遗传型中包括核DNA(nDNA)缺陷和线粒体DNA(mt DNA)缺陷: (1) nDNA缺陷：底物传递障碍,即肉毒碱原发或继发缺失,脂质沉积病；底物利用障碍，如脂肪酸和丙酮酸代谢异常；三羧酸循环障碍，如延胡索酸酶缺乏、二氢脂脱氢酶缺乏、琥珀酸脱氢酶缺乏以及乌头酸酶联合缺陷等；氧化磷酸化偶联障碍，如Luft综合征；呼吸链缺陷复杂多样，最突出的临床表现为肢体无力和脑源性功能障碍；蛋白引入异常；基因组间信号系统缺陷等。(2) mt DNA缺陷：mt DNA散发和大量重排，如KSS和Pearson综合征；mt DNA传递大量重排，如糖尿病并发耳聋；mt DNA结构基因点突变，如Laber遗传性视神经病(LHON)和共济失调网膜色素变性神经病（NARP)；影响mt DNA合成的基因点突变,如MELAS、MERRF、线粒体心肌病以及糖尿病并发神经性聋等。
后天获得型包括感染引起Reyc综合征；毒物如1-甲基-4-苯基-1、2、3、6-四氢吡啶(MPTP)和3NPA，还有抗艾滋病药物叠氧胸苷(AZT)以及老龄化等所致异常。
从遗传学角度看,由于线粒体基因组只控制线粒体中的一部分蛋白质合成,而大多数的蛋白质合成由nDNA调控。因此线粒体疾病遗传类型有两种遗传方式：即孟德尔遗传和母系遗传：
1. 母系遗传方式: mtDNA严密的母系遗传方式决定突变垂直传代的类型。由母亲传给男女后代。只有女儿可继续传给下代。表面上看类似于孟德尔的常显及伴性(X)连锁类型。母系遗传基因缺陷表达与否取决于“复制分离”和“阈值效应”两方面，这一特征已在LHON、MERRF、MELAS、NARP和糖尿病并发耳聋等得到证实。
2. 孟德尔遗传方式: 常染色体隐性遗传线粒体肌病的多数情况仍为经典的孟德尔遗传类型，包括脂肪酸氧化过程已知的缺陷、丙酮酸羧化酶缺失、三羧酸循环障碍以及呼吸链的一些缺陷等。常染色体显性遗传: mtDNA多发性缺失为常显遗传特点,病人多在30岁发病,其中有些是由于nDNA缺陷改变了线粒体基因组的生物整合而发生mt DNA多发性缺失。性(X)连锁遗传: 典型的性连锁遗传是鸟苷酸甲酰酸酶缺陷(OTC),多数病例为丙酮酸脱氢酶缺陷。男性病人在初生期发生致命性的高氨酸血症。半合子女性病人可以无临床症状或发生阵发性高氨酸血症昏迷。
线粒体脑肌病的主要临床类型及其基因异常:
1. 线粒体脑肌病伴高乳酸血症和卒中样发作（Mitochondrial Encephalomyopathy, Lactic Acidosis and Stroke-like Episodes，MELAS）：近 80%病例为 A3243G（线粒体编码亮氨酸 tRNA）突变, 15%由 T3271C 和A3252G 突变引起,不断发现新的突变与其发病相关；
2. 肌阵挛性癫痫伴破碎红纤维：（Myoclonic Epilepsy and Ragged-Red Fiber Disease, MERRF): 80%～90%是赖氨酸tRNAA8344G突变,少数与 T8356C 突变相关；
3. Kearns-Sayre综合征（KSS）和慢性进行性眼外肌麻痹（Chronic Progressive External Ophthalmoplegia，CPEO): 最常见的原因是 mtDNA 8468 和 13446 位之间的 4977bp 的缺失，研究已经发现多种缺失与其发病相关；
4. Leigh综合征：最常见的为 ATP 酶的亚单位 6 的编码基因上 T8993G、T8993C 和 T9176C等3个点突变；
5. 线粒体肌病：与mtDNA 点突变及缺失重排均有关；
6. 其他：线粒体神经胃肠脑肌病，Leber遗传性视神经病等。其中，A3243G、A8344G、T8993G和T8993C 突变是研究较多的mtDNA突变。
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