罕見(jiàn)IRD疾病基因治療方法開(kāi)發(fā)中可靠的動(dòng)物疾病模型介紹

都說(shuō)眼睛是心靈之窗，但有不少人卻無(wú)法“看”見(jiàn)光明。據(jù)世衛(wèi)組織公開(kāi)數(shù)據(jù)顯示，全球至少22億人視力受損或失明。而我國(guó)是世界上盲人最多的國(guó)家，占世界盲人總數(shù)的18%-20%，其中遺傳性眼病約占兒童盲目和視力損傷的1/3，占盲目和嚴(yán)重視力損傷的80%。遺傳性眼病是當(dāng)前威脅兒童和青少年最主要的致盲性眼病。

遺傳性視網(wǎng)膜疾病（IRD）是一組影響視網(wǎng)膜的異質(zhì)性遺傳疾病，皆為由光感受器、視網(wǎng)膜色素上皮或脈絡(luò)膜的功能障礙和變性而導(dǎo)致視覺(jué)障礙，其致病基因超過(guò)300個(gè)。但目前研究集中于常見(jiàn)的光感受器IRD和黃斑營(yíng)養(yǎng)不良癥，包括視網(wǎng)膜色素變性、萊伯氏先天性失明癥和Stargardt病等。仍有許多罕見(jiàn)IRD是無(wú)法治愈的，如果不加以治療，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的視覺(jué)障礙和失明。由于大多數(shù)罕見(jiàn)IRD具有單基因性質(zhì)，且視網(wǎng)膜是AAV等基因治療載體高效靶向部位，因?yàn)樗�具有免疫特�?quán)，并已有多種標(biāo)準(zhǔn)化的眼部疾病藥理藥效評(píng)價(jià)方法。因此，基因治療正在成為許多罕見(jiàn)IRD患者新的希望。在此，我們將介紹幾種罕見(jiàn)IRD疾病基因治療方法的開(kāi)發(fā)，同時(shí)推薦幾種可靠的臨床前藥效評(píng)價(jià)動(dòng)物疾病模型。
 

01 脈絡(luò)膜和視網(wǎng)膜旋轉(zhuǎn)性萎縮（GACR）

脈絡(luò)膜和視網(wǎng)膜旋轉(zhuǎn)性萎縮（GACR）是一種罕見(jiàn)的常染色體隱性遺傳疾病，屬于氨基酸代謝疾病。它是由編碼線粒體酶鳥(niǎo)氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（OAT）的基因的致病變異引起的脈絡(luò)膜視網(wǎng)膜變性。OAT主要在肝臟中表達(dá)，GACR患者血液和其他體液中的鳥(niǎo)氨酸濃度增加�；颊邥�(huì)出現(xiàn)視野進(jìn)行性收縮，導(dǎo)致失明。早期癥狀通常為夜盲和周邊脈絡(luò)膜視網(wǎng)膜變性導(dǎo)致的視野收縮，晚期可發(fā)展為明顯的中央視力喪失，當(dāng)黃斑受到影響時(shí)，則會(huì)完全失明。目前尚無(wú)根治性治療方法，但有人提出高水平的鳥(niǎo)氨酸對(duì)視網(wǎng)膜的脆弱結(jié)構(gòu)有毒性，降低鳥(niǎo)氨酸水平的早期干預(yù)措施或可預(yù)防或延緩疾病進(jìn)展^[1-2]。

OAT缺失的小鼠表現(xiàn)出新生鼠低鳥(niǎo)氨酸血癥和致死性，但可通過(guò)短期精氨酸補(bǔ)充拯救。斷奶后，它們發(fā)展成類(lèi)似于人類(lèi)GACR患者的高鳥(niǎo)氨酸血癥。其視網(wǎng)膜變性緩慢進(jìn)展，表現(xiàn)為視網(wǎng)膜電圖（ERG）振幅逐漸下降。隨著時(shí)間的推移，色素上皮出現(xiàn)異常，光感受器外段變得混亂并縮短，光感受器細(xì)胞逐漸流失。OAT缺陷小鼠呈現(xiàn)出與人類(lèi)GACR相似的疾病表型，是優(yōu)秀的臨床前動(dòng)物模型^[3-4]。
 

OAT缺陷小鼠（Oat^-/-）的視網(wǎng)膜電圖（ERG）振幅顯著下降^[3]

基因治療是大多數(shù)單基因遺傳病的有效解決方法。最近一項(xiàng)研究利用AAV8載體遞送肝臟特異性啟動(dòng)子調(diào)控OAT基因進(jìn)行治療。在注射該基因治療載體后，OAT缺陷小鼠的血液和眼杯中的鳥(niǎo)氨酸濃度降低，視網(wǎng)膜電圖得到改善，并且視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)得到部分恢復(fù)，這種效果至少可以維持一年的時(shí)間^[5]。該研究中AAV8-OAT基因治療能有效地糾正高鳥(niǎo)氨酸血癥并改善視網(wǎng)膜的功能和結(jié)構(gòu)，為靶向肝臟AAV介導(dǎo)的GACR基因治療的有效性提供了概念性證明。
 

AAV介導(dǎo)的肝臟特異性O(shè)AT基因治療可改善OAT缺失小鼠（Oat^△）的疾病表型^[5]

02 Usher綜合征Ⅲ型（USH3）

Usher綜合征也被稱(chēng)為遺傳性耳聾-色素性視網(wǎng)膜炎綜合征，是一組以視網(wǎng)膜色素變性和不同程度聽(tīng)力損失為特征的常染色體隱性遺傳病，具有遺傳異質(zhì)性。Usher綜合征Ⅲ型是其中最為罕見(jiàn)的一種，其特征是進(jìn)行性感覺(jué)神經(jīng)性耳聾和色素性視網(wǎng)膜炎。CLRN1是唯一已知與USH3致病相關(guān)的基因。Usher綜合征Ⅲ型患者通常在出生時(shí)擁有正常的聽(tīng)力，但通常在晚童年或青春期開(kāi)始出現(xiàn)聽(tīng)力損失，并隨著時(shí)間的推移加劇。與聽(tīng)力表型相似，其眼部表型也是進(jìn)行性的。視力下降癥狀多在青春期前后出現(xiàn)，多數(shù)患者由夜盲起病，繼而視野逐漸縮小，產(chǎn)生管狀視野，隨后失去中央視力和色覺(jué)，并最終演變?yōu)槿��?sup>[6]。

在小鼠中，Clrn1基因的敲除將導(dǎo)致聽(tīng)力障礙和視網(wǎng)膜退化。具體的眼部表型為視網(wǎng)膜中光感受器細(xì)胞的減少和死亡，導(dǎo)致視力下降和視野縮小。這些癥狀通常在小鼠出生后的早期階段出現(xiàn)，并且隨著時(shí)間的推移而加重。同時(shí)，Clrn1-KO小鼠在出生后第2天就會(huì)出現(xiàn)毛細(xì)胞缺陷，并在P21-P25時(shí)失聰。研究人員通過(guò)在Clrn1-KO小鼠轉(zhuǎn)入包含UTR區(qū)域的Clrn1基因，可以使小鼠顯示出與毛束結(jié)構(gòu)惡化有關(guān)的遲發(fā)性漸進(jìn)性聽(tīng)力損失。除視力和聽(tīng)力障礙外，Clrn1-KO小鼠還可能出現(xiàn)平衡障礙和運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)障礙等其他系統(tǒng)的表型變化^[7-10]。
 

Clrn1-KO小鼠（Clrn1^-/-）視網(wǎng)膜電圖（ERG）振幅存在缺陷^[8]

同樣，作為一種單基因遺傳性疾病，針對(duì)USH3的基因治療方法也一直在開(kāi)發(fā)中。目前已有多項(xiàng)關(guān)于基于AAV的USH3基因治療研究結(jié)果的發(fā)表^[9-11]。Dinculescu等人利用Clrn1-KO小鼠研究了AAV-CLRN1基因療法在體內(nèi)的可行性。結(jié)果顯示，所有主要類(lèi)別的視網(wǎng)膜細(xì)胞都表達(dá)由普遍的、構(gòu)成性的小雞β-肌動(dòng)蛋白啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)的AAV-CLRN1。外源CLRN1主要定位于內(nèi)節(jié)區(qū)和外聯(lián)合層，類(lèi)似于內(nèi)源蛋白的表達(dá)模式，這對(duì)未來(lái)USH3基因治療研究的設(shè)計(jì)具有重要意義。使用全強(qiáng)度病毒滴度進(jìn)行亞視網(wǎng)膜遞送導(dǎo)致明顯的視網(wǎng)膜功能損失，表明在光感受器細(xì)胞中存在CLRN1表達(dá)的臨界限制。這些結(jié)果表明需要選擇正確的AAV載體劑量、啟動(dòng)子和遞送方法來(lái)開(kāi)發(fā)安全的USH3治療方法^[11]。

AAV-CLRN1基因療法對(duì)Clrn1-KO和野生型小鼠視網(wǎng)膜蛋白表達(dá)的影響^[11]
 

03 無(wú)脈絡(luò)膜癥（CHM）

無(wú)脈絡(luò)膜癥（CHM）是一種罕見(jiàn)的X連鎖隱性遺傳性疾病，全球范圍內(nèi)的發(fā)病率約為1/50000至1/100000。該疾病的主要癥狀是中央視力逐漸下降，視野變窄，色覺(jué)異常等。無(wú)脈絡(luò)膜癥是由CHM基因突變引起的，該基因位于X染色體上，因此男性較女性患有無(wú)脈絡(luò)膜癥的情況相對(duì)較多。CHM基因編碼的是膜骨架蛋白R(shí)ab escort protein-1（REP1），該蛋白質(zhì)在視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮重要作用。REP-1的缺失或功能異常會(huì)導(dǎo)致視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞退化和視網(wǎng)膜萎縮，從而導(dǎo)致無(wú)脈絡(luò)膜癥的發(fā)生。目前尚無(wú)治愈無(wú)脈絡(luò)膜癥的方法，只能采取措施來(lái)緩解癥狀^[12]。在動(dòng)物研究中，Chm/Rep1全身性或視網(wǎng)膜細(xì)胞特異性敲除的小鼠呈現(xiàn)光感受器進(jìn)行性退化、Rab前肽化缺陷、視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞變性、視網(wǎng)膜萎縮、視網(wǎng)膜血管異常和視力減退等眼部異常表型^[13-14]。
 

Chm/Rep1視網(wǎng)膜特異性敲除將導(dǎo)致光感受器的嚴(yán)重退化^[14]

目前至少有八項(xiàng)臨床試驗(yàn)正在評(píng)估通過(guò)視網(wǎng)膜下遞送表達(dá)CHM的腺相關(guān)病毒血清型（AAV）載體介導(dǎo)的基因治療用于無(wú)脈絡(luò)膜癥（CHM）的治療，其中以Biogen的BIIB111/AAV2-REP1和4D Molecular Therapeutics的4D-110為代表^[15]。雖然BIIB111/AAV2-REP1在3期STAR研究中未能達(dá)到主要終點(diǎn)或關(guān)鍵次要終點(diǎn)，但在3期STAR研究之前的臨床和臨床前數(shù)據(jù)仍為未來(lái)CHM的基因治療留下了重要的參考數(shù)據(jù)。從這項(xiàng)研究中收集的臨床見(jiàn)解有助于塑造包括脈絡(luò)膜血癥在內(nèi)的遺傳性視網(wǎng)膜疾病的治療創(chuàng)新。在這些藥物的臨床前研究中，Chm/Rep1基因敲除小鼠仍是重要的藥效評(píng)價(jià)模型。在其中一項(xiàng)研究中，AAV2/2-CBA-REP1基因治療對(duì)Chm/Rep1基因敲除小鼠視網(wǎng)膜的暗適應(yīng)ERG的a波和b波振幅都呈現(xiàn)劑量相關(guān)的影響。高劑量的AAV2/2-CBA-REP1處理可以更好地改善Chm/Rep1基因敲除小鼠的暗適應(yīng)視網(wǎng)膜功能^[16]。
 

Chm/Rep1基因敲除小鼠用于AAV2/2-CBA-REP1的藥效評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)^[16]
 

04 賽業(yè)生物罕見(jiàn)病研究資源 基因編輯小鼠

小鼠基因編輯模型在罕見(jiàn)病機(jī)制研究和藥物研發(fā)評(píng)價(jià)中起著重要作用，賽業(yè)生物擁有數(shù)千種自主研發(fā)的基因編輯小鼠品系，可提供包括OAT、CLRN1和CHM等在內(nèi)的多種基因敲除或條件性敲除罕見(jiàn)病研究小鼠模型。同時(shí)也可根據(jù)您的科研需求進(jìn)行專(zhuān)業(yè)化的定制服務(wù)，加速您的課題研究。