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2018 08 20 来自兽医学院和佩雷尔曼医学院的一个研究小组使用了一个双功能载体来保存在视网膜色素变性病症中正常被破坏的光敏细胞。 过去的一年见证了基因治疗领域的里程碑，FDA批准治疗癌症和遗传性致盲障碍。 来自宾夕法尼亚大学兽医学院和佩雷尔曼医学院的研究人员与佛罗里达大学的科学家合作，开发出一种有效地消除视紫红蛋白异常副本的疗法，视紫红蛋白是一种光感分子，然后用这种蛋白质的健康副本恢复它。这种敲低和替换的方法保存了受影响狗的视网膜感光细胞，这种细胞可以发展成一种与人类非常相似的疾病。 更重要的是，他们使用一个单一的病毒载体来共同传递基因材料，以实现敲低和替换。虽然已经发现有超过150种不同的视紫质突变会导致色素性视网膜炎，但这种方法的目的是不管那些负责在昏暗光线下视觉的杆状光感受器细胞的突变或机制如何，都能发挥作用。这意味着，如果这种疗法被证明是安全有效的，很大一部分常染色体显性色素性视网膜炎患者可能会受益。 William Beltran, Artur Cideciyan, Gustavo Aguirre和Samuel Jacobson是来自Penn Vet和Penn Medicine的联合团队的成员，他们领导了这项工作。 “这是一种‘一劳永逸’的治疗方法，”威廉·a·贝尔特兰(William a . Beltran)说，他是眼科教授，同时也是宾夕法尼亚兽医实验视网膜疗法部门的主任，也是这项研究的主要作者之一，该研究发表在本周的《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上。“治疗的目标是人与狗的视紫红蛋白基因的同源区域，并且与突变的位置是分开的。”这给了我们很大的希望让它成为一种转化治疗 “几十年来，我们都知道这种特殊的分子会导致一种特殊形式的色素性视网膜炎，但开发一种治疗方法却不是那么简单，”宾夕法尼亚医学院的眼科研究教授、论文的共同作者Artur V. Cideciyan说。“现在，基于多年对狗的研究，我们可以开始着手处理这些突变，防止人类感光细胞的退化。” 这项工作是宾夕法尼亚大学视觉科学家长期合作的最新成果。除了Beltran和Cideciyan，研究小组成员还包括Penn Vet的Raghavi Sudharsan，他是Beltran实验室的一名研究员，Gustavo D. Aguirre，医学遗传学和眼科学教授，以及Penn Medicine的Samuel G. Jacobson，眼科教授和遗传视网膜退化中心主任。 色素性视网膜炎是一种进展性遗传性视网膜疾病。30年前，研究人员发现，将视紫红蛋白编码的基因突变是导致这种疾病的第一个已知遗传原因。此后，其他基因也被牵连其中，但视紫红蛋白突变仍然是一个主要因素，占常染色体显性色素性视网膜炎的30%。 绝大多数的视紫质突变都是以一种主要的方式通过家庭传播的，这意味着父母只需要传递一个突变的副本，他们的孩子就会受到影响。 雅各布森说:“在我们的调查中，我们看到上世纪90年代有这种遗传性色素性视网膜炎的人，现在我们看到他们的孙辈也受到了影响。”“这是一种多代人的疾病，也是一种严重的疾病。” 宾夕法尼亚兽医研究所的研究员Raghavi Sudharsan 几种导致色素性视网膜炎的视紫质突变导致了一种毒性的功能获得，被认为会产生一种对光感受器细胞有害的蛋白质。为了解决这些病人身上出现的问题，研究人员确定最好的策略是消除突变蛋白。 阿吉雷说:“在过去的基因治疗中，我们已经开发出了其他条件下的基因疗法，这些条件下，突变会导致功能丧失。因此，在这些情况下，我们只需要重新添加正常的基因副本，让光感受器恢复正常的结构和功能。”当你有一种像这样的显性疾病时，基因产物会对细胞造成伤害，你必须摆脱它。 研究小组早期的尝试就是这样做的:简单地敲低狗体内的突变体和正常的视紫质。这预防了这种疾病，但却导致了杆光感受器(ou)的关键细胞室的丢失 在目前的研究中，研究人员采用了这一策略，该策略既依赖于体外实验，也依赖于一种犬类动物模型，该动物模型在视紫质基因中有一种自然发生的突变，这种突变忠实地再现了由视紫质B类突变引起的人类视网膜色素变性。患有视紫质A类突变的患者在生命早期就失去了具有功能的视杆光感受器细胞，而B类突变的患者可能会保留其视杆细胞数十年，使其成为视觉保护基因治疗的候选对象。 由于突变型视紫红素犬对环境光非常敏感，因此使用相当于正午亮度的短曝光来加速光感受器的退化。这种敏感性使得研究人员能够控制视网膜的哪些区域受到了最严重的影响，以及什么时候受到的影响，从而在几周内评估治疗效果，而不是在没有这种触发的情况下发展变性所需的年数。 。 在实验室中，研究小组证实，他们可以使用佛罗里达大学的Alfred Lewin及其同事设计的称为短发夹RNA（shRNA）的敲低试剂来破坏突变体视紫红质基因，以远离突变部分基因。添加对该shRNA具有抗性的视紫红质基因的健康拷贝补偿了敲低。 在患有视紫红蛋白突变的狗身上，他们采用了同样的策略，当shRNA和正常的视紫红蛋白副本同时在同一个载体中同时传递，而不是使用两个不同的载体时，他们发现了最好的成功。该小组恢复了大约30%的正常水平的视紫质，足以防止视网膜中的视杆细胞恶化。 “我们所展示的是，如果你只进行了敲低，你就保留了棒的外层核层，这是细胞体所在的位置，”Beltran说。“但如果没有另一个关键层，即外部部分，即视紫红蛋白在吸收光线和启动视觉方面起着至关重要的作用，那么视杆就会失效。”然而，如果你将敲低与替换试剂结合，那么最大的区别就是你现在已经完全形成并排列了外部部分和功能性光感受器细胞。 研究人员通过使用可用于人类患者的特殊成像技术，以及提供杆和锥功能测量方法，证实了杆细胞(以及负责色觉的锥细胞)的结构和功能的有益影响。 佛罗里达的卢因说:“我们能够挽救狗的锥状视觉。”“如果我们能够在人们身上做到这一点，它将拯救中心视野，使他们能够识别面孔，阅读和看电视。” 迄今为止，跟踪治疗效果超过八个月后交付的基因治疗，效果似乎稳定和持久。研究小组目前正致力于将这些发现应用于临床试验。 Cideciyan说:“目前的工作对治疗常染色体显性色素性视网膜炎患者有着重要的意义。 该研究的其他作者是Penn Vet的ValérieDufour，Simone Iwabe，Luis Felipe Marinho和Tatyana Appelbaumenn Medicine的Malgorzata Swider，Brianna Lisi和Alexander Sumaroka;和佛罗里达大学的Michael Massengill和Brian Rossmiller。 这项研究得到了国家眼科研究所(批准EY022012, EY06855, EY001583和EY021721)、抗盲基金会、预防盲研究和谢勒·理查森教授捐赠基金的支持。
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