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RHO及相关致病机理是什么?RHO基因治疗研究进展如何?

今天(6月6日)是第28个全国爱眼日,旨在营造全社会爱眼护眼的良好氛围。那么你是否知道,今年的爱眼日主题是什么呢?

 

为关注罕见病研究,赛业生物全新策划罕见病“十宗罪”专栏,旨在从罕见病的致病机理、临床前疾病模型、基因治疗方法等多个角度出发,深入研究罕见病发生和发展的原因。通过探索这些罕见病的原罪,我们希望能够开发更为完善的疾病模型,同时促进罕见病相关药物的研发。本期全国爱眼日特辑,让我们一起来关注眼科罕见病——由RHO基因突变引起的视网膜色素变性。

 

RHO及相关致病机理

RHO的研究始于上世纪50年代。1957年,美国生物化学家George Wald发现了视觉反应所需的光敏色素,即视紫红质(Rhodopsin, RHO)[1],Wald的发现为后来可能实现的视觉复原技术提供了重要基础。RHO突变是主要的导致视网膜色素变性的罪魁祸首,大多数RHO突变会导致紫红蛋白在感光细胞中高水平表达,使得大量的突变蛋白在细胞中定位异常并聚集,造成感光细胞凋亡,不能行使正常的光信号传导功能,其中P23H是RHO突变占比最多的一种致病突变。

 

早在2000年就有研究人员将野生型RHO基因转入P23H转基因大鼠(该大鼠患有视网膜色素变性)中,发现递送疗法显著减缓了P23H转基因大鼠的光感受器退化速度[2],但是,仅仅补充RHO的表达就可以治疗由RHO基因突变导致的视网膜色素变性(Retinitis Pigmentosa , RP)吗?答案显然不是的,因为针对像RHO-adRP这样的显性疾病,还必须同时摆脱对细胞有害的基因产物。

 

RHO基因治疗研究进展

我们来看看在RHO相关的基因治疗中,如何通过1+1=1的方式治疗RP(即两种方式作用于同一种疾病)。

  • AAV递送

Roche和Spark合作开发的药物RhoNova通过AAV2/5递送shRNA抑制内源性RHO突变基因表达+补充野生型RHO基因表达=治疗RHO突变导致的RP(shRNA+WT-RHO=RP),临床前研究使用P23H转基因小鼠作为药效研究模型[3]

 

但更早期的临床前实验表明,shRNA的抑制效果在犬疾病模型和人细胞中是有效的,但是在小鼠的Rho序列中是不保守的[4]。这表明P23H转基因大小模型对于筛选高效的、与患者体内疗效一致的shRNA是有缺陷的,因为其内源性Rho基因与人RHO基因的不完全一致性,并不是理想的研究RP相关基因治疗的临床前疾病模型。

 

  • 靶向RHO的CRISPR疗法

张锋创立的Editas公布了其体内基因编辑疗法EDIT-103用于治疗由RHO突变导致的RP的相关成果。EDIT-103是一种不依赖于突变的基于CRISPR/Cas的基因编辑疗法,递送敲除和补充突变RHO基因的双AAV5载体,以保持感光器功能。该疗法有望解决150多种RHO突变导致的RP,同样也是通过gRNA和Cas靶向突变RHO来抑制其表达+补充野生型RHO基因表达=治疗RHO突变导致的RP(Cas+WT-RHO=RP)

 

值得注意的是,为了筛选高效且特异的gRNA,在临床前动物模型中,研究人员非常聪明地使用了人源化RHO小鼠模型(mRhohRHO/+),即人RHO基因原位替换鼠源Rho基因。临床前研究表明,hRHO在小鼠体内正常表达,且EDIT-103在该人源化RHO小鼠中表现出显著的敲除和递送效果[5]。不难发现,在RP相关的基因疗法中,疾病模型携带人源基因对于筛选高效特异的药物是必要条件,人源化疾病模型小鼠是RP相关药物研发中更好的疾病模型。

 

应运而生的全基因组人源化模型HUGO-GTTM

Editas公布的管线中除了RHO突变导致的RP,还有CEP290突变导致的先天性黑曚症10型、USH2A突变导致的Usher综合征、SERPINA1突变导致的α-1抗胰蛋白酶缺乏症、CFTR突变导致的囊性纤维化等疾病管线,这些管线的临床前疾病模型都使用到了人源化小鼠。

 

为加速新药研发,「下一代基因组人源化模型构建计划」HUGO-GTTM Program应运而生(HUGO-GT: Humanized Genomic Ortholog for Gene Therapy)。即在罕见病数据中心RDDC(一站式获取疾病-基因-动物模型-药物临床信息的生物数据平台)的基础上,赛业生物通过TurboKnockout技术与BAC融合技术实现基因组大片段替换,构建了更适用于遗传性疾病研究和基因治疗药物开发的全基因组人源化模型。

 

眼科热门靶点RHO

 

在眼科疾病领域,赛业生物自主研发的全基因组人源化小鼠包括野生型全基因组人源化小鼠hRHO以及在此基础上构建的P23H点突变疾病模型hRHO-P23H,以及hCEP290等其他眼科模型。

 

相关疾病

打靶基因

打靶类型

视网膜色素变性

Rho

KO、CKO、Humanization(WT、MU)

Mertk

KO、CKO

Rpgr

KO、CKO

Crb1

KO、CKO

Rd1(Pde6b)

MU、KO

Rd10(Pde6b)

MU

Rp2

KO、CKO

黄斑变性

Vegfa

Humanization(KI、TG)

Abca4(Abcr)

KO、CKO、Humanization

慢性视网膜变性

Prph2

KO、CKO

先天性黑蒙症2型

Rpe65

KO、MU

先天性黑蒙症4型

Aipl1

KO、CKO

先天性黑蒙症10型

Cep290

KO、CKO、Humanization(WT、MU)

先天性黑蒙症13型

Rdh12

KO、CKO

全色盲

Cnga3

KO、CKO

角膜内皮营养不良

Tcf4

KO、CKO、Humanization

先天性无虹膜症

Pax6

KO、CKO

无脉络膜症

Chm

KO、CKO

Usher综合征

Ush2A

Humanization(WT、MU)

Myo7A

CKO

卵黄样黄斑变性

Best1

KO、CKO

遗传性视网膜劈裂症

Rs1

KO、CKO

眼皮肤白化病1型

Tyr

CKO

眼皮肤白化病3型

Tyrp1

KO、CKO

眼白化病

Gpr143

KO、CKO

Bietti结晶样角膜视网膜营养不良

Cyp4v3

KO、CKO

角膜营养不良

Tgfbi

KO、CKO、MU、Humanization

Wolfram综合征

Wfs1

KO、CKO

弹力纤维假黄瘤

Abcc6

KO、CKO

视网膜色素变性、先天性黑蒙症

Tub

KO、CKO

蓝锥细胞增强症

Nr2e3

KO、CKO

 

参考文献

  • Wald G . THE MOLECULAR BASIS OF VISUAL EXCITATION[J]. American Scientist, 1954, 42(1):73-95.
  • Lavail M M ,  Yasumura D ,  Matthes M T , et al. Ribozyme rescue of photoreceptor cells in P23H transgenic rats: Long-term survival and late-stage therapy[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2000, 97(21):11488-11493.
  • Meng D ,  Ragi S D ,  Tsang S H . Therapy in Rhodopsin-Mediated Autosomal Dominant Retinitis Pigmentosa[J]. Molecular Therapy, 2020, 28(10).
  • Mutation-independent rhodopsin gene therapy by knockdown and replacement with a single AAV vector[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2018, 115(36):E8547-E8556.
  • https://ir.editasmedicine.com/news-releases/news-release-details/editas-medicine-presents-preclinical-data-edit-103-rhodopsin-0
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