ミトコンドリア病の診断の現状
千葉県こども病院代謝科
志村優

第3回ミトコンドリア病研究・患者公開フォーラム, 2018年2月24日, 東京ミトコンドリア呼吸鎖異常症の診断フローチャート
臨床症状、経過からミトコンドリア呼吸鎖異常症が疑われる

血液検査、尿検査、画像検査

代表的なmtDNA変異検査（血液）呼吸鎖酵素解析
酸素消費量の測定

多臓器にまたがる症状
発作性進行性経過

高乳酸血症、有機酸分析、基底核病変など

病理検査（線維芽細胞、臓器）

ミトコンドリア呼吸鎖異常症

包括的遺伝子解析

ragged red fiber
cox活性
脂肪肝
Mtの形態異常検査依頼症例数の推移
2500

総検体数
皮膚線維芽細胞：1569
肝臓：763
骨格筋：700
心筋：414

新規依頼症例数 （人）

2000

既存

1745 281
1501 244

1500

1245 256

1000

807
627

500

2026

208 265
57341
76463

931

31412418016412202007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 20173生化学的診断数の推移783症例の臨床データがある。
線維芽細胞（500例以上）が保存されている。
生化学診断・遺伝子診断のデータがある。

900800783700
新規診断数（人）600583

既存464500

402400286300

2062001002902964359430131377580336200

119626650
酸素消費量解析の導入

2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 20174

臨床診断の内訳 (n=783)
低身長 2 (0.3%)

その他 25 (3%)

神経筋疾患 365 (47%)
Leigh 脳症: 151
神経変性疾患: 53
ミトコンドリアサイトパチー: 161

突然死関連 119 (15%)

ミトコンドリア腸症 17 (2%)

SIDS/SUD

LDEP
CM
ミトコンドリア心筋症
52 (7%)ND

HDNLIMD

ミトコンドリア肝症 78 (10%)

MCLIMD
乳児ミトコンドリア病 125 (16%)
致死性: 71, 非致死性: 54臨床的特徴• 子宮内発育遅延：22％• 発症年齢
乳児期発症（1歳未満） 75 %新生児期発症（1ヶ月未満） 40%• 高乳酸血症：85％15％で高乳酸血症を認めない• 小児期発症例の75％以上が核遺伝子の異常が原因

臨床診断、検体毎の酵素活性の比較（組織特異性）
症例数

ミトコンドリア心筋症 (n=30)

症例数

100%

252096%50401563%

1065%

57%

30
20

51000

線維芽細胞
fibroblast

肝臓
liver

骨格筋
skeletalmuscle心筋cardiacmuscleLeigh脳症 (n=82)

症例数
6050
403020100

ミトコンドリア肝症 (n=61)

40
3530
2520
15105078%

liver
肝臓

skeletal
骨格筋

muscle線維芽細胞
fibroblast
症例数79%

fibroblast
線維芽細胞

13%

cardiac心筋muscle

酵素活性低下肝臓
liver

骨格筋skeletal
muscle心筋cardiacmuscle乳児ミトコンドリア病(n=88)
64%

fibroblast
線維芽細胞

70%

liver
肝臓

71%

skeletal
骨格筋
muscle84%

cardiac
心筋muscle

正常

臨床的にミトコンドリア病と矛盾しないが、酵素活性低下を証明できない症例がある。

細胞外フラックスアナライザー (XFe96)
生きた細胞を用いて、ミトコンドリア酸素消費量と解糖系を同時評価

MRR: maximum respiration rate

MRR

OCR: oxygen consumption rate

生化学的診断の内訳 (n=783)
酵素活性が正常でOCR低下＋遺伝子で診断された
ミトコンドリア病

ATAD3
COQ4
ECHS1
NARS2

NDUFB11
SLC19A3
TAZ

mtDNA
18 (2%)OCR
234 (30%)

combined
187 (24%)

nucDNA
8 (1%)

complex I242 (31%)

complexIV
78 (10%)complexII2 (0.3%)
complexIII
14 (1.8%)

ミトコンドリア病における尿中有機酸分析
・ メチルマロン酸尿症
SUCLG1遺伝子異常、SUCLA2遺伝子異常
・ 3-メチルグルタコン酸尿症
Barth症候群（X連鎖、心筋症、好中球減少など）
MEGDEL症候群（難聴、Leigh脳症など）
・ 3-メチルグルタコン酸、3-メチルグルタル酸､3-ケトグルタル酸、2-エチル-3-ヒドロキシプロピオン酸などの排泄
mtDNA単一欠失
ex. Pearson症候群（鉄芽球性貧血、膵外分泌不全など）
・

2,3-ジハイドロキシ-2-メチル酪酸尿症
ECHS1欠損症（クロトナーゼ欠損症；Leigh脳症）

・ 3-ヒドロキシイソ吉草酸、3-ヒドロキシプロピオン酸、3-メチルクロト
ニルグリシン、メチルクエン酸、2-メチル-3-ヒドロキシ酪酸の排泄（マルチプルカルボキシラーゼ欠損症様）
MT-ATP6の異常（ex. 8993T>G）
その他全般的に高乳酸尿症、TCA回路の産物の増加など

ピルビン酸脱水素酵素活性測定
Dip Stick assay kit• 現在、本邦におけるピルビン酸脱水素酵素複合体欠損症の診断は、遺伝子診断が中心となっている。
• Dip Stick assay kitを用いた迅速な生化学的診断が出来るよ
う、準備を進めています。

皮膚生検からの流れ（例）
≈≈
遺伝子診断
結果報告

≈

皮膚生検
検体到着

酸素消費量解析

所要期間

3ヶ月

遺伝子解析
3～6ヶ月

6～12ヶ月

12ヶ月～

酵素活性 生化学的確定診断 検証実験
主治医へレポート
測定

細胞培養

レスキュー実験
サイブリッド実験
モデル生物による検証
国際共同研究保存（-80度）

ミトコンドリア病診療における国際連携

ドイツ

イスラエル
中国

韓国

中国、韓国、イスラエルなどのアジア各国より検体を受け入れ、生化学的診断を行っています。また、ドイツを中心としたヨーロッパ各国とも国際連携を図り、より精度の高いミトコンドリア病の診断を目指しています。

RNAシｰケンス+プロテオーム解析
遺伝子診断パネル、全エクソーム解析で原因遺伝子が同定されなかった症例に対しては、ドイツのグループと共に保存されている皮膚由来線維芽細胞を用いて、ＲＮＡシーケンス＋プロテオーム解析を行い、原因遺伝子の解明を進めている。
Kremer LS, Prokisch H, et al. Nat Commun. 2017

なぜ遺伝子診断？
• ミトコンドリア蛋白に関連する核遺伝子は1500以上あり、約300の遺伝子においてミトコンドリア病と関連することが現在までに報告されている。

• 表現型（臨床病型）が同じであったとしても、原因遺伝子ごとに病態、臨床経過が異なる。
• 原因遺伝子が分かることで病態が解明され、特異的治療や創薬研究へとつながる。

海外におけるミトコンドリア病の原因遺伝子に合わせた特異的治療の取り組み
疾患名
原因遺伝子
Brown-Vialetto-Van Laere 症候群/ Fazio- SLC52A2, SLC52A3,Londe症候群（難聴など）(SLC52A1)a

治療

治療効果

リボフラビン (経口: 10–50 mg/kg/day)

良好

ビオチン反応性基底核症 (Leigh)

SLC19A3

ビオチニダーゼ欠損症 (脳筋症)
ホロカルボキシラーゼ合成酵素欠損症（新生児Mito）
チアミンピロホスホキナーゼ欠損症（脳症）
ACAD9欠損症 （脳筋症）
マルチプルアシルCoA脱水素酵素欠損症 (乳児Mito)

BTD

チアミン (経口: 10–20 mg/kg/day), ビオチン (経良好
口:10–15 mg/kg/day)
ビオチン (経口: 5–10 mg/kg/day)
良好

HLCS

ビオチン (経口: 10–20 mg/kg/day)

TPK1

チアミン (経口: 20 mg/kg/day)

ACAD9ETFA, ETFB, ETFDH,
SLC25A32, FLAD1

リボフラビン (経口: 10–20 mg/kg/day)

様々 (これまで10名未満に投与)
様々リボフラビン (経口: 10 mg/kg/day)

良好

チアミン反応性PDHC欠損症 (Leigh)PDHA1

リボフラビン (経口: 30–40 mg/kg/day)様々

様々だが概ね良好

PDSS1, PDSS2,
コエンザイムQ10欠損症 (腎症、脳筋症) COQ2,COQ4, COQ6, COQ7, コエンザイムQ10 (経口: 10–30 mg/kg/day)
原因遺伝子による
ADCK3, ADCK4, COQ9
ヒスチジン銅 (投与量不明; 500 mgの皮下注射 不明, SCO2異常症1名のチトクロムc酸化酵素欠損症 (Leigh 他) SCO2, COA6が提案されている)
みに投与
モリブデン補酵素欠損症 (新生児Mito) MOCS1, MOCS2, GPHN
3-ヒドロキシイソ酪酸-CoA加水分解酵素
HIBCH欠損症 (Leigh)エノイルCoAヒドラターゼ欠損症 (Leigh) ECHS1

環状ピラノプテリンモノホスファート (静脈注射: タイプAのモリブデン補酵
80–320 mg/kg/day)
素欠損症に対して良好
バリン制限食不明, 数名にのみ投与

バリン制限食不明, 数名にのみ投与
明らかに良好（患者は1名のみ）チオレドキシン2欠損症 （脳症）

TXN2

抗酸化療法(例： イデベノン 20 mg/kg/day)

エチルマロン酸脳症 （新生児Mito）

ETHE1

メトロニダゾール, N-アセチル-システイン(グル様々タチオン前駆体), 肝臓移植

赤字は我々の遺伝子解析でも見つかっている遺伝子異常

DistelmaierらBrain 2017の論文より引用

海外における患者レジストリシステム• ドイツではmitonetと呼ばれる国内のネットワークを通して患者レジストリが進められ、約1400名の登録が済んでいる。登
録内容は臨床データだけでなく、血液や尿、DNAなどもバイオバンクで保存している。
• 国際ミトコンドリア病レジストリ（GENOMIT）では約6000名が登録され、自然歴の詳細な検討や病態解明、創薬研究などが実施されている。

J-MO Bank
新生児・小児ミトコンドリア病臨床情報バンク
Japan Mitochondrial disease research Organization data Bank<http://mo-bank.com/index.html>• 本邦においてもレジストリが進められており、Leigh脳症を中心に31名の患者さんが登録済み。
• レジストリにより得られる治療を含む最新情報や、国際的に行われる創薬研究等を国内の患者さんへも紹介、導入するために、国際レジストリ参加への準備中。

Munich TUM-MED

Beijing BCH

mitoNET

National Center

Patient care & treatment

Paris INSERMTokyo

Milano BESTA

mitoxxx

MITOCONWarsaw

Salzburg SALKNational Center

mitoNET

1000 patients/year
WP4 lead SALK
Cell biology

WP1 lead BESTASALK bioenergetics
BESTA bioenergetics
INSERM bioenergetics
Tokyo bioenergetics
TUM-MED bioenergetics
Warsaw bioenergetics
BCH bioenergetics

SLAK Vitamine
BESTA Respiratory chain
INSERM Translation
Tokyo Metabolism
TUM-MED Transcription

Database

Cell culture
Seahorse
Biobank

WP3 lead TUM

WP2 lead TUM-MED
Computational analysis
INSERM WGS analysis
Tokyo RNA analysis
TUM-MED WES analysis
TUM statistical models

MassSpec
Illumina Seq
INSERM RNA-seq
TUM-MED RNA-seq
SME proteomics

希少難病の解明には国際連携が不可欠である•

Toward an Alliance for Genomics and Health in the Asia-Pacific

Kyoto University

Euro. (Germany, Austria)

Tohoku Medical Megabank

Tokyo Metropolitan University
University of Tokyo
Osaka University

Euro. (Italy)

Euro. (Belgium)Euro. (Sweden)
USA (CHOP)GTPBP3

COQ4

ECHS1

SLC25A26

IARS

ATAD3

C1QBP