基因治疗让失明小鼠重见光明

靶向视网膜特定细胞的腺相关病毒(AAV)可以直接注射到眼睛的玻璃体中，比必须直接注射到视网膜下的野生型AAV能够更精确地递送基因。

美国加州大学伯克利分校的科学家们利用腺相关病毒(AAV)将一种绿光受体基因植入失明小鼠的眼睛，一个月后，它们就能像正常小鼠一样轻松地绕过障碍物，能够在iPad上看到运动的物体、适应上千倍的亮度变化，并辨别足以区分字母的精细细节。相关论文于3月15日发表在《自然•通讯》杂志。

研究人员说，这种通过灭活病毒传递的基因疗法，三年内可以在因视网膜退化而失明的人身上进行试验，理想情况下，这种疗法能让他们有足够的视力四处走动，并有可能恢复他们阅读或观看视频的能力。

加州大学伯克利分校的分子和细胞生物学教授Helen Wills和神经科学研究所所长Ehud Isacoff说：“把这种病毒注入一个人的眼睛，几个月后，他的视力就会部分恢复。患有视网膜神经退行性疾病的人，通常都会试图阻止或减缓进一步的退行性病变，但如果有一种办法能够让他们在几个月内恢复视力，想想就会觉得很神奇。”

全球约有1.7亿人患有与年龄有关的黄斑变性，每10名55岁以上的人中就有1人患有这种疾病，而全球170万人患有最常见的遗传性失明——色素性视网膜炎，这种疾病通常使人在40岁之前失明。

加州大学伯克利分校分子和细胞生物学教授、验光学院的John Flannery说：“在视力严重受损的人群中，疾病的负担是巨大的，他们可能是这种疗法的首要候选者。”目前，这类患者的选择仅限于电子眼植入物——一种笨拙的、侵入性的、昂贵的装置，能在视网膜上产生几百像素的图像，而正常、清晰的视觉需要数百万像素。

纠正导致视网膜退化的基因缺陷也不是一件简单的事情，因为仅视网膜色素变性就有250多种不同的基因突变。其中大约90%杀死了视网膜的感光细胞，包括对昏暗光线敏感的视杆细胞和感知色彩的视锥细胞。但视网膜退化通常会使其他视网膜细胞层得以保留，包括双极型细胞和视网膜神经节细胞。在人完全失明后的几十年里，视网膜神经节细胞虽然对光线不敏感，但仍能保持健康。

因遗传性视网膜疾病失明的小鼠接受基因治疗后，恢复了足够的视力，经训练后，能够与正常小鼠一样对iPad上的图案做出反应。

为了逆转小鼠的失明情况，研究人员设计了一种针对视网膜神经节细胞的病毒，并在病毒中装载了一种感光受体（绿色视锥细胞视蛋白）的基因。正常情况下，这种视蛋白仅在视锥细胞中表达，使其对黄绿色光敏感。当病毒注入眼睛时，病毒携带基因进入通常对光不敏感的神经节细胞，使它们对光敏感，并能够向大脑发送信号，形成视觉。

Flannery说：“由于对小鼠进行测试的限制，在没有特殊设备的情况下，我们无法将经过光学基因治疗的小鼠的行为与正常小鼠区分开来，这对病人意味着什么还有待观察。”

在小鼠身上，研究人员能够将视蛋白基因递送到大部分的视网膜神经节细胞。而对于人类，则需要注射更多的病毒颗粒，因为人类眼睛里的神经节细胞比小鼠多几千倍。但研究人员已经开发出了增强病毒递送效率的方法，并希望将这种新的光传感器以同样的高比例导入人类神经节细胞中，其数量相当于相机中非常高的像素数。

Isacoff、Flannery花了十多年时间用各种方案提高视力，但都没有达到正常视力的灵敏度。为了捕捉自然视觉的高灵敏度，他们转向研究感光细胞的光感受器视蛋白。利用一种自然感染神经节细胞的腺相关病毒(AAV)成功地将视蛋白基因导入神经节细胞的基因组，从而使失明的小鼠获得了持久的视力。

Isacoff说：“这个系统的运行非常非常令人满意，部分原因是它非常简单。”现在研究人员正在筹集资金，准备在三年内将这种基因疗法用于人体试验。美国食品及药物管理局(FDA)已经批准了类似的AAV递送系统，用于治疗没有其他医疗替代方案的视网膜退行性疾病。

橙色的线记录了一分钟内小鼠的旷场运动轨迹。失明的小鼠（上）小心地呆在角落和边缘，而接受治疗后的小鼠（中）几乎和正常视力的小鼠（下）一样轻易地探索旷场。

在这项研究中，经过治疗的小鼠视觉反应速度大大提高，而且能够区分平行线和水平线、紧密间隔线和宽松间隔线、移动线和静止线，恢复后的视觉非常灵敏，ipad代替了更亮的led用于视觉显示。Isacoff说：“如果盲人能够重新获得阅读标准电脑显示器、通过视频交流和看电影的能力，那该有多好啊。”

这些成功让Isacoff、Flannery想要更进一步，看看动物是否能够在恢复视力的情况下具有导航能力。令人惊讶的是，失明的小鼠恢复了它们最自然的行为之一的能力：识别和探索三维物体。然后他们问了这样一个问题：“如果一个视力恢复的人走到户外更明亮的光线下会发生什么？他们会被光线弄瞎吗？”这里，该系统的另一个显著特征——绿色视锥蛋白信号通路的适应性出现了，先前失明的动物适应了亮度的变化，可以像正常动物一样完成任务。这种适应性的范围大约是室内和室外光线差异的一千倍。

Flannery说：“事实上，这相当于第一次成功地恢复能够看到液晶电脑屏幕图案的视觉，第一次适应环境光线变化的视觉，第一次恢复自然物体识别的视觉。”研究小组目前正在测试这一系统的改版，希望能够恢复色觉，进一步提高视觉的敏锐度和适应能力。

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编译：花花 

审稿：alone 

责编：张梦

期刊来源：《自然•通讯》

期刊编号：2041-1723

原文链接：

https://medicalxpress.com/news/2019-03-gene-insertion-mice-regain-sight.html

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