上回我們提到了一種“從小孔洞里看世界”的眼科疾病,即視網(wǎng)膜色素變性(Retinitis Pigmentosa, RP)。隨著病情加重,患者的視野會(huì)收窄變小至管狀,就像透過(guò)一個(gè)小孔洞看向四周,可見(jiàn)范圍十分有限,如此持續(xù)直至最終完全失明。作為一種慢性、遺傳性的視網(wǎng)膜退行性病變,RP相關(guān)的致病基因就有近百個(gè),包括視紫紅質(zhì)(Rhodopsin, RHO)、Usher綜合征2A(Usher syndrome 2A, USH2A)和視網(wǎng)膜色素變性GTP酶調(diào)控因子(Retinitis pigmentosa gtpase regulator, RPGR)等。
其中,RHO合成的視紫紅質(zhì)與視覺(jué)電信號(hào)產(chǎn)生密切相關(guān),該基因?qū)е铝思s25%的顯性RP遺傳,是最早發(fā)現(xiàn)且最常見(jiàn)的顯性RP致病基因。
RHO致病機(jī)理
RHO基因定位于3q21-24,長(zhǎng)度為6.952kb,包含4個(gè)內(nèi)含子和5個(gè)外顯子,其編碼的視紫紅質(zhì)蛋白主要在視桿細(xì)胞外節(jié)中表達(dá),對(duì)于光信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)至關(guān)重要。大多數(shù)RHO突變導(dǎo)致視紫紅質(zhì)在感光細(xì)胞中高表達(dá)水平,使得大量的突變蛋白細(xì)胞定位異常、聚集、蛋白質(zhì)降解嚴(yán)重超負(fù),造成感光細(xì)胞凋亡,不能行使正常的光信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能。RHO突變型RP患者多于20歲前出現(xiàn)首發(fā)癥狀。
目前對(duì)RHO基因突變的研究認(rèn)為其致病機(jī)制主要為gain of function,包括影響了:(1)視紫紅質(zhì)蛋白質(zhì)折疊,造成內(nèi)質(zhì)網(wǎng)壓力以及蛋白質(zhì)聚集體形成;(2)11-順式視黃醛結(jié)合,G蛋白偶聯(lián)活化,視紫紅質(zhì)抑制蛋白的結(jié)合與內(nèi)吞作用;(3)視紫紅質(zhì)的細(xì)胞運(yùn)輸,包括高爾基體后的運(yùn)輸靶向外段上膜等。
RHO基因突變類型
目前有超過(guò)150個(gè)RHO基因突變被鑒定與顯性RP相關(guān),其中錯(cuò)義突變?yōu)橹鳌?/strong>RHO基因突變?cè)跉W美人群尤其是美國(guó)人群中突變率最高,而在亞洲人群中突變率較低。
P23H是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的RHO基因突變,在美國(guó)患者中約占12%,而在其他國(guó)家人群患者中卻很少發(fā)現(xiàn)。P23H的RHO基因突變導(dǎo)致蛋白不能正確折疊,造成內(nèi)質(zhì)網(wǎng)壓力及細(xì)胞毒性,最終導(dǎo)致視桿細(xì)胞退化。視紫紅質(zhì)蛋白末端的347編碼區(qū)則是另一個(gè)基因突變的熱點(diǎn),有6個(gè)不同的突變類型:P347T、P347A、P347S、P347Q、P347L、P347R,其中P347L最常見(jiàn),在顯性RP中突變率為3.6%,僅次于P23H,國(guó)內(nèi)研究報(bào)道P347L是一個(gè)較常見(jiàn)突變位點(diǎn)[2]。
RHO突變分為兩類:A類突變導(dǎo)致早期喪失夜間視力和整個(gè)視網(wǎng)膜的視桿功能異常;B類突變會(huì)導(dǎo)致更緩慢的疾病進(jìn)展,患者至少在視網(wǎng)膜的某些部分將正常的視桿感光細(xì)胞保留到成年期。從臨床表型來(lái)看,P347L較P23H更嚴(yán)重[10]。
由于受影響細(xì)胞的生存能力延長(zhǎng),B類突變患者更適合進(jìn)行基因治療。對(duì)于顯性疾病,治療可能需要抑制突變等位基因以避免其抑制作用;或通過(guò)基因校正,使用基因編輯來(lái)同時(shí)實(shí)現(xiàn)基因擴(kuò)增和突變抑制。幾乎所有特征化的RHO突變體都是顯性的,因此可能需要沉默突變等位基因以防止失明,同時(shí)需要增加正;虮磉_(dá)以便更好地治療疾病[3]。
RHO現(xiàn)有基因療法盤(pán)點(diǎn)
動(dòng)物模型的應(yīng)用有助于推動(dòng)RHO相關(guān)的潛在治療方法向臨床試驗(yàn)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化,該基因突變導(dǎo)致的adRP嚙齒動(dòng)物模型包括:含有T17M、P23H、S334X或P347S等突變的人源化大小鼠模型。目前,靶向RHO基因以治療RP的基因療法有siRNA、ASO、CRISPR等。
▶siRNA療法
文獻(xiàn)中出現(xiàn)siRNA療法,但未見(jiàn)管線,該療法是一種表達(dá)shRNA的載體(抑制突變基因表達(dá))和另一種表達(dá)替換視紫紅質(zhì)的載體(遞送正;颍⿲(duì)P347S和P23H轉(zhuǎn)基因小鼠進(jìn)行視網(wǎng)膜下注射,其中,shRNA能導(dǎo)致人類P23H-RHO轉(zhuǎn)基因小鼠中視紫紅質(zhì)的50%抑制。與未經(jīng)過(guò)治療的眼睛相比,用組合載體治療的眼睛的總視紫紅質(zhì)含量增加了兩倍,并在治療后9個(gè)月內(nèi)保護(hù)ERG反應(yīng)[11]。
▶ASO藥物
ProQR公司的ASO藥物QR-1123治療與P23H RHO突變相關(guān)的adRP的臨床試驗(yàn)正在進(jìn)行中(ClinicalTrials.gov標(biāo)識(shí)符:NCT04123626),疾病模型為P23H轉(zhuǎn)基因大小鼠[9]。ASO可以通過(guò)靶向特異性基因序列調(diào)控蛋白質(zhì)表達(dá)。特異性ASO可能僅對(duì)特定突變患者群體有用,但由于ASO的開(kāi)發(fā)比病毒介導(dǎo)的反義技術(shù)更容易,因此如果存在測(cè)試系統(tǒng)(動(dòng)物模型或類器官模型),開(kāi)發(fā)針對(duì)罕見(jiàn)突變的治療性ASO是可行的[8]。
▶CRISPR基因編輯
有文獻(xiàn)表明shRNA療法中小鼠視覺(jué)功能出現(xiàn)部分改善,然而相關(guān)研究結(jié)果對(duì)比并非十分明顯,或因RHO為活躍基因,在mRNA水平上干擾調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)水平具有挑戰(zhàn),故而基因組編輯技術(shù)成為RHO基因治療研究熱點(diǎn)。
張鋒創(chuàng)立的Editas公布了其體內(nèi)基因編輯療法EDIT-103用于治療由于RHO突變導(dǎo)致的RP[12]。EDIT-103是一種不依賴于突變的基于CRISPR/Cas9的基因編輯療法,使用雙AAV5載體遞送來(lái)敲除和替換視紫紅質(zhì)基因中的突變,以保持感光器功能,可通過(guò)視網(wǎng)膜下注射給藥。該療法有望解決150多種可導(dǎo)致RHO adRP病的RHO功能獲得型的突變。CRISPR療法的相關(guān)文獻(xiàn)中使用到的小鼠模型有P23H、P347S轉(zhuǎn)基因小鼠,hRHOC110R/WT人源化小鼠,同時(shí)具有多個(gè)突變的人源化小鼠模型等[4,5,6,7]。不難發(fā)現(xiàn),CRISPR療法中,疾病模型攜帶人突變基因是重要的共同因素,且人源化疾病模型小鼠在CRISPR治療中地位越來(lái)越重要。
基于自主研發(fā)的TurboKnockout融合BAC重組的技術(shù)創(chuàng)新,賽業(yè)生物可以提供RHO人源化及熱點(diǎn)突變?nèi)嗽椿∈螅詽M足廣大研發(fā)人員關(guān)于RP疾病的藥效學(xué)等實(shí)驗(yàn)需求。
眼科基因治療動(dòng)物模型推薦
在RHO基因突變導(dǎo)致的RP中,可應(yīng)用的基因療法較多,且目前大多基因治療處于臨床前期,發(fā)展前景樂(lè)觀。關(guān)于研發(fā)階段中所使用到的動(dòng)物模型,人源化小鼠無(wú)疑是大多數(shù)科研及藥企人員更青睞的選項(xiàng),相信賽業(yè)生物為此布局的RHO人源化及熱點(diǎn)突變?nèi)嗽椿∈竽軒?lái)更多的助力。
注:KO:基因敲除;CKO:條件性敲除;MU:基因點(diǎn)突變;Humanization:人源化