线粒体脑肌病是一组因线粒体功能异常致多系统疾病，发病主要与线粒体DNA（mtDNA）突变或核DNA（nDNA）缺陷有关，mtDNA突变有点突变（如tRNALeu（UUR）基因A3243G突变影响氨基酸转运致功能障碍）和大片段缺失或重复（致多个基因缺失影响呼吸链复合物组成功能），nDNA缺陷是核编码线粒体蛋白相关基因缺陷影响其合成组装转运致功能异常，不同突变类型和基因缺陷在不同人群有不同临床特征和疾病进程。
线粒体DNA突变
点突变：mtDNA上的某些特定基因发生点突变可能引发线粒体脑肌病。例如，mtDNA的tRNA基因点突变较为常见，如tRNALeu（UUR）基因的A3243G突变，可影响线粒体蛋白质合成过程中氨基酸的转运，导致线粒体功能障碍，进而累及肌肉和神经系统等多系统。研究发现，携带该突变的患者会出现肌肉无力、癫痫发作等线粒体脑肌病相关症状，这种突变在不同年龄、性别人群中均可发生，且与个体的生活方式关联不大，但有家族遗传倾向的人群携带突变基因的风险相对较高。
大片段缺失或重复：mtDNA还可能发生大片段的缺失或重复，这会导致多个线粒体基因的缺失，严重影响线粒体呼吸链复合物的组成和功能。这类突变可在任何年龄出现症状，男性和女性患病风险无明显差异，不过有家族病史的人群更易受影响，其生活方式一般不会直接导致此类mtDNA大片段改变，但遗传因素在其中起关键作用。
核DNA缺陷
核编码线粒体蛋白相关基因缺陷：核DNA中编码线粒体蛋白质的基因发生缺陷时，会影响线粒体蛋白质的合成、组装或转运等过程，从而导致线粒体功能异常。例如，编码线粒体呼吸链复合物亚基的核基因缺陷，会使线粒体呼吸链复合物无法正常组装，影响ATP的产生。这类缺陷导致的线粒体脑肌病在不同年龄人群均可发病，性别差异不明显，有家族遗传史的人群患病风险增加，其生活方式对核DNA缺陷本身无直接影响，但合理的生活方式有助于维持机体基本代谢功能，间接影响疾病的临床表现和进展。
总之，线粒体脑肌病主要是由线粒体DNA突变或核DNA缺陷引起线粒体功能障碍，进而累及肌肉、神经系统等多系统而发病，不同的突变类型和基因缺陷情况在不同年龄、性别及生活方式的人群中会表现出不同的临床特征和疾病进程。
