昏迷。同时还出现低血糖、血氨升高等代谢紊乱，以及心肌损伤的表现。并出现四肢肌力下降至 III 级，无法行走的运动功能障碍。

第三次入院主要表现是神经系统症状，表现为瞳孔对光反射减弱，且胰腺外分泌功能持续降低。

患者三次入院期间持续存在贫血、代谢性异常（表现为高乳酸血症）以及肝功能异常，会反复出现呕吐和胰腺功能异常。

图 4 患者的主要临床特征

(A) 骨髓穿刺显示骨髓增生明显活跃，巨核细胞成熟受损

(B) 大脑 DWI 图像。弥散加权成像(DWI)显示左枕叶线性高信号

基因检测结果

全外显子测序未检测到突变，线粒体 DNA 测序显示在 chrM: 6,224-9,287 区域有 3.063kb 的缺失，包括部分 MT-CO1、全部 MT-TS1、MT-TD、MT-CO2、MT-TK、MT-ATP8、MT-ATP6、MT-CO3，母亲未携带相同突变，该突变此前未被报道和发表，认为这是一个新发突变。

患者基本信息

在性别分布方面，131 例患者中包括 71 名男性和 60 名女性，男女比例约为 1.18:1。在发病年龄方面，128 例患者中，54 例在出生后 1 个月内发病，其次是 1-6 个月龄有 41 例。在确诊时间上，105 例患者中仅有 8 例在 1 个月龄内确诊，大多数患者（60 例）在 1 岁后才得到确诊。从发病到确诊的时间间隔分析显示，在 103 例患者中，最常见的是 1-3 年，共有 27 例，少于 1 个月的有 23 例。

在预后方面，130 例有记录结局的患者中，死亡率超 50%（69 例）。其中，17 例在 1 岁内死亡，32 例在 1-3 岁期间死亡，20 例在 3 岁后死亡。值得注意的是，在存活的病例中有 2 例发展为克尔尼-塞尔综合征（KSS）。在 67 例记录了妊娠和出生史的患者中，4 例早产，7 例宫内生长受限，5 例宫内窘迫，2 例羊水胎粪污染，2 例妊娠期羊水过少。在家族史方面，57 例中有 4 例存在相关家族史，包括 1 例母亲被诊断为进行性外眼肌麻痹（PEO），1 例家庭前三胎死亡，1 例母亲和祖母有震颤，1 例同胞有 PS 家族史。另有 1 例报告了无关家族史，即父亲的叔叔有婴儿猝死综合征。

初始疾病症状

130 例有明确的初始症状。最常见的症状为需要反复输血的难治性贫血，共 112 例，其中 27 例为合并中性粒细胞减少或血小板减少，58 例以贫血为初始症状，35 例有胃肠道症状（呕吐、腹泻和喂养困难），，20 例生长发育迟缓，19 例有代谢紊乱（代谢性酸中毒、高乳酸血症、低血糖和电解质紊乱），8 例有胰腺外分泌功能不全。

疾病治疗过程的症状

所有患者都存在骨髓衰竭，表现为伴或不伴中性粒细胞减少和（或）血小板减少的难治性贫血。

有 86 例出现代谢紊乱和胃肠道症状，68 例生长发育迟缓，59 例肾脏疾病，55 例胰腺外分泌功能不全，47 例反复感染，33 例眼部和肢体肌肉功能障碍导致的视觉受损，42 例中枢神经系统受累，28 例心脏疾病，25 例糖尿病。患者随病程进展伴随着并发症，如肾脏疾病、心脏疾病等。

图 5 139 例患者的疾病特征

(A) Pearson 综合征患者的发病年龄和从发病到确诊的时间

(B) 患者观察到的初始症状的百分比

(C) 疾病过程中观察到的症状百分比 a 指腹泻和呕吐 b 指甲状腺功能减退、生长激素缺乏和肾上腺功能不全

(D) 死亡组和存活组外周血线粒体突变异质性的比较 死亡组外周血线粒体 DNA 突变的平均异质性(76.29 ± 11.86%, n = 29)显著高于存活组(59.92 ± 23.87%, n = 26; t = 3.272, p < 0.01，左图) 对于 4.977 kb 缺失的患者(右图)，死亡组外周血线粒体 DNA 突变基因的平均异质性(79.64 ± 9.71%, n = 11)显著高于存活组(56.67 ± 27.65%, n = 9) (t = 2.58, p < 0.05) 误差线代表死亡组和存活组外周血异质性的标准差

线粒体 DNA 突变

共 135 例线粒体 DNA 突变，均为异质性突变，其中 8 例除异质性缺失外还有重复；30 例为 4.977 kb 缺失，105 例为其他线粒体 DNA 突变。缺失位点在 nt.6074 与 nt.16082 间，涉及的基因包括 MT-CO1、MT-TS1、MT-TD、MT-CO2、MT-TK、MT-ATP8、MT-ATP6、MT-CO3、MT-TG、MT-ND3、MT-TR、MT-ND4L、MT-ND4、MT-TH、MT-TS2、MT-TL2、MT-ND5、MT-ND6、MT-TE、MT-CYB、MT-TT 和 MT-TP。

图 6 患者的线粒体 DNA 突变

对儿童血液中线粒体 DNA 突变的分析显示存在 3.063 kb (nt 6,224–9,287)的异质性缺失

线粒体 DNA 缺失异质性

85 例检测到外周血和/或骨髓的异质性，在 20-100%间。外周血中 mtDNA 缺失的异质性、外周血中 4.977kb 缺失的异质性与发病年龄之间均无显著相关性。死亡组外周血中 mtDNA 突变的平均异质性显著高于存活组。对于 4.977kb 缺失的患者，死亡组外周血中 mtDNA 突变基因的平均异质性高于存活组。

图 7 外周血线粒体 DNA 缺失的异质性与发病年龄的相关性

图 8 外周血 4.977 kb 缺失的异质性与发病年龄的相关性

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讨论

研究背景与遗传特征

Pearson 综合征是一种由线粒体 DNA 异质性缺失引起的母系遗传疾病。该疾病多为散发性，在已报告的 139 例中，仅 57 例提供了家族史，其中只有 5 例具有明确的家族史。由于基因异质性的特点，即使在同胞之间也会表现出不同的临床特征。

发病特点与初始表现

该病可在胎儿期即已发病，表现为贫血性胎儿水肿和心脏肥大。42.2%的患者在出生后 1 个月内发病，但诊断时间通常在 1 岁以后，表明存在诊断延迟的普遍现象。难治性贫血是最常见的初始表现。其他初始症状包括胃肠道症状、代谢紊乱和胰腺功能异常。

疾病进展与并发症

随着疾病进展，患者会出现多系统受累。几乎都会出现血液系统异常，包括贫血、中性粒细胞减少和血小板减少。骨髓检查可见环形铁粒幼红细胞或骨髓前体细胞空泡化，但早期可能难以发现这些特征性改变。

基因突变特征

发现 3.063 kb 的新发异质性缺失，外周血中的异质性为 75%。最常见的是 4.977 kb 缺失突变，占 22.2%，而其他不常见缺失占 77.8%。研究发现，死亡组患者外周血中的线粒体异质性显著高于存活组，提示异质性程度可能与预后相关。

预后分析与临床启示

该病预后较差，死亡率达 52.3%，多发生在 3 岁以下。主要死因包括感染后的代谢危象和多系统衰竭。

总结

研究丰富了 PS 综合征的线粒体基因突变谱系和临床特征。除血液系统和胰腺功能障碍外，PS 综合征还有较高的胃肠道和肾小管疾病发生率，外周血中的异质性程度与预后相关。