視網膜色素變性(RP)是以視網膜光感受器細胞和視網膜色素上皮細胞受損為主要特征的遺傳性視網膜疾病,其主要臨床特征包括視力下降伴夜盲、進行性視野缺損、視網膜電圖異常等。隨著四代基因測序和精準診療的發展,RP的診斷和治療方式也逐年更新,包括基因治療、干細胞治療及光遺傳學療法等。但將上述治療方式從實驗室技術轉化為有效的臨床治療藥物,還存在著不小的鴻溝。如免疫反應、潛在的導致插入的區域誘變和腫瘤發生、遺傳毒性、基因技術和干細胞技術的質量和穩定性、臨床級別藥物的大量生產和推廣以及藥物和手術的有效性優化等等,都有待研究者們進一步解決。
引用本文: 劉紅麗, 吳繼紅. 視網膜色素變性的診斷和治療進展. 中華眼底病雜志, 2021, 37(11): 896-900. doi: 10.3760/cma.j.cn511434-20210319-00147 復制
視網膜色素變性(RP)以光感受器細胞和視網膜色素上皮(RPE)細胞逐漸退化為主要病理表現,早期主要涉及視桿細胞變性[1]。根據其特異性臨床表現可做出初步的臨床診斷;隨著四代基因測序和精準診療的發展,大部分患者可完成基因診斷。盡管RP診斷率較高,但治療方式有限,患者僅能通過綜合防控的方式提高生活質量。基因治療、干細胞治療及光遺傳學療法是較為安全有效的治療方案,但均處于實驗室研究階段,且有其各自的優勢和局限[2-4]。現就RP的診療進展作一綜述。
1 RP診斷
RP是最常見的遺傳性致盲性眼病,全世界有150萬患者受到影響,世界范圍內患病率約從1/9000至1/750,全球不同地理區域的人群發病率不同[5]。絕大多數的RP為單基因遺傳,遺傳方式可以是常染色體顯性、常染色體隱性及X性連鎖隱形遺傳,少數表現為雙基因遺傳和線粒體遺傳,具體取決于所涉及的基因。根據其特異性臨床表現和眼科檢查,可對大多數患者做出初步的臨床診斷。患者最初多表現為夜盲或暗適應異常,逐漸發生視力下降,也有部分患者最初主訴視野狹窄,20%~30%的患者還表現為與眼外異常相關的綜合征。在RP的經典表現中,夜盲癥或者暗適應異常多始于青春期,而中周部視野缺損或視力喪失則在中青年時期更為明顯。典型的眼底表現為骨細胞樣色素沉著,視網膜血管變細和視盤蠟黃,但并非所有的患者都會出現典型的骨細胞樣色素沉著,且色素沉著程度因人而異,并不一定反映疾病的嚴重程度。光相干斷層掃描呈現橢圓體帶消失,RPE變薄,但中心凹下的橢圓體帶可以保留到疾病晚期。閃光視網膜電圖表現為不同程度的視錐、視桿細胞反應下降,以視桿細胞反應下降為主,疾病晚期多為熄滅型。視野可以表現為不同形式的視野缺損,呈進行性發展,晚期多為管狀視野。經典的RP在眼底自身熒光上呈現黃斑區的強自身熒光和周邊萎縮區的弱自身熒光[6]。
隨著四代基因測序和精準診療的發展,外顯子組測序可為60%~80%的RP患者提供分子診斷[7]。總的來說,視紫紅質(RHO)基因、Usherin基因(USH2A)和RPGTP酶調節因子(RPGR)基因的突變導致大約30%的視網膜炎色素沉著。其中,RHO基因突變導致約20%~30%的常染色體顯性RP;Usherin基因突變導致約20%的常染色體隱性RP;RPGR基因突變導致約70%的X性連鎖隱形RP[6]。另外,疾病的臨床表現也與分子診斷密切相關,根據分子診斷,可以對大多數患者進行遺傳咨詢和預后分析。例如,神經酰胺激酶樣基因突變時,患者中央視力通常會迅速惡化;而富含精氨酸/絲氨酸的TOP1結合蛋白基因突變的患者,其中央視力可以維持更長的時間[8-9]。
2 RP治療
目前臨床上對于RP患者,主要是采取綜合防控,如避光、使用低視力輔助工具、遺傳咨詢和心理疏導,以提高其生活質量。安全有效的治療方案仍在實驗室研究階段,如基因治療、光遺傳學及干細胞治療等。
2.1 基因治療
基因治療是通過基因工程技術將目的基因導入靶細胞,通過調節、修復、替換、添加或刪除遺傳序列,以治療或預防疾病[2]。眼科第一支基因治療藥物Luxturna,用于治療RPE65基因缺陷導致的遺傳性視網膜疾病,于2017年和2018年分別通過了美國食品與藥品管理局和歐洲藥品管理局的授權[10],預示著基因治療的快速發展。前期實驗在RPE65基因缺陷的小鼠和犬模型進行視網膜下注射腺相關病毒(AAV)病毒攜帶的RPE65,發現視網膜功能有所改善[11-13]。臨床試驗Ⅰ/Ⅱ期初步確定了藥物的安全性,且絕大多數眼別的視力改善大于15個字母[14-16]。2017年,Cehajic-Kapetanovic等[17]公布了Ⅲ期臨床試驗的結果,這是眼科基因治療的首次隨機對照試驗,29例患者接受基因治療,其中干預組20例患者的移動性測試表現均優于對照組的9例患者,且其療效在1年內均保持穩定。
RPGR基因缺陷是RP常見的一種類型,也是目前基因治療的研究熱點,根據clinical trial.gov.cn上公布的數據,多達5個研究中心使用不同的AAV載體開展基因治療臨床試驗(注冊號:NCT03116113、NCT04671433、NCT03252847、NCT03316560),包括AAV8、AAV5、AAV2/5及AAV2tYF等。2020年,美國研究人員開發了RP2的視網膜類器官動物模型,并通過AAV2/5進行治療,治療成功者逆轉了疾病表型[18]。英國研究人員也首次報道了AAV8.coRPGR基因治療的臨床試驗結果,將18例患者分為6個組,注射濃度遞增,隨訪6個月發現該治療安全性良好,不良事件均為輕度或自限性;其中6例患者從第30天開始出現微視野改善,并且持續到第6個月,注射眼較基線提高了0.5分貝,未注射眼較基線提高了0.1個分貝(注冊號:NCT03116113)[17]。
磷酸二酯酶6A(PDE6A)基因編碼環磷酸鳥苷磷酸二酯酶,是光傳導過程中一種關鍵的酶,這種酶功能的喪失導致RP43型,約占常染色體隱形RP的4%。最初在點突變(D670G)的模型鼠中報道了該基因療法,使用AAV2/8(Y733F)-RHO-PDE6α治療后,治療眼一定程度上保留了視桿細胞結構和功能[19];然而進一步研究發現,當外核層變薄約50%時無法阻止光感受器的損失[20],但可以長期維持視錐細胞的結構和功能,隨后在模型犬進行研究,同樣證實視網膜變性減慢,并且暗視力改善[21]。現已進入臨床試驗階段,旨在開發一種治療PDE6A基因相關的RP(注冊號:NCT04611503)。
磷酸二酯酶6B(PDE6B)基因同樣屬于磷酸二酯酶家族,基因突變導致RP40型。臨床前研究中,首次對模型犬進行視網膜下注射AAV;體內外實驗結果顯示,注射后1個月,注射眼記錄到視桿細胞反應,并且至少保持18個月穩定,同時暗視力都得到了恢復,而未注射眼中無法檢測到視桿細胞反應[13,22-23]。這為臨床試驗的開展奠定了基礎,目前相關的臨床試驗尚在招募受試者(注冊號:NCT03328130)。
視黃醛結合蛋白1(RLBP1)基因編碼視網膜結合蛋白,該蛋白表達于RPE和Müller細胞。基因治療RLBP1基因突變導致的RP過程中,研究者發現自身互補雙鏈AAV較單鏈AAV轉導效率更高,且特異性的轉導RPE和Müller細胞,在模型鼠進行視網膜下注射后,注射眼ERG的暗適應率明顯提高,且持續50周[24]。目前相關臨床試驗正在招募受試者,試驗結果尚未發表(注冊號:NCT03374657)。
肌球蛋白7A(MYO7A)基因突變導致Usher綜合征1B型RP,患者同時具有先天性耳聾和進行性RP。Bennett[25]在模型鼠中評估視網膜下注射攜帶MYO7A基因的慢病毒載體對光感受器細胞功能的影響,發現視網膜下遞送載體后保護了光感受器細胞受到急性和慢性強度光損傷,光感受器細胞的損失明顯減少;此外,獼猴的安全性研究表明,視網膜下的載體遞送安全性良好,但該藥物的Ⅰ/Ⅱa期劑量遞增臨床研究未能順利開展(注冊號:NCT01505062)。
反義寡核苷酸屬于一類分子藥物,能特異性地與目的基因或其轉錄序列結合而抑制該基因表達,通常使用于突變后產生視網膜毒性作用的基因。RHO基因編碼視紫紅質,基因突變導致RP4型,RHO基因突變是常染色體顯性RP中最常見的形式[26];USH2A基因突變是常染色體隱形RP的最常見原因,占所有病例的10%~15%,基因突變導致USHER綜合征[27]。目前的臨床試驗采用反義寡核苷酸進行對上述兩種基因突變進行RNA干擾,通過玻璃體腔注射攜帶反義寡核苷酸的載體抑制毒性基因的表達,開放性單中心臨床試驗仍在招募過程中(注冊號:NCT04123626、NCT03780257)。近期,研究者們還報道了另一種RNA干擾沉默方式,短發夾RNA(shRNA),AAV-shRNA820-RHO820保持RHO T4R突變犬(唯一自然發生RHO點突變的RP動物模型)模型的光感受器結構完整性并提供長期(>8個月)保護作用,防止在未經處理的RHO突變眼中迅速發生的退化[28],但目前還未正式進入臨床試驗。
RP是基因缺陷導致的遺傳性視網膜疾病,RP的基因治療優點眾多[25],包括靶向性高、視網膜細胞無法再生、大大減少致癌風險;眼部基因治療需要的載體量少,且血視網膜屏障的存在可大大減少免疫反應;單次注射病毒載體,即使基因不整合至宿主基因組,基因也可持久表達。但隨著分子診斷技術的發展,基因突變譜不斷更新,基因治療目前僅局限于為數不多的基因位點;此外,基因治療只能補救功能相對正常的細胞,對于已經凋亡的細胞作用不大;基因治療雖然有效,但據報道,長期療效仍有下降趨勢[29-30];減少潛在的免疫毒性和遺傳毒性也是本技術的難點。
2.2 光遺傳學療法
光遺傳學療法代表著一項突破性的技術,通過引入光敏蛋白,使細胞能夠進行復雜的光學調制。光感受器接受光刺激并將其轉化為電信號,傳遞至下級神經元。RP的光遺傳學治療,直接將光感基因引入神經元,從而使神經元編碼新的光敏蛋白或者特殊的離子通道,總之,光遺傳學療法治療RP是通過將二級或三級神經元轉換為光受體來取代光受體損失的策略,從本質上改變信號處理[31]。這一過程涉及四個基本步驟:(1)尋找特定的光敏蛋白。(2)通過安全有效的病毒載體攜帶光感基因進入神經節細胞。(3)使用不同參數的光刺激(如波長、強度、頻率、時間等)對神經元進行調控。(4)采集神經細胞的信號變化。常用的激活型光敏蛋白如光敏感通道2(ChR2),當473 nm的藍色激光照射時,ChR2蛋白的通道打開,陽離子大量內流,誘發動作電位,神經元興奮[32]。目前,光遺傳學方法在動物實驗中取得了可喜的結果,BionicSight公司目前正在開展光遺傳學基因療法,產品BS01的Ⅰ/Ⅱ階段臨床試驗(注冊號:NCT02556736、NCT04278131)針對晚期RP患者,采取劑量遞增來評估產品的安全性,迄今尚未公布任何試驗結果[33]。
光遺傳學療法試圖將不同類型的視網膜細胞轉化為人工光感受器,從光學和遺傳學等交叉學科的角度治療RP,為遺傳性視網膜退行性疾病的視力恢復提供了新的視角。在RP的晚期,只要雙極細胞或視網膜神經節細胞正常工作,光遺傳學仍可作為一種治療策略。優點包括高時間和空間分辨率、侵入性小、操作性高;可實現神經細胞的毫秒級操控;通過組織特異性啟動子實現特定細胞的調控等;但其特定的局限性仍需關注:迄今為止使用的光敏蛋白無法在正常日光下激活,需要特定波長和強度的照明;特定波長和強度刺激的安全性問題也有待解決,以ChR為例,ChR需要用藍光刺激,但藍光較易誘發視網膜光化學損傷;光敏蛋白在神經元上表達不均勻導致操控量級出現異質性等[3]。
2.3 干細胞治療
正在開發的干細胞治療有兩種方案:(1)通過干細胞給藥提供神經保護因子或免疫調節因子;(2)通過多能干細胞衍生的光感受器細胞或RPE細胞達到永久植入替代損傷細胞。干細胞移植主要包括臍帶血干細胞、骨髓干細胞和人視網膜祖細胞(RPC)。有效的光感受器細胞移植,要求移植體有效地與宿主內核層細胞完成突觸連接;對于RPE細胞移植,需形成單層細胞且功能正常。目前移植物的研究方向包括注入大劑量的細胞懸液或細胞貼片。
1999年,Das等[34]將人類胎兒視網膜移植到RP患者眼內,首次證明了視網膜移植的安全性。隨后,MacLaren等[35]發現移植的光感受器前體能很好地整合到宿主細胞的外核層。Pearson等[36]證明,接受光感受器前體移植的模型鼠的視錐細胞功能得到部分恢復。目前,RP的干細胞治療正處于臨床開發階段,美國JCyte公司使用RPC進行玻璃體腔注射(注冊號:NCT02320812),初步的Ⅰ/Ⅱa試驗已完成,該試驗于2017年完成,共納入28例患者,總體而言,安全性良好,視覺功能通過客觀指標最佳矯正視力和主觀問卷調查檢測,也發現存在改善,在治療后6個月和治療后12個月的時間點,治療眼的最佳矯正視力均優于未治療眼,以最高劑量組表現更為顯著,所有受試者從治療前到治療后第12個月平均改善3.64個字母[37]。最終的試驗結果尚未發表。該公司的Ⅱ期臨床試驗目前正在進行(注冊號:NCT03073733)。除此之外,波士頓Reneuron公司通過視網膜下注射遞送RPC,根據第六屆視網膜細胞和基因治療創新峰會公布的數據,全部3名受試者視力較基線提高了23個字母,并且維持了120 d[38]。
RP的干細胞治療是使用干細胞分化的新細胞替代退化的光感受器細胞和RPE細胞來重建視網膜系統,這一療法與突變無關,可用于廣泛的視網膜退行性疾病,即使不完全了解疾病發病機制也可達到較好的治療效果[39]。此外,眼部手術允許細胞以懸浮液形式或作為支架材料上的薄片進行遞送,從而促進移植細胞的存活。不同類型的干細胞分別有其自身的局限性,但安全性是干細胞療法臨床應用的關鍵:細胞風險-腫瘤原性、基因突變及污染等;治療風險-局部和全身免疫抑制并發癥、手術并發癥、供體細胞對宿主環境的反應等;疾病風險-不治療就惡化疾病的風險。
3 小結與展望
RP的診療進展日益更新,但將基因治療、干細胞治療以及光遺傳學療法從實驗室技術轉化為有效的臨床治療藥物,還存在著不小的鴻溝。如免疫反應、潛在的導致插入的區域誘變和腫瘤發生、遺傳毒性、基因技術和干細胞技術的質量和穩定性、臨床級別藥物的大量生產和推廣以及藥物和手術的有效性優化等等,都有待研究者們進一步解決。
視網膜色素變性(RP)以光感受器細胞和視網膜色素上皮(RPE)細胞逐漸退化為主要病理表現,早期主要涉及視桿細胞變性[1]。根據其特異性臨床表現可做出初步的臨床診斷;隨著四代基因測序和精準診療的發展,大部分患者可完成基因診斷。盡管RP診斷率較高,但治療方式有限,患者僅能通過綜合防控的方式提高生活質量。基因治療、干細胞治療及光遺傳學療法是較為安全有效的治療方案,但均處于實驗室研究階段,且有其各自的優勢和局限[2-4]。現就RP的診療進展作一綜述。
1 RP診斷
RP是最常見的遺傳性致盲性眼病,全世界有150萬患者受到影響,世界范圍內患病率約從1/9000至1/750,全球不同地理區域的人群發病率不同[5]。絕大多數的RP為單基因遺傳,遺傳方式可以是常染色體顯性、常染色體隱性及X性連鎖隱形遺傳,少數表現為雙基因遺傳和線粒體遺傳,具體取決于所涉及的基因。根據其特異性臨床表現和眼科檢查,可對大多數患者做出初步的臨床診斷。患者最初多表現為夜盲或暗適應異常,逐漸發生視力下降,也有部分患者最初主訴視野狹窄,20%~30%的患者還表現為與眼外異常相關的綜合征。在RP的經典表現中,夜盲癥或者暗適應異常多始于青春期,而中周部視野缺損或視力喪失則在中青年時期更為明顯。典型的眼底表現為骨細胞樣色素沉著,視網膜血管變細和視盤蠟黃,但并非所有的患者都會出現典型的骨細胞樣色素沉著,且色素沉著程度因人而異,并不一定反映疾病的嚴重程度。光相干斷層掃描呈現橢圓體帶消失,RPE變薄,但中心凹下的橢圓體帶可以保留到疾病晚期。閃光視網膜電圖表現為不同程度的視錐、視桿細胞反應下降,以視桿細胞反應下降為主,疾病晚期多為熄滅型。視野可以表現為不同形式的視野缺損,呈進行性發展,晚期多為管狀視野。經典的RP在眼底自身熒光上呈現黃斑區的強自身熒光和周邊萎縮區的弱自身熒光[6]。
隨著四代基因測序和精準診療的發展,外顯子組測序可為60%~80%的RP患者提供分子診斷[7]。總的來說,視紫紅質(RHO)基因、Usherin基因(USH2A)和RPGTP酶調節因子(RPGR)基因的突變導致大約30%的視網膜炎色素沉著。其中,RHO基因突變導致約20%~30%的常染色體顯性RP;Usherin基因突變導致約20%的常染色體隱性RP;RPGR基因突變導致約70%的X性連鎖隱形RP[6]。另外,疾病的臨床表現也與分子診斷密切相關,根據分子診斷,可以對大多數患者進行遺傳咨詢和預后分析。例如,神經酰胺激酶樣基因突變時,患者中央視力通常會迅速惡化;而富含精氨酸/絲氨酸的TOP1結合蛋白基因突變的患者,其中央視力可以維持更長的時間[8-9]。
2 RP治療
目前臨床上對于RP患者,主要是采取綜合防控,如避光、使用低視力輔助工具、遺傳咨詢和心理疏導,以提高其生活質量。安全有效的治療方案仍在實驗室研究階段,如基因治療、光遺傳學及干細胞治療等。
2.1 基因治療
基因治療是通過基因工程技術將目的基因導入靶細胞,通過調節、修復、替換、添加或刪除遺傳序列,以治療或預防疾病[2]。眼科第一支基因治療藥物Luxturna,用于治療RPE65基因缺陷導致的遺傳性視網膜疾病,于2017年和2018年分別通過了美國食品與藥品管理局和歐洲藥品管理局的授權[10],預示著基因治療的快速發展。前期實驗在RPE65基因缺陷的小鼠和犬模型進行視網膜下注射腺相關病毒(AAV)病毒攜帶的RPE65,發現視網膜功能有所改善[11-13]。臨床試驗Ⅰ/Ⅱ期初步確定了藥物的安全性,且絕大多數眼別的視力改善大于15個字母[14-16]。2017年,Cehajic-Kapetanovic等[17]公布了Ⅲ期臨床試驗的結果,這是眼科基因治療的首次隨機對照試驗,29例患者接受基因治療,其中干預組20例患者的移動性測試表現均優于對照組的9例患者,且其療效在1年內均保持穩定。
RPGR基因缺陷是RP常見的一種類型,也是目前基因治療的研究熱點,根據clinical trial.gov.cn上公布的數據,多達5個研究中心使用不同的AAV載體開展基因治療臨床試驗(注冊號:NCT03116113、NCT04671433、NCT03252847、NCT03316560),包括AAV8、AAV5、AAV2/5及AAV2tYF等。2020年,美國研究人員開發了RP2的視網膜類器官動物模型,并通過AAV2/5進行治療,治療成功者逆轉了疾病表型[18]。英國研究人員也首次報道了AAV8.coRPGR基因治療的臨床試驗結果,將18例患者分為6個組,注射濃度遞增,隨訪6個月發現該治療安全性良好,不良事件均為輕度或自限性;其中6例患者從第30天開始出現微視野改善,并且持續到第6個月,注射眼較基線提高了0.5分貝,未注射眼較基線提高了0.1個分貝(注冊號:NCT03116113)[17]。
磷酸二酯酶6A(PDE6A)基因編碼環磷酸鳥苷磷酸二酯酶,是光傳導過程中一種關鍵的酶,這種酶功能的喪失導致RP43型,約占常染色體隱形RP的4%。最初在點突變(D670G)的模型鼠中報道了該基因療法,使用AAV2/8(Y733F)-RHO-PDE6α治療后,治療眼一定程度上保留了視桿細胞結構和功能[19];然而進一步研究發現,當外核層變薄約50%時無法阻止光感受器的損失[20],但可以長期維持視錐細胞的結構和功能,隨后在模型犬進行研究,同樣證實視網膜變性減慢,并且暗視力改善[21]。現已進入臨床試驗階段,旨在開發一種治療PDE6A基因相關的RP(注冊號:NCT04611503)。
磷酸二酯酶6B(PDE6B)基因同樣屬于磷酸二酯酶家族,基因突變導致RP40型。臨床前研究中,首次對模型犬進行視網膜下注射AAV;體內外實驗結果顯示,注射后1個月,注射眼記錄到視桿細胞反應,并且至少保持18個月穩定,同時暗視力都得到了恢復,而未注射眼中無法檢測到視桿細胞反應[13,22-23]。這為臨床試驗的開展奠定了基礎,目前相關的臨床試驗尚在招募受試者(注冊號:NCT03328130)。
視黃醛結合蛋白1(RLBP1)基因編碼視網膜結合蛋白,該蛋白表達于RPE和Müller細胞。基因治療RLBP1基因突變導致的RP過程中,研究者發現自身互補雙鏈AAV較單鏈AAV轉導效率更高,且特異性的轉導RPE和Müller細胞,在模型鼠進行視網膜下注射后,注射眼ERG的暗適應率明顯提高,且持續50周[24]。目前相關臨床試驗正在招募受試者,試驗結果尚未發表(注冊號:NCT03374657)。
肌球蛋白7A(MYO7A)基因突變導致Usher綜合征1B型RP,患者同時具有先天性耳聾和進行性RP。Bennett[25]在模型鼠中評估視網膜下注射攜帶MYO7A基因的慢病毒載體對光感受器細胞功能的影響,發現視網膜下遞送載體后保護了光感受器細胞受到急性和慢性強度光損傷,光感受器細胞的損失明顯減少;此外,獼猴的安全性研究表明,視網膜下的載體遞送安全性良好,但該藥物的Ⅰ/Ⅱa期劑量遞增臨床研究未能順利開展(注冊號:NCT01505062)。
反義寡核苷酸屬于一類分子藥物,能特異性地與目的基因或其轉錄序列結合而抑制該基因表達,通常使用于突變后產生視網膜毒性作用的基因。RHO基因編碼視紫紅質,基因突變導致RP4型,RHO基因突變是常染色體顯性RP中最常見的形式[26];USH2A基因突變是常染色體隱形RP的最常見原因,占所有病例的10%~15%,基因突變導致USHER綜合征[27]。目前的臨床試驗采用反義寡核苷酸進行對上述兩種基因突變進行RNA干擾,通過玻璃體腔注射攜帶反義寡核苷酸的載體抑制毒性基因的表達,開放性單中心臨床試驗仍在招募過程中(注冊號:NCT04123626、NCT03780257)。近期,研究者們還報道了另一種RNA干擾沉默方式,短發夾RNA(shRNA),AAV-shRNA820-RHO820保持RHO T4R突變犬(唯一自然發生RHO點突變的RP動物模型)模型的光感受器結構完整性并提供長期(>8個月)保護作用,防止在未經處理的RHO突變眼中迅速發生的退化[28],但目前還未正式進入臨床試驗。
RP是基因缺陷導致的遺傳性視網膜疾病,RP的基因治療優點眾多[25],包括靶向性高、視網膜細胞無法再生、大大減少致癌風險;眼部基因治療需要的載體量少,且血視網膜屏障的存在可大大減少免疫反應;單次注射病毒載體,即使基因不整合至宿主基因組,基因也可持久表達。但隨著分子診斷技術的發展,基因突變譜不斷更新,基因治療目前僅局限于為數不多的基因位點;此外,基因治療只能補救功能相對正常的細胞,對于已經凋亡的細胞作用不大;基因治療雖然有效,但據報道,長期療效仍有下降趨勢[29-30];減少潛在的免疫毒性和遺傳毒性也是本技術的難點。
2.2 光遺傳學療法
光遺傳學療法代表著一項突破性的技術,通過引入光敏蛋白,使細胞能夠進行復雜的光學調制。光感受器接受光刺激并將其轉化為電信號,傳遞至下級神經元。RP的光遺傳學治療,直接將光感基因引入神經元,從而使神經元編碼新的光敏蛋白或者特殊的離子通道,總之,光遺傳學療法治療RP是通過將二級或三級神經元轉換為光受體來取代光受體損失的策略,從本質上改變信號處理[31]。這一過程涉及四個基本步驟:(1)尋找特定的光敏蛋白。(2)通過安全有效的病毒載體攜帶光感基因進入神經節細胞。(3)使用不同參數的光刺激(如波長、強度、頻率、時間等)對神經元進行調控。(4)采集神經細胞的信號變化。常用的激活型光敏蛋白如光敏感通道2(ChR2),當473 nm的藍色激光照射時,ChR2蛋白的通道打開,陽離子大量內流,誘發動作電位,神經元興奮[32]。目前,光遺傳學方法在動物實驗中取得了可喜的結果,BionicSight公司目前正在開展光遺傳學基因療法,產品BS01的Ⅰ/Ⅱ階段臨床試驗(注冊號:NCT02556736、NCT04278131)針對晚期RP患者,采取劑量遞增來評估產品的安全性,迄今尚未公布任何試驗結果[33]。
光遺傳學療法試圖將不同類型的視網膜細胞轉化為人工光感受器,從光學和遺傳學等交叉學科的角度治療RP,為遺傳性視網膜退行性疾病的視力恢復提供了新的視角。在RP的晚期,只要雙極細胞或視網膜神經節細胞正常工作,光遺傳學仍可作為一種治療策略。優點包括高時間和空間分辨率、侵入性小、操作性高;可實現神經細胞的毫秒級操控;通過組織特異性啟動子實現特定細胞的調控等;但其特定的局限性仍需關注:迄今為止使用的光敏蛋白無法在正常日光下激活,需要特定波長和強度的照明;特定波長和強度刺激的安全性問題也有待解決,以ChR為例,ChR需要用藍光刺激,但藍光較易誘發視網膜光化學損傷;光敏蛋白在神經元上表達不均勻導致操控量級出現異質性等[3]。
2.3 干細胞治療
正在開發的干細胞治療有兩種方案:(1)通過干細胞給藥提供神經保護因子或免疫調節因子;(2)通過多能干細胞衍生的光感受器細胞或RPE細胞達到永久植入替代損傷細胞。干細胞移植主要包括臍帶血干細胞、骨髓干細胞和人視網膜祖細胞(RPC)。有效的光感受器細胞移植,要求移植體有效地與宿主內核層細胞完成突觸連接;對于RPE細胞移植,需形成單層細胞且功能正常。目前移植物的研究方向包括注入大劑量的細胞懸液或細胞貼片。
1999年,Das等[34]將人類胎兒視網膜移植到RP患者眼內,首次證明了視網膜移植的安全性。隨后,MacLaren等[35]發現移植的光感受器前體能很好地整合到宿主細胞的外核層。Pearson等[36]證明,接受光感受器前體移植的模型鼠的視錐細胞功能得到部分恢復。目前,RP的干細胞治療正處于臨床開發階段,美國JCyte公司使用RPC進行玻璃體腔注射(注冊號:NCT02320812),初步的Ⅰ/Ⅱa試驗已完成,該試驗于2017年完成,共納入28例患者,總體而言,安全性良好,視覺功能通過客觀指標最佳矯正視力和主觀問卷調查檢測,也發現存在改善,在治療后6個月和治療后12個月的時間點,治療眼的最佳矯正視力均優于未治療眼,以最高劑量組表現更為顯著,所有受試者從治療前到治療后第12個月平均改善3.64個字母[37]。最終的試驗結果尚未發表。該公司的Ⅱ期臨床試驗目前正在進行(注冊號:NCT03073733)。除此之外,波士頓Reneuron公司通過視網膜下注射遞送RPC,根據第六屆視網膜細胞和基因治療創新峰會公布的數據,全部3名受試者視力較基線提高了23個字母,并且維持了120 d[38]。
RP的干細胞治療是使用干細胞分化的新細胞替代退化的光感受器細胞和RPE細胞來重建視網膜系統,這一療法與突變無關,可用于廣泛的視網膜退行性疾病,即使不完全了解疾病發病機制也可達到較好的治療效果[39]。此外,眼部手術允許細胞以懸浮液形式或作為支架材料上的薄片進行遞送,從而促進移植細胞的存活。不同類型的干細胞分別有其自身的局限性,但安全性是干細胞療法臨床應用的關鍵:細胞風險-腫瘤原性、基因突變及污染等;治療風險-局部和全身免疫抑制并發癥、手術并發癥、供體細胞對宿主環境的反應等;疾病風險-不治療就惡化疾病的風險。
3 小結與展望
RP的診療進展日益更新,但將基因治療、干細胞治療以及光遺傳學療法從實驗室技術轉化為有效的臨床治療藥物,還存在著不小的鴻溝。如免疫反應、潛在的導致插入的區域誘變和腫瘤發生、遺傳毒性、基因技術和干細胞技術的質量和穩定性、臨床級別藥物的大量生產和推廣以及藥物和手術的有效性優化等等,都有待研究者們進一步解決。