家族性滲出性玻璃體視網(wǎng)膜病變（FEVR）介紹及相關(guān)小鼠模型

家族性滲出性玻璃體視網(wǎng)膜病變（FEVR）是一組罕見的遺傳性視網(wǎng)膜疾病，其特征是異常的視網(wǎng)膜血管生成，導(dǎo)致周圍視網(wǎng)膜血管化不完全，隨后出現(xiàn)視網(wǎng)膜缺血。FEVR的無血管視網(wǎng)膜導(dǎo)致缺氧和新生血管生長刺激進(jìn)入玻璃體，從而導(dǎo)致后期的玻璃體視網(wǎng)膜牽拉、黃斑下滲出和出血、視網(wǎng)膜褶皺、牽拉性視網(wǎng)膜脫離和黃斑移位。FEVR的臨床表現(xiàn)往往不對(duì)稱，在同一家庭的受影響成員之間也會(huì)有顯著差異。輕度疾病患者可能無癥狀，而重度疾病患者可能表現(xiàn)為嚴(yán)重的視力喪失。目前尚無特效藥物可用于治療FEVR，但激光治療、玻璃體切割手術(shù)等方法可以幫助緩解癥狀和保護(hù)視力^[1]。
 

家族性滲出性玻璃體視網(wǎng)膜病變（FEVR）的視網(wǎng)膜褶皺表型^[2]

血管發(fā)育受多種信號(hào)通路精密調(diào)控，其中Wnt信號(hào)通路是關(guān)鍵調(diào)控系統(tǒng)之一。Norrin/β-Catenin信號(hào)通路是一種重要的Wnt信號(hào)傳導(dǎo)途徑，它在眼睛和耳朵的血管發(fā)育中起著核心作用^[3]。在這條通路中，主要是通過Norrin與其受體FZD4、LRP5和TSPAN12結(jié)合形成復(fù)合物來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)作用，從而促進(jìn)視網(wǎng)膜血管生成。目前已知至少有9個(gè)基因的突變會(huì)導(dǎo)致FEVR，包括NDP，F(xiàn)ZD4，LRP5，TSPAN12，ZNF408，KIF11，RCBTB1，CTNNB1和JAG1，占全球所有FEVR病例的約50%。這些基因突變會(huì)影響Wnt信號(hào)通路的正常調(diào)節(jié)作用，導(dǎo)致視網(wǎng)膜血管生成異常和視網(wǎng)膜缺血等癥狀^[4]。
 

 Norrin/β-Catenin信號(hào)通路調(diào)控視網(wǎng)膜血管發(fā)生的途徑^[4]

01.NDP相關(guān)FEVR

NDP基因編碼Norrin蛋白，該蛋白與視網(wǎng)膜血管的生長和發(fā)育有關(guān)。Norrin蛋白與FZD4蛋白結(jié)合，形成高親和力的配體-受體對(duì)，并與輔助組分TSPAN12一起，通過促進(jìn)β-Catenin進(jìn)入細(xì)胞核，誘導(dǎo)FZD4和LRP5依賴性激活經(jīng)典Wnt通路。Wnt信號(hào)通路在眼睛的生長和發(fā)育中起著重要作用，其缺陷會(huì)影響這一過程，并在FEVR和Norrie疾病的病理過程中起著重要作用^[5]。因此，NDP基因突變會(huì)影響Norrin蛋白的功能，從而影響Wnt信號(hào)通路，導(dǎo)致FEVR的發(fā)生。在小鼠中，Ndp基因的敲除將導(dǎo)致淺層視網(wǎng)膜血管發(fā)育延遲，并且無法形成深層視網(wǎng)膜血管，進(jìn)一步會(huì)形成類似微動(dòng)脈瘤的病變，這是典型的視網(wǎng)膜血管缺陷表型^[6]。

Ndp-KO小鼠存在視網(wǎng)膜淺層血管的缺陷和深層毛細(xì)血管網(wǎng)絡(luò)的缺失^[6]

02.FZD4相關(guān)FEVR
FZD4作為Wnt信號(hào)通路的受體，可通過結(jié)合Wnt蛋白來激活該通路，并促進(jìn)視網(wǎng)膜血管的正常發(fā)育。FZD4突變導(dǎo)致其無法與Wnt蛋白結(jié)合，從而導(dǎo)致Wnt信號(hào)通路的抑制，這種異常會(huì)導(dǎo)致靜脈瘤的形成和視網(wǎng)膜缺血等癥狀。此外，F(xiàn)ZD4基因突變也可能通過影響TGF-β信號(hào)通路和Notch信號(hào)通路等其他信號(hào)通路的調(diào)節(jié)，從而影響視網(wǎng)膜血管的發(fā)育和維護(hù)。以上兩種機(jī)制可能共同導(dǎo)致了FEVR的發(fā)生或惡化^[7]。與Ndp敲除小鼠表型相似，Fzd4-KO小鼠的視網(wǎng)膜和內(nèi)耳的血管發(fā)育受到了極大的影響并且出現(xiàn)視網(wǎng)膜應(yīng)激的表型。Fz4的缺失導(dǎo)致多個(gè)表型的出現(xiàn)，包括視網(wǎng)膜表面內(nèi)皮細(xì)胞遷移的延緩，視網(wǎng)膜內(nèi)的二級(jí)和三級(jí)血管分枝的消除，玻璃體血管系統(tǒng)程序性退化的極大延遲，并在耳蝸血管內(nèi)產(chǎn)生漸進(jìn)性擴(kuò)大和退化以及小腦血管的漸進(jìn)性紊亂等。此外，F(xiàn)z4缺失可能還會(huì)導(dǎo)致其他非血管方面的表型，如腦部退化和聽力障礙^[8]。
 

Fzd4-KO小鼠存在視網(wǎng)膜血管缺陷的表型^[8]

03.TSPAN12相關(guān)FEVR
TSPAN12基因編碼的跨膜蛋白同樣也是Wnt信號(hào)通路中的一個(gè)重要成員，TSPAN12可以與FZD4共同作用，參與Wnt信號(hào)通路的調(diào)節(jié)，促進(jìn)視網(wǎng)膜血管的正常發(fā)育。TSPAN12的突變與FZD4突變導(dǎo)致的表型較為相似，都導(dǎo)致靜脈瘤的形成和視網(wǎng)膜缺血等癥狀，并通過影響VEGF和Notch等信號(hào)通路，來影響視網(wǎng)膜血管的發(fā)育和維護(hù)^[9]。同樣，Tspan12基因敲除小鼠擁有和Fzd4敲除小鼠相似的表型，包括靜脈瘤的形成、血管分支和血管消退的異常等視網(wǎng)膜內(nèi)血管發(fā)育異常。此外，Tspan12缺失還會(huì)導(dǎo)致小鼠出現(xiàn)視力障礙、視網(wǎng)膜缺血以及心臟異常、肝臟異常和骨骼畸形等其他器官和組織的發(fā)育異常^[10]。
 

Tspan12-KO小鼠存在微動(dòng)脈瘤和玻璃體血管退化延遲等表型^[10]

04.LRP5相關(guān)FEVR
LRP5作為Wnt信號(hào)通路的受體，可以通過結(jié)合Wnt蛋白來激活Norrin/β-Catenin信號(hào)通路，參與視網(wǎng)膜血管形成的調(diào)控。LRP5基因的功能缺失型導(dǎo)致其無法與Wnt蛋白結(jié)合，造成Wnt信號(hào)通路異常，導(dǎo)致視網(wǎng)膜血管的異常發(fā)育，包括靜脈瘤的形成和視網(wǎng)膜缺血等癥狀，最終導(dǎo)致FEVR的發(fā)生。此外，LRP5也參與調(diào)控骨密度和膽固醇代謝途徑的調(diào)節(jié)，LRP5基因的功能喪失突變會(huì)也導(dǎo)致骨質(zhì)疏松-假瘤綜合征（OPPG）。相反，LRP5的功能增強(qiáng)突變會(huì)導(dǎo)致異常骨密度增高^[11]。因此LRP基因敲除小鼠除表現(xiàn)為視網(wǎng)膜血管異常和視網(wǎng)膜發(fā)育不良等眼部疾病表型外，還呈現(xiàn)骨骼畸形和低骨密度等骨骼表型以及膽固醇代謝異常和高膽固醇血癥等心血管表型^[12-14]。與Ndp和Fzd4基因敲除小鼠相比，Lrp5-KO小鼠的視網(wǎng)膜病變視網(wǎng)膜更溫和，且出現(xiàn)骨骼畸形和代謝失常等非視網(wǎng)膜血管表型。
 

Lrp5-KO小鼠的玻璃體血管退化存在缺陷^[12]

05.CTNNB1相關(guān)FEVR
CTNNB1基因編碼的β-catenin蛋白是一種粘著連接蛋白，它與鈣粘蛋白、α-catenin共同組成粘附連接復(fù)合體，通過調(diào)控細(xì)胞生長以及細(xì)胞間的粘附，在上皮細(xì)胞層的構(gòu)建與維持中起著重要作用。通常認(rèn)為，CTNNB1基因的缺失會(huì)導(dǎo)致CTNNB1綜合征，這是一種嚴(yán)重的神經(jīng)發(fā)育障礙。最近的研究發(fā)現(xiàn)CTNNB1基因的某些功能缺失突變也會(huì)導(dǎo)致伴痙攣性肌癱和視力缺陷（NEDSDV）和家族性滲出性玻璃體視網(wǎng)膜病變（FEVR）等視網(wǎng)膜缺陷疾疾病^[15-16]。在小鼠中的研究表明，Ctnnb1基因全身性敲除的會(huì)導(dǎo)致胚胎期死亡、胚胎發(fā)育異常、神經(jīng)管缺陷、肝臟發(fā)育異常、腎臟發(fā)育異常和心臟發(fā)育異常等嚴(yán)重表型的出現(xiàn)，但鮮有視網(wǎng)膜表型報(bào)道。最近的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮細(xì)胞特異性Ctnnb1敲除會(huì)降低Norrin/β-catenin通路的活性，從而影響視網(wǎng)膜血管生成。在該小鼠模型中，視網(wǎng)膜血管生成受到抑制，表現(xiàn)出FEVR樣表型^[17]，此外，編碼α-catenin的Ctnna1基因的內(nèi)皮細(xì)胞特異性缺失同樣呈現(xiàn)除與Ctnnb1缺失小鼠類似的FEVR樣表型，也可用于該疾病的研究^[18]。
 

內(nèi)皮細(xì)胞特異性Ctnnb1敲除的小鼠出現(xiàn)與FEVR類似的表型^[17]

06.KIF11相關(guān)FEVR
KIF11是獨(dú)立于Norrin/β-Catenin信號(hào)通路的另一個(gè)重要的FEVR致病基因，該基因編碼的馬達(dá)蛋白參與了細(xì)胞分裂和微管動(dòng)力學(xué)等生物學(xué)過程。KIF11也是視網(wǎng)膜母細(xì)胞中的一個(gè)重要因子，能夠調(diào)節(jié)微管動(dòng)力學(xué)并參與視網(wǎng)膜血管的生長和分支。在人類中，KIF11的失活突變與伴或不伴小頭畸形的視網(wǎng)膜血管低下和以淋巴水腫，脈絡(luò)膜視網(wǎng)膜發(fā)育不良，小頭畸形和/或智力低下的不同組合為特征的多器官綜合征有關(guān)。研究表明，一些FEVR患者體內(nèi)KIF11的突變可能影響其視網(wǎng)膜血管的發(fā)育和穩(wěn)定，但具體機(jī)制未知。因此，Kif11基因敲除小鼠模型已被用來研究KIF11基因突變與FEVR之間的關(guān)系。最近的一項(xiàng)研究表明內(nèi)皮細(xì)胞特異性Kif11敲除會(huì)導(dǎo)致小鼠視網(wǎng)膜血管系統(tǒng)嚴(yán)重發(fā)育遲緩和小腦脈管系統(tǒng)輕度發(fā)育遲緩^[19]。內(nèi)皮細(xì)胞Kif11-cKO小鼠的表型與內(nèi)皮細(xì)胞Ctnnb1-cKO小鼠非常相似，進(jìn)一步證明KIF11缺失與FEVR之間的密切聯(lián)系。
 

早期內(nèi)皮細(xì)胞特異性Kif11敲除的小鼠的視網(wǎng)膜血管生長嚴(yán)重遲緩^[19]

07.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(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NDP，F(xiàn)ZD4和LRP5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(shí)也可根據(jù)您的科研需求進(jìn)行專業(yè)化的定制服務(wù)，加速您的課題研究。