Thiếu phức hợp ti thể I (mitochondrial complex I deficiency) xảy ra khi cơ thể thiếu phức hợp I hoặc phức hợp I mất chức năng. Phức hợp I là protein hiện diện trong ti thể, chúng đảm nhiệm vai trò chuyển đổi năng lượng từ thức ăn thành dạng tế bào có thể sử dụng. Đây là phức hợp đầu tiên trong năm phức hợp của ti thể, các phức hợp này thực hiện quá trình phosphoryl hóa oxy hóa nhằm cung cấp phần lớn năng lượng cho tế bào hoạt động.
Nguồn: Designua/Shutterstock.com
Ảnh: Quá trình phosphoryl hóa oxy hóa và chuỗi chuyền điện tử
Nguồn: Shutterstock.com
Biểu hiện lâm sàng
Thiếu phức hợp ti thể I ảnh hưởng đến nhiều hệ cơ quan của cơ thể, chủ yếu hệ thần kinh, tim và cơ xương dùng để vận động. Những dấu hiệu và triệu chứng có thể khởi phát bất cứ lúc nào từ khi sinh ra cho đến lúc trưởng thành.
Bệnh liên quan đến hệ thần kinh
Thiếu phức hợp ti thể I thường ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ thần kinh với các triệu chứng như:
- Bệnh não
- Động kinh
- Thiểu năng trí tuệ
- Khó phối hợp cử động (thất điều)
- Không kiểm soát được cử động
- Yếu cơ
- Đau cơ
Nguồn: Terese Winslow
Nhiễm toan axit lactic
Người bệnh cảm thấy cực kỳ mệt mỏi khi tham gia hoạt động thể chất (không dung nạp vận động). Nguyên nhân do bệnh nhân có xu hướng tăng nồng độ axit lactic trong máu, từ đó dẫn đến nhiễm toan axit lactic. Trong trường hợp nghiêm trọng, nhiễm toan axit lactic có thể đe dọa tính mạng.
Dấu hiệu nhiễm toan axit lactic bao gồm:
- Buồn nôn
- Thở nhanh
- Suy nhược cơ thể
Giảm thị lực
Bệnh nhân cũng bị suy giảm thị lực do thoái hóa dây thần kinh thị giác—dây thần kinh truyền tín hiệu từ mắt đến não, từ đó những bệnh về mắt xuất hiện. Một bệnh lý khác liên quan đến thiếu phức hợp ti thể I là bệnh thần kinh thị giác di truyền Leber.
Nguồn: Alila Medical Media/Shutterstock.com
Các bệnh lý khác
Người bệnh có thể gặp những vấn đề với tim , gan hoặc thận . Một số nhóm dấu hiệu và triệu chứng được phân loại thành bệnh cụ thể như hội chứng Leigh. Hội chứng này khiến người bệnh mất dần khả năng vận động cũng như chậm phát triển tâm thần vận động, do đó người bệnh có nguy cơ tử vong trong vòng 2 đến 3 năm kể từ khi phát bệnh.
Ảnh: Cấu trúc tim
Nguồn: American Heart Association
Ảnh: Giải phẫu gan
Nguồn: Medlineplus.gov
Ảnh: Thận và tuyến thượng thận
Nguồn: National Cancer Institue
Độ phổ biến
Theo thống kê hiện nay, tỉ lệ mắc các bệnh liên quan đến ti thể khoảng 1/8.500 người. Trong đó, thiếu phức hợp ti thể I chiếm khoảng 30%. Đây cũng là nguyên nhân phổ biến nhất gây ra bệnh ti thể trên trẻ em.
Nguyên nhân
Đột biến nhiều gen gây ra thiếu phức hợp ti thể I. Phần lớn các gen này cung cấp hướng dẫn tạo ra protein có chức năng hình thành hoặc lắp ráp phức hợp. Một số gen đột biến khác ảnh hưởng đến quá trình tạo thành phức hợp I.
Gen đột biến khiến phức hợp ti thể I giảm số lượng hoặc mất chức năng, từ đó quá trình phosphoryl hóa oxy hóa bị gián đoạn. Vấn đề này có thể dẫn đến cái chết tế bào do tế bào không có đủ năng lượng để hoạt động. Các mô và cơ quan cần cung cấp nhiều năng lượng như hệ thần kinh, tim, gan, thận và cơ xương bị ảnh hưởng nhiều nhất.
Đa số các đột biến gen liên quan đến thiếu phức ti thể I đều nằm trên nhiễm sắc thể trong nhân tế bào . Các gen đột biến khác được tìm thấy trong ADN ti thể (mtDNA). Trong cơ thể, phần lớn các tế bào đều chứa nhiều ti thể, mỗi ti thể bao gồm nhiều bộ ADN ti thể.
Nguồn: Darryl Leja, NHGRI
Khi đột biến xảy ra trong ti thể, có hai trường hợp xảy ra như sau:
- Homoplasmy: tất cả các bộ ADN trong ti thể đều bị đột biến
- Heteroplasmy: một vài ADN trong ti thể đột biến, những ADN khác bình thường
Số lượng ADN ti thể đột biến càng cao, triệu chứng bệnh càng nặng.
Ảnh: Cấu trúc cơ xươngNguồn: U.S. National Library of Medicine.
Ảnh: Cấu trúc nhân tế bào
Nguồn: Shutterstock
Ảnh: ADN ti thể
Nguồn: Darryl Leja, NHGRI
Chẩn đoán
Thiếu phức hợp ti thể I thường được chẩn đoán dựa trên biểu hiện lâm sàng kết hợp với xét nghiệm chuyên biệt. Bên cạnh đó, bác sĩ có thể chỉ định người bệnh thực hiện xét nghiệm di truyền nhằm xác nhận kết quả chẩn đoán.
Một số phương pháp chẩn đoán bao gồm:
- Đo quang phổ
- Đánh giá khả năng ti thể tiêu thụ oxy
- Kỹ thuật Western blot và điện di trên gel tự nhiên
Điều trị
Hiện nay, chưa có phương pháp điều trị hoàn toàn thiếu phức hợp ti thể I. Các liệu pháp chủ yếu nhằm giảm nhẹ triệu chứng và cải thiện chất lượng đời sống bệnh nhân. Người bệnh cần thực hiện chế độ ăn keto, chế độ ăn ít tinh bột và nhiều chất béo tốt.
Bên cạnh đó, bác sĩ cũng khuyến khích bệnh nhân bổ sung thêm một số chất như:
- Riboflavin (vitamin B2)
- Vitamin B1
- Biotin
- Co-enzyme Q10
- Carnitine
Dạng di truyền
Thiếu phức hợp ti thể I có nhiều kiểu di truyền tùy thuộc vào đột biến gen gây bệnh. Nếu gen đột biến gây bệnh nằm trong ADN nhân, bệnh di truyền lặn trên nhiễm sắc thể thường hoặc di truyền liên kết với nhiễm sắc thể giới tính X.
Trường hợp di truyền lặn trên nhiễm sắc thể thường, bệnh chỉ biểu hiện khi có cả hai bản sao của gen đột biến trong mỗi tế bào. Bệnh nhân mắc bệnh lặn trên nhiễm sắc thể thường sẽ có bố và mẹ mang một bản sao của gen đột biến, nhưng bố mẹ ít khi biểu hiện triệu chứng bệnh.
Nguồn: U.S. National Library of Medicine
Đối với trường hợp bệnh di truyền theo kiểu lặn liên kết với nhiễm sắc thể giới tính X hiếm gặp. Nam giới chỉ có một nhiễm sắc thể X nên một bản sao gen đột biến trong mỗi tế bào đủ để gây ra bệnh. Nữ giới mang đột biến trong một bản sao của gen thường không bị ảnh hưởng. Một đặc điểm của bệnh di truyền liên kết X là người cha không thể truyền các đặc điểm này cho con trai của họ.
Nguồn: U.S. National Library of Medicine
Ngoài ra, nếu gen đột biến gây bệnh nằm trong ADN ti thể, bệnh di truyền theo ti thể hay còn tên gọi khác là di truyền từ mẹ. Bởi vì tế bào trứng đóng góp ti thể cho phôi phát triển, trẻ sẽ thừa hưởng các đột biến gen từ ADN ti thể của mẹ. Mặc dù bệnh có thể ảnh hưởng đến cả nam và nữ, nhưng chỉ phụ nữ mới truyền đột biến ADN ti thể cho con. Một người phụ nữ mang bệnh do đột biến ADN ti thể sẽ truyền gen đó cho tất cả con gái và con trai, nhưng con của một người đàn ông mắc bệnh sẽ không nhận đột biến từ cha.
Nguồn: U.S. National Library of Medicine
Phòng ngừa
Trường hợp thiếu phức hợp ti thể I di truyền lặn trên nhiễm sắc thể thường, cha mẹ mang đột biến dị hợp nên gần như không có biểu hiện bệnh, do đó rất khó phát hiện cho đến khi sinh con. Để chủ động phòng ngừa, cha mẹ nên làm xét nghiệm sàng lọc gen lặn để chủ động cho tương lai của con. Các cặp vợ chồng trước khi mang thai cần tư vấn và xét nghiệm di truyền nhằm đảm bảo sinh con khỏe mạnh. Người thuộc nhóm nguy cơ mắc bệnh cần khám sức khỏe và tầm soát bệnh định kỳ.
Đối với kiểu di truyền lặn trên nhiễm sắc thể giới tính X, bệnh có cơ chế di truyền phức tạp nên khó phát hiện trên những người phụ nữ mang gen bệnh cho đến khi họ sinh con. Để chủ động phòng ngừa, người mẹ nên làm xét nghiệm sàng lọc gen lặn để chủ động cho tương lai của con. Các cặp vợ chồng trước khi mang thai cần tư vấn và xét nghiệm di truyền đảm bảo sinh con khỏe mạnh.
Trong trường hợp bệnh di truyền ti thể, người mẹ mắc bệnh sẽ sinh ra con mắc bệnh. Do đó, phụ nữ trước khi mang thai cần làm xét nghiệm sàng lọc đột biến gen ti thể. Người có nguy cơ mắc bệnh cần khám sức khỏe và tầm soát bệnh định kỳ.
Các tên gọi khác
- NADH-coenzyme Q reductase deficiency
- NADH:Q(1) oxidoreductase deficiency
References
- Genetic and Rare Diseases Information Center. Isolated complex I deficiency. Retrieved October 10, 2023 from https://rarediseases.info.nih.gov/diseases/3908/mitochondrial-complex-i-deficiency
- Catalog of Genes and Diseases from OMIM. MITOCHONDRIAL COMPLEX I DEFICIENCY, NUCLEAR TYPE 1; MC1DN1. Retrieved October 10, 2023 from https://omim.org/entry/252010
- U.S National Library of Medicine. Mitochondrial complex I deficiency. Retrieved October 10, 2023 from https://medlineplus.gov/genetics/condition/mitochondrial-complex-i-deficiency/
- Cleveland Clinic. Mitochondrial Diseases. Retrieved October 10, 2023 from https://my.clevelandclinic.org/health/diseases/15612-mitochondrial-diseases
- Frontiers. A Drosophila Mitochondrial Complex I Deficiency Phenotype Array. Retrieved October 10, 2023 from https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fgene.2019.00245/full
- MalaCards. Mitochondrial Complex I Deficiency, Nuclear Type 1 (MC1DN1). Retrieved October 10, 2023 from https://www.malacards.org/card/mitochondrial_complex_i_deficiency_nuclear_type_1
- National Institute of Health. Complex I deficiency: clinical features, biochemistry and molecular genetics. Retrieved October 10, 2023 from https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/22972949/
- National Organization for Rare Disorders. Mitochondrial complex I deficiency. Retrieved October 10, 2023 from https://rarediseases.org/gard-rare-disease/mitochondrial-complex-i-deficiency/
- Orphanet. Isolated complex I deficiency. Retrieved October 10, 2023 from https://www.orpha.net/consor/cgi-bin/OC_Exp.php?lng=en&Expert=2609
