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罕見病Leber先天性黑矇的致病機理介紹及相關(guān)動物模型的應(yīng)用

瀏覽次數(shù):856 發(fā)布日期:2024-7-16  來源:本站 僅供參考,謝絕轉(zhuǎn)載,否則責(zé)任自負(fù)
疾病概述
Leber先天性黑矇(Leber Congenital Amaurosis, LCA)是一種極其罕見的遺傳性視網(wǎng)膜疾病,以其嚴(yán)重的致盲性特征而著稱。患者往往在年幼時便出現(xiàn)癥狀,視功能受到顯著損害。臺灣學(xué)者的一項研究揭示了LCA患者的發(fā)病年齡普遍偏早,并且他們常在青少年時期尋求醫(yī)療幫助[1]。早在1869年,Theodore Leber博士便首次描述了患有眼球震顫和瞳孔光反射異常的嬰兒所展現(xiàn)出的嚴(yán)重視力問題,這被認(rèn)為是LCA的典型表征[2]。

此外,流行病學(xué)報道顯示LCA占據(jù)了全部遺傳性視網(wǎng)膜營養(yǎng)不良癥的5%,其患病率約為每81,000至30,000人中就有1人受到影響。此外,LCA還占據(jù)了學(xué)齡兒童失明原因的20%,顯示了其對兒童視力的嚴(yán)重威脅[1,3-5]

表型特點與診斷標(biāo)準(zhǔn)
LCA的主要特征顯著,包括:在出生或出生后不久即展現(xiàn)出的嚴(yán)重視力喪失,常伴隨眼球震顫(不自主的眼球運動)、瞳孔反射遲鈍、畏光或夜盲等癥狀。其視網(wǎng)膜電圖(ERG)顯示,各波形記錄幾乎不存在或顯著降低。LCA通常在患兒出生后6個月內(nèi)發(fā)病,家長往往因發(fā)現(xiàn)孩子眼球震顫、無法注視或斜視而尋求醫(yī)療幫助[6]

除了上述癥狀外,LCA還有其他一些常見的臨床表現(xiàn)。如圖1所示,患者的眼底損傷表現(xiàn)為視網(wǎng)膜血管組織減少,視網(wǎng)膜變薄,黃斑區(qū)出現(xiàn)變化,且缺乏中央暗斑。此外,患者還可能面臨視力持續(xù)下降、屈光不正等問題[7]。這些特征為醫(yī)生提供了診斷和治療LCA的重要依據(jù)。
 
Leber先天性黑矇
圖1 LCA患者與健康人眼底表現(xiàn)比較
(左為LCA患者,右為正常人)

關(guān)于LCA診斷標(biāo)準(zhǔn)[8],具體如下:
(1)患者6月齡前出現(xiàn)嚴(yán)重視力低下或盲,可伴有眼球震顫、指眼征、黑瞳孔等;
(2)ERG各波形記錄不到或嚴(yán)重降低;
(3)不伴有或伴有其他眼部或其他系統(tǒng)的先天發(fā)育異常。

致病基因與突變
根據(jù)臨床驗證和遺傳學(xué)分析,共有23個基因與LCA相關(guān),其中最常見的基因為GUCY2D、RPE65、CRB1、CEP290等[9]。

GUCY2D
GUCY2D(圖2)是第一個被鑒定為與LCA相關(guān)的基因,位于染色體17p13.1上,編碼視網(wǎng)膜鳥苷酸環(huán)化酶-1,該酶參與光轉(zhuǎn)導(dǎo)中的感光器恢復(fù)階段。GUCY2D突變占LCA病例的6-21%。已知GUCY2D相關(guān)LCA病例在生命早期視力極差但靜止不動,伴有眼球震顫、眼指征和明顯的畏光[10,11]。
 

Leber先天性黑矇
圖2 GUCY2D基因概況


RPE65
染色體1p31.3上的RPE65基因編碼類視黃醇異構(gòu)酶(圖3),這是一種在RPE中大量表達的61kDa酶,負(fù)責(zé)類維生素A循環(huán)中的維生素A代謝。這種缺陷導(dǎo)致缺乏11-順式視網(wǎng)膜再生,從而影響視力。RPE65突變占LCA病例的4%-16%,在中國人群中相對罕見,但在高加索和印度人群中更為普遍[12]
 

【罕見病并不罕見】Leber先天性黑矇
圖3 RPE65基因概況
(圖片來源:RDDC罕見病數(shù)據(jù)中心)


該基因與LCA2最為密切相關(guān),根據(jù)RDDC數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)計(圖4),RPE65基因目前已確認(rèn)存在639個與LCA2相關(guān)的突變,其中127個被認(rèn)定為致病性突變,這些突變已被廣泛研究和報道。
 

【罕見病并不罕見】Leber先天性黑矇
圖4 RPE65基因突變與LCA2
(圖片來源:RDDC罕見病數(shù)據(jù)中心)


疾病模型
動物模型的使用成為了不可或缺的工具。這些模型包括了我們熟知的斑馬魚、小鼠、大鼠、貓、犬以及鳥類等,它們各自獨特的生物學(xué)特性為LCA的研究提供了豐富的實驗平臺。

斑馬魚作為一種在遺傳學(xué)研究中廣泛應(yīng)用的模式生物,其眼睛結(jié)構(gòu)與人類具有高度的相似性,使得斑馬魚成為研究視網(wǎng)膜發(fā)育和疾病機制的理想模型。特別是在模擬LCA相關(guān)的視網(wǎng)膜病變方面,斑馬魚模型能夠精準(zhǔn)地重現(xiàn)疾病過程,為研究疾病的發(fā)病機制提供了直觀的證據(jù)。

犬類模型在LCA研究中同樣占據(jù)了重要地位。相較于其他動物,犬類的壽命較長,這使得研究人員能夠長期觀察疾病的進展和演變,為評估治療效果提供了更廣闊的時間窗口。此外,犬類模型還允許研究人員在更接近自然環(huán)境下研究LCA,從而得到更為貼近實際的實驗結(jié)果。

在LCA研究中,小鼠模型更是發(fā)揮著舉足輕重的作用。由于小鼠在遺傳和生理上與人類具有高度相似性,因此小鼠模型能夠非常準(zhǔn)確地模擬人類LCA患者的基因突變和病理特征。借助現(xiàn)代基因編輯技術(shù),如CRISPR-Cas9,科學(xué)家們能夠精確地在小鼠身上模擬人類LCA患者的基因突變,并觀察這些突變?nèi)绾斡绊懸暰W(wǎng)膜的結(jié)構(gòu)和功能。這些小鼠模型不僅展示了與人類LCA患者相似的病理特征,如光感受器細(xì)胞的逐漸退化、視覺功能的損失以及視網(wǎng)膜的病變,還為評估潛在的治療方法提供了實驗基礎(chǔ)。為了更深入地理解LCA的發(fā)病機制和開發(fā)潛在的治療方法,研究人員已經(jīng)建立了多種小鼠模型來模擬這一疾。▓D5)。
 

【罕見病并不罕見】Leber先天性黑矇
圖5 用于LCA的小鼠模型[13]


不同的小鼠模型各具特點:
Cep290敲除小鼠:這些小鼠缺乏CEP290基因,模擬了人類LCA患者中CEP290突變導(dǎo)致的視網(wǎng)膜病變。這些小鼠的視網(wǎng)膜發(fā)育不全,感光細(xì)胞逐漸退化,最終導(dǎo)致視力喪失;

Gucy2d敲除小鼠:這種小鼠模型模擬了GUCY2D基因突變導(dǎo)致的LCA。由于GUCY2D是光傳導(dǎo)過程中的關(guān)鍵酶,這些小鼠的感光細(xì)胞在光刺激下無法產(chǎn)生正常的信號,導(dǎo)致視力受損;

RPE65敲除小鼠由于缺乏或異常的RPE65酶活性,無法有效將全反式視黃醛轉(zhuǎn)化為11-順式視黃醛,導(dǎo)致感光細(xì)胞的功能受損。這種功能損害進而引發(fā)視網(wǎng)膜病變,包括視力下降、夜盲癥和視網(wǎng)膜色素變性等癥狀[13]。

通過這些小鼠模型,研究人員能夠更直接地觀察LCA的病理過程,并測試潛在的治療方法。這些模型為LCA的研究和治療提供了重要的工具。

治療方法
基因增強療法是LCA潛在治療的主要來源。已經(jīng)對常見涉及的基因進行了動物研究,包括GUCY2D、RPE65、AIPL1、RPGRIP1、LCA5、CEP290和RDH12,主要是通過使用腺相關(guān)病毒(adeno-associated virus, AAV)載體介導(dǎo)或慢病毒載體介導(dǎo)的基因增強療法[6],載體的注射途徑如圖6所示,注射視網(wǎng)膜下或玻璃體內(nèi)[14]。
 

【罕見病并不罕見】Leber先天性黑矇
圖6 基因治療載體注射途徑[14]


特別值得一提的是,由RPE65基因突變引起的LCA2具有其獨特性。在此疾病中,視網(wǎng)膜神經(jīng)感覺細(xì)胞在生命早期的保全尤為重要,因為基因治療的核心思想是通過引入功能性野生型RPE65基因來替換受損基因,進而維持相對完整的視覺功能[15]。

根據(jù)智慧芽新藥情報庫中的LCA基因治療藥物統(tǒng)計(圖7)可知:目前,針對RPE65突變的基因治療已取得顯著進展,其中Voreligene Neparvovec已進入上市階段。此外,針對GUCY2D、RPE65和CEP290的臨床試驗也正如火如荼地進行中,這些試驗旨在進一步驗證基因增強療法在治療LCA中的有效性和安全性。值得注意的是,多個國家都積極參與到LCA基因治療藥物的研發(fā)中。在中國,輝大(上海)生物科技有限公司和啟昇(上海)生物科技有限公司等公司也在該領(lǐng)域取得了重要進展。其中,輝大(上海)生物科技有限公司研發(fā)的藥物已進入臨床1/2期試驗,而啟昇(上海)生物科技有限公司的藥物則已進入臨床前階段,這些進展為LCA患者帶來了新的治療選擇和希望。
 

【罕見病并不罕見】Leber先天性黑矇
圖7 LCA基因治療藥物研發(fā)現(xiàn)狀
(圖片來源:智慧芽新藥情報庫)
 

RDDC助力LCA綜合征研究

【罕見病并不罕見】Leber先天性黑矇
罕見病數(shù)據(jù)中心(RDDC)是國內(nèi)首個對外公開、免費的罕見病研究數(shù)據(jù)庫。

 
RDDC
由罕見病基因治療聯(lián)盟理事長單位——清華珠三角研究院人工智能創(chuàng)新中心主持開發(fā),并由副理事長單位賽業(yè)生物提供生物遺傳技術(shù)支持,歷經(jīng)1.0至2.0版本升級,可為用戶提供相應(yīng)罕見病的信息,并更好的服務(wù)科研人員對于數(shù)據(jù)查詢和數(shù)據(jù)挖掘的需求。


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*聲明:RDDC數(shù)據(jù)和工具僅為科研使用,僅供參考,不可作為醫(yī)學(xué)診斷和評判的最終定論。

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