助力全色盲基因治療研究的CNGB3基因編輯小鼠

全色盲會導(dǎo)致患者感受紅綠藍三種顏色的視錐細(xì)胞都喪失功能，導(dǎo)致患者無法感知顏色，導(dǎo)致全色盲的基因有六個基因，其中CNGB3基因突變引起全色盲1型，該型全色盲也是一種比較常見的全色盲類型。

賽業(yè)生物《每周一鼠》，每周五更新，為大家講解一個小鼠模型的故事，希望對大家了解不同的小鼠模型有所幫助。今天和大家見面的是CNGB3基因敲除小鼠。

CNGB3基因簡介
CNGB3基因位于8號染色體上，由18個外顯子組成，編碼809個氨基酸。大多數(shù)CNGB3突變導(dǎo)致了蛋白的截短。無義突變和一些突變可能導(dǎo)致移碼，進而導(dǎo)致提前終止，最終離子通道功能喪失。有研究表明全色盲患者中約50%是由該基因突變引起的，比較常見的突變包括c.1148delC，約占突變中國男的70%，有T383fsX的全色盲患者視力較好。該基因大部分突變?yōu)闊o義突變，CNGB3和CNGA3基因占了大部分（約70%）全色盲患者的基因突變。
 

圖1. CNGB3的基因相關(guān)信息
 

CNGB3相關(guān)疾病介紹

全色盲（Achromatopsia，ACHN）患者在三種視錐細(xì)胞相對應(yīng)的三個色覺軸上都存在辨色異常�；颊叩母惺芗t綠藍三種顏色的三種視錐細(xì)胞完全喪失功能，因此無法辨識不同顏色。

除此之外，患者還有視力缺陷，全色盲患者的視力一般不超過0.1，通常還有屈光不正，主要表現(xiàn)為遠(yuǎn)視。由于對光敏感增加，患者還會表現(xiàn)出畏光的癥狀，這一癥狀在患者嬰兒的時候就會很明顯�；颊哌�具有鐘擺型的眼球震蕩現(xiàn)象，這種癥狀會隨著患者年齡的增大逐漸穩(wěn)定。

大多數(shù)患者的眼底大致正常，視網(wǎng)膜電流圖檢測能發(fā)現(xiàn)視錐細(xì)胞反應(yīng)熄滅而視桿細(xì)胞反應(yīng)基本正常。OCT檢測顯示黃斑體積減小，患者視野可出現(xiàn)中心暗點。臨床上，全色盲的鑒別需要與藍錐細(xì)胞單色視、進行性視錐細(xì)胞營養(yǎng)不良、紅綠色盲和皮質(zhì)盲等視網(wǎng)膜疾病做一些區(qū)分。
 

圖2. 全色盲相關(guān)基因以及其功能。^[4]
 

CNGB3敲除小鼠助力基因治療

CNGB3敲除小鼠導(dǎo)致CNG功能的喪失，具有選擇性喪失視錐細(xì)胞介導(dǎo)的光反應(yīng)，并伴有視錐細(xì)胞進行性退化甚至死亡。

圖3. 敲除CNGB3小鼠具有異常的視網(wǎng)膜電圖[2]

有研究報道，在Cpfl5小鼠3周齡時進行視網(wǎng)膜下腔注射，之后對視網(wǎng)膜電流圖進行檢測，能對電流產(chǎn)生反應(yīng)，因為基因比較小，所以能直接包病毒。

2020年的時候，德國的研究團隊在JAMA Ophthalmology上報道了基因治療全色盲2型的人臨床實驗結(jié)果（NCT02610582），并取得了積極的實驗數(shù)據(jù)。研究人員使用AAV8包裝人源功能性CNGA3基因，進行視網(wǎng)膜下注射，使視錐細(xì)胞表達功能性CNGA3基因，彌補因CNGA3蛋白缺失引起的視錐細(xì)胞功能異常。實驗結(jié)果顯示該基因療法微觀察到實質(zhì)性安全問題，并在九只治療過的眼睛腫表現(xiàn)出一定程度的改善，平均視力改善2.9個字母。
 

圖6. 低劑量和高劑量水平給藥后視網(wǎng)膜和脈絡(luò)膜灌注無變化^[3]

目前，已有公司針對CNGB3和CNGA3基因突變引起的全色盲進行基因治療相關(guān)研究，并開發(fā)了有關(guān)藥物。該藥物對患者的光敏性和暗光適應(yīng)性都有所改善。

總結(jié)
小鼠CNGB3功能喪失所導(dǎo)致的全色盲，該模型具有重要的臨床意義，對該基因的深入研究有助于探討該基因?qū)е律�盲的分子機制，同時亦可用于疾病基因治療的研究。

參考文獻： 

[1] Michalakis S, Gerhardt M, Rudolph G, Priglinger S, Priglinger C. Achromatopsia: Genetics and Gene Therapy. Mol Diagn Ther. 2022 Jan;26(1):51-59. doi: 10.1007/s40291-021-00565-z. Epub 2021 Dec 3. PMID: 34860352; PMCID: PMC8766373.

[2] Wang, Nan-Kai et al. “Mouse Models of Achromatopsia in Addressing Temporal "Point of No Return" in Gene-Therapy.” International journal of molecular sciences vol. 22,15 8069. 28 Jul. 2021, doi:10.3390/ijms22158069

[3] Fischer, M Dominik et al. “Safety and Vision Outcomes of Subretinal Gene Therapy Targeting Cone Photoreceptors in Achromatopsia: A Nonrandomized Controlled Trial.” JAMA ophthalmology vol. 138,6 (2020): 643-651. doi:10.1001/jamaophthalmol.2020.1032

[4] Hassall M M ,  Barnard A R ,  Maclaren R E . Gene Therapy for Color Blindness[J]. Yale Journal of Biology & Medicine, 2017, 90(4):543-551.

[5] Michalakis S ,  Gerhardt M ,  Rudolph G , et al. Achromatopsia: Genetics and Gene Therapy[J]. Molecular Diagnosis & Therapy, 2022, 26(1):51-59.

[6] Moussawi Z E ,  Boueiri M ,  Al-Haddad C . Gene therapy in color vision deficiency: a review[J]. International Ophthalmology, 2021(5).

[7] 梁小芳. 視錐細(xì)胞功能異常眼病的致病基因研究和全色盲小鼠模型的基因治療[D]. 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院, 2014.