遗传性视网膜疾病（IRD）是一组影响视网膜的异质性遗传疾病，皆为由光感受器、视网膜色素上皮或脉络膜的功能障碍和变性而导致视觉障碍，其致病基因超过300个。但目前研究集中于常见的光感受器IRD和黄斑营养不良症，包括视网膜色素变性、莱伯氏先天性失明症和Stargardt病等。仍有许多罕见IRD是无法治愈的，如果不加以治疗，会导致严重的视觉障碍和失明。由于大多数罕见IRD具有单基因性质，且视网膜是AAV等基因治疗载体高效靶向部位，因为它具有免疫特权，并已有多种标准化的眼部疾病药理药效评价方法。因此，基因治疗正在成为许多罕见IRD患者新的希望。在此，我们介绍了几种罕见IRD疾病基因治疗方法的开发，并推荐了可靠的临床前药效评价动物疾病模型。

 

脉络膜和视网膜旋转性萎缩（GACR）

脉络膜和视网膜旋转性萎缩（GACR）是一种罕见的常染色体隐性遗传疾病，属于氨基酸代谢疾病。它是由编码线粒体酶鸟氨酸氨基转移酶（OAT）的基因的致病变异引起的脉络膜视网膜变性。OAT主要在肝脏中表达，GACR患者血液和其他体液中的鸟氨酸浓度增加。患者会出现视野进行性收缩，导致失明。早期症状通常为夜盲和周边脉络膜视网膜变性导致的视野收缩，晚期可发展为明显的中央视力丧失，当黄斑受到影响时，则会完全失明。目前尚无根治性治疗方法，但有人提出高水平的鸟氨酸对视网膜的脆弱结构有毒性，降低鸟氨酸水平的早期干预措施或可预防或延缓疾病进展 ^[1-2]。

 

OAT缺失的小鼠表现出新生鼠低鸟氨酸血症和致死性，但可通过短期精氨酸补充拯救。断奶后，它们发展成类似于人类GACR患者的高鸟氨酸血症。其视网膜变性缓慢进展，表现为视网膜电图（ERG）振幅逐渐下降。随着时间的推移，色素上皮出现异常，光感受器外段变得混乱并缩短，光感受器细胞逐渐流失。OAT缺陷小鼠呈现出与人类GACR相似的疾病表型，是优秀的临床前动物模型 ^[3-4]。

 

 

图1. OAT缺陷小鼠（Oat^-/-）的视网膜电图（ERG）振幅显著下降 ^[3]

 

基因治疗是大多数单基因遗传病的有效解决方法。最近一项研究利用AAV8载体递送肝脏特异性启动子调控OAT基因进行治疗。在注射该基因治疗载体后，OAT缺陷小鼠的血液和眼杯中的鸟氨酸浓度降低，视网膜电图得到改善，并且视网膜结构得到部分恢复，这种效果至少可以维持一年的时间 ^[5]。该研究中AAV8-OAT基因治疗能有效地纠正高鸟氨酸血症并改善视网膜的功能和结构，为靶向肝脏AAV介导的GACR基因治疗的有效性提供了概念性证明。

 

图2. AAV介导的肝脏特异性OAT基因治疗可改善OAT缺失小鼠（Oat^△）的疾病表型 ^[5]

 

Usher综合征Ⅲ型（USH3）

Usher综合征也被称为遗传性耳聋-色素性视网膜炎综合征，是一组以视网膜色素变性和不同程度听力损失为特征的常染色体隐性遗传病，具有遗传异质性。Usher综合征Ⅲ型是其中最为罕见的一种，其特征是进行性感觉神经性耳聋和色素性视网膜炎。CLRN1是唯一已知与USH3致病相关的基因。Usher综合征Ⅲ型患者通常在出生时拥有正常的听力，但通常在晚童年或青春期开始出现听力损失，并随着时间的推移加剧。与听力表型相似，其眼部表型也是进行性的。视力下降症状多在青春期前后出现，多数患者由夜盲起病，继而视野逐渐缩小，产生管状视野，随后失去中央视力和色觉，并最终演变为全盲 ^[6]。

 

在小鼠中，Clrn1基因的敲除将导致听力障碍和视网膜退化。具体的眼部表型为视网膜中光感受器细胞的减少和死亡，导致视力下降和视野缩小。这些症状通常在小鼠出生后的早期阶段出现，并且随着时间的推移而加重。同时，Clrn1-KO小鼠在出生后第2天就会出现毛细胞缺陷，并在P21-P25时失聪。研究人员通过在Clrn1-KO小鼠转入包含UTR区域的Clrn1基因，可以使小鼠显示出与毛束结构恶化有关的迟发性渐进性听力损失。除视力和听力障碍外，Clrn1-KO小鼠还可能出现平衡障碍和运动协调障碍等其他系统的表型变化 ^[7-10]。

 

图3. Clrn1-KO小鼠（Clrn1^-/-）视网膜电图（ERG）振幅存在缺陷 ^[8]

 

同样，作为一种单基因遗传性疾病，针对USH3的基因治疗方法也一直在开发中。目前已有多项关于基于AAV的USH3基因治疗研究结果的发表 ^[9-11]。Dinculescu等人利用Clrn1-KO小鼠研究了AAV-CLRN1基因疗法在体内的可行性。结果显示，所有主要类别的视网膜细胞都表达由普遍的、构成性的小鸡β-肌动蛋白启动子驱动的AAV-CLRN1。外源CLRN1主要定位于内节区和外联合层，类似于内源蛋白的表达模式，这对未来USH3基因治疗研究的设计具有重要意义。使用全强度病毒滴度进行亚视网膜递送导致明显的视网膜功能损失，表明在光感受器细胞中存在CLRN1表达的临界限制。这些结果表明需要选择正确的AAV载体剂量、启动子和递送方法来开发安全的USH3治疗方法 ^[11]。

 

图4. AAV-CLRN1基因疗法对Clrn1-KO和野生型小鼠视网膜蛋白表达的影响 ^[11]

 

无脉络膜症（CHM）

无脉络膜症（CHM）是一种罕见的X连锁隐性遗传性疾病，全球范围内的发病率约为1/50,000至1/10,0000。该疾病的主要症状是中央视力逐渐下降，视野变窄，色觉异常等。无脉络膜症是由CHM基因突变引起的，该基因位于X染色体上，因此男性较女性患有无脉络膜症的情况相对较多。CHM基因编码的是膜骨架蛋白Rab escort protein-1（REP1），该蛋白质在视网膜色素上皮细胞内发挥重要作用。REP-1的缺失或功能异常会导致视网膜色素上皮细胞退化和视网膜萎缩，从而导致无脉络膜症的发生。目前尚无治愈无脉络膜症的方法，只能采取措施来缓解症状 ^[12]。在动物研究中，Chm/Rep1全身性或视网膜细胞特异性敲除的小鼠呈现光感受器进行性退化、Rab前肽化缺陷、视网膜色素上皮细胞变性、视网膜萎缩、视网膜血管异常和视力减退等眼部异常表型 ^[13-14]。

 

图5. Chm/Rep1视网膜特异性敲除将导致光感受器的严重退化 ^[14]

 

目前至少有八项临床试验正在评估通过视网膜下递送表达CHM的腺相关病毒血清型（AAV）载体介导的基因治疗用于无脉络膜症（CHM）的治疗，其中以Biogen的BIIB111/AAV2-REP1和4D Molecular Therapeutics的4D-110为代^{表 [15]}。虽然BIIB111/AAV2-REP1在3期STAR研究中未能达到主要终点或关键次要终点，但在3期STAR研究之前的临床和临床前数据仍为未来CHM的基因治疗留下了重要的参考数据。从这项研究中收集的临床见解有助于塑造包括脉络膜血症在内的遗传性视网膜疾病的治疗创新。在这些药物的临床前研究中，Chm/Rep1基因敲除小鼠仍是重要的药效评价模型。在其中一项研究中，AAV2/2-CBA-REP1基因治疗对Chm/Rep1基因敲除小鼠视网膜的暗适应ERG的a波和b波振幅都呈现剂量相关的影响。高剂量的AAV2/2-CBA-REP1处理可以更好地改善Chm/Rep1基因敲除小鼠的暗适应视网膜功能 ^[16]。

 

图6. Chm/Rep1基因敲除小鼠用于AAV2/2-CBA-REP1的药效评价实验 ^[16]

 

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参考文献

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