罕見IRD疾病基因治療方法開發(fā)中可靠的動物疾病模型介紹

都說眼睛是心靈之窗，但有不少人卻無法“看”見光明。據(jù)世衛(wèi)組織公開數(shù)據(jù)顯示，全球至少22億人視力受損或失明。而我國是世界上盲人最多的國家，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)致視覺障礙，其致病基因超過300個。但目前研究集中于常見的光感受器IRD和黃斑營養(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IRD是無法治愈的，如果不加以治療，會導(dǎo)致嚴重的視覺障礙和失明。由于大多數(shù)罕見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，因為它具有免疫特權(quán)，并已有多種標準化的眼部疾病藥理藥效評價方法。因此，基因治療正在成為許多罕見IRD患者新的希望。在此，我們將介紹幾種罕見IRD疾病基因治療方法的開發(fā)，同時推薦幾種可靠的臨床前藥效評價動物疾病模型。
 

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，GACR患者血液和其他體液中的鳥氨酸濃度增加。患者會出現(xiàn)視野進行性收縮，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，則會完全失明。目前尚無根治性治療方法，但有人提出高水平的鳥氨酸對視網(wǎng)膜的脆弱結(jié)構(gòu)有毒性，降低鳥氨酸水平的早期干預(yù)措施或可預(yù)防或延緩疾病進展^[1-2]。

OAT缺失的小鼠表現(xiàn)出新生鼠低鳥氨酸血癥和致死性，但可通過短期精氨酸補充拯救。斷奶后，它們發(fā)展成類似于人類GACR患者的高鳥氨酸血癥。其視網(wǎng)膜變性緩慢進展，表現(xiàn)為視網(wǎng)膜電圖（ERG）振幅逐漸下降。隨著時間的推移，色素上皮出現(xiàn)異常，光感受器外段變得混亂并縮短，光感受器細胞逐漸流失。OAT缺陷小鼠呈現(xiàn)出與人類GACR相似的疾病表型，是優(yōu)秀的臨床前動物模型^[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。最近一項研究利用AAV8載體遞送肝臟特異性啟動子調(diào)控OAT基因進行治療。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間^[5]。該研究中AAV8-OAT基因治療能有效地糾正高鳥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型是其中最為罕見的一種，其特征是進行性感覺神經(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擁有正常的聽力，但通常在晚童年或青春期開始出現(xiàn)聽力損失，并隨著時間的推移加劇。與聽力表型相似，其眼部表型也是進行性的。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，并最終演變?yōu)槿��?sup>[6]。

在小鼠中，Clrn1基因的敲除將導(dǎo)致聽力障礙和視網(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)，并且隨著時間的推移而加重。同時，Clrn1-KO小鼠在出生后第2天就會出現(xiàn)毛細胞缺陷，并在P21-P25時失聰。研究人員通過在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)性漸進性聽力損失。除視力和聽力障礙外，Clrn1-KO小鼠還可能出現(xiàn)平衡障礙和運動協(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USH3的基因治療方法也一直在開發(fā)中。目前已有多項關(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，所有主要類別的視網(wǎng)膜細胞都表達由普遍的、構(gòu)成性的小雞β-肌動蛋白啟動子驅(qū)動的AAV-CLRN1。外源CLRN1主要定位于內(nèi)節(jié)區(qū)和外聯(lián)合層，類似于內(nèi)源蛋白的表達模式，這對未來USH3基因治療研究的設(shè)計具有重要意義。使用全強度病毒滴度進行亞視網(wǎng)膜遞送導(dǎo)致明顯的視網(wǎng)膜功能損失，表明在光感受器細胞中存在CLRN1表達的臨界限制。這些結(jié)果表明需要選擇正確的AAV載體劑量、啟動子和遞送方法來開發(fā)安全的USH3治療方法^[11]。

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

03 無脈絡(luò)膜癥（CHM）

無脈絡(luò)膜癥（CHM）是一種罕見的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，色覺異常等。無脈絡(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脈絡(luò)膜癥的情況相對較多。CHM基因編碼的是膜骨架蛋白Rab escort protein-1（REP1），該蛋白質(zhì)在視網(wǎng)膜色素上皮細胞內(nèi)發(fā)揮重要作用。REP-1的缺失或功能異常會導(dǎo)致視網(wǎng)膜色素上皮細胞退化和視網(wǎng)膜萎縮，從而導(dǎo)致無脈絡(luò)膜癥的發(fā)生。目前尚無治愈無脈絡(luò)膜癥的方法，只能采取措施來緩解癥狀^[12]。在動物研究中，Chm/Rep1全身性或視網(wǎng)膜細胞特異性敲除的小鼠呈現(xiàn)光感受器進行性退化、Rab前肽化缺陷、視網(wǎng)膜色素上皮細胞變性、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)致光感受器的嚴重退化^[14]

目前至少有八項臨床試驗正在評估通過視網(wǎng)膜下遞送表達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研究中未能達到主要終點或關(guān)鍵次要終點，但在3期STAR研究之前的臨床和臨床前數(shù)據(jù)仍為未來CHM的基因治療留下了重要的參考數(shù)據(jù)。從這項研究中收集的臨床見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價模型。在其中一項研究中，AAV2/2-CBA-REP1基因治療對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的藥效評價實驗^[16]
 

04 賽業(yè)生物罕見病研究資源 基因編輯小鼠

小鼠基因編輯模型在罕見病機制研究和藥物研發(fā)評價中起著重要作用，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病研究小鼠模型。同時也可根據(jù)您的科研需求進行專業(yè)化的定制服務(wù)，加速您的課題研究。