细数RHO:视网膜色素变性研究下的热门基因(眼科基因治疗小鼠模型推荐)
上回我们提到了一种“从小孔洞里看世界”的眼科疾病,即视网膜色素变性(Retinitis Pigmentosa, RP)。随着病情加重,患者的视野会收窄变小至管状,就像透过一个小孔洞看向四周,可见范围十分有限,如此持续直至最终完全失明。作为一种慢性、遗传性的视网膜退行性病变,RP相关的致病基因就有近百个,包括视紫红质(Rhodopsin, RHO)、Usher综合征2A(Usher syndrome 2A, USH2A)和视网膜色素变性GTP酶调控因子(Retinitis pigmentosa gtpase regulator, RPGR)等。
其中,RHO合成的视紫红质与视觉电信号产生密切相关,该基因导致了约25%的显性RP遗传,是最早发现且最常见的显性RP致病基因。
RHO致病机理
RHO基因定位于3q21-24,长度为6.952kb,包含4个内含子和5个外显子,其编码的视紫红质蛋白主要在视杆细胞外节中表达,对于光信号转导至关重要。大多数RHO突变导致视紫红质在感光细胞中高表达水平,使得大量的突变蛋白细胞定位异常、聚集、蛋白质降解严重超负,造成感光细胞凋亡,不能行使正常的光信号转导功能。RHO突变型RP患者多于20岁前出现首发症状。
目前对RHO基因突变的研究认为其致病机制主要为gain of function,包括影响了:(1)视紫红质蛋白质折叠,造成内质网压力以及蛋白质聚集体形成;(2)11-顺式视黄醛结合,G蛋白偶联活化,视紫红质抑制蛋白的结合与内吞作用;(3)视紫红质的细胞运输,包括高尔基体后的运输靶向外段上膜等。
RHO基因突变类型
目前有超过150个RHO基因突变被鉴定与显性RP相关,其中错义突变为主。RHO基因突变在欧美人群尤其是美国人群中突变率最高,而在亚洲人群中突变率较低。
P23H是第一个被发现的RHO基因突变,在美国患者中约占12%,而在其他国家人群患者中却很少发现。P23H的RHO基因突变导致蛋白不能正确折叠,造成内质网压力及细胞毒性,最终导致视杆细胞退化。视紫红质蛋白末端的347编码区则是另一个基因突变的热点,有6个不同的突变类型:P347T、P347A、P347S、P347Q、P347L、P347R,其中P347L最常见,在显性RP中突变率为3.6%,仅次于P23H,国内研究报道P347L是一个较常见突变位点[2]。
RHO突变分为两类:A类突变导致早期丧失夜间视力和整个视网膜的视杆功能异常;B类突变会导致更缓慢的疾病进展,患者至少在视网膜的某些部分将正常的视杆感光细胞保留到成年期。从临床表型来看,P347L较P23H更严重[10]。
由于受影响细胞的生存能力延长,B类突变患者更适合进行基因治疗。对于显性疾病,治疗可能需要抑制突变等位基因以避免其抑制作用;或通过基因校正,使用基因编辑来同时实现基因扩增和突变抑制。几乎所有特征化的RHO突变体都是显性的,因此可能需要沉默突变等位基因以防止失明,同时需要增加正常基因表达以便更好地治疗疾病[3]。
RHO现有基因疗法盘点
动物模型的应用有助于推动RHO相关的潜在治疗方法向临床试验进一步转化,该基因突变导致的adRP啮齿动物模型包括:含有T17M、P23H、S334X或P347S等突变的人源化大小鼠模型。目前,靶向RHO基因以治疗RP的基因疗法有siRNA、ASO、CRISPR等。
▶siRNA疗法
文献中出现siRNA疗法,但未见管线,该疗法是一种表达shRNA的载体(抑制突变基因表达)和另一种表达替换视紫红质的载体(递送正常基因)对P347S和P23H转基因小鼠进行视网膜下注射,其中,shRNA能导致人类P23H-RHO转基因小鼠中视紫红质的50%抑制。与未经过治疗的眼睛相比,用组合载体治疗的眼睛的总视紫红质含量增加了两倍,并在治疗后9个月内保护ERG反应[11]。
▶ASO药物
ProQR公司的ASO药物QR-1123治疗与P23H RHO突变相关的adRP的临床试验正在进行中(ClinicalTrials.gov标识符:NCT04123626),疾病模型为P23H转基因大小鼠[9]。ASO可以通过靶向特异性基因序列调控蛋白质表达。特异性ASO可能仅对特定突变患者群体有用,但由于ASO的开发比病毒介导的反义技术更容易,因此如果存在测试系统(动物模型或类器官模型),开发针对罕见突变的治疗性ASO是可行的[8]。
▶CRISPR基因编辑
有文献表明shRNA疗法中小鼠视觉功能出现部分改善,然而相关研究结果对比并非十分明显,或因RHO为活跃基因,在mRNA水平上干扰调节蛋白质水平具有挑战,故而基因组编辑技术成为RHO基因治疗研究热点。
张锋创立的Editas公布了其体内基因编辑疗法EDIT-103用于治疗由于RHO突变导致的RP[12]。EDIT-103是一种不依赖于突变的基于CRISPR/Cas的基因编辑疗法,使用双AAV5载体递送来敲除和替换视紫红质基因中的突变,以保持感光器功能,可通过视网膜下注射给药。该疗法有望解决150多种可导致RHO adRP病的RHO功能获得型的突变。CRISPR疗法的相关文献中使用到的小鼠模型有P23H、P347S转基因小鼠,hRHOC110R/WT人源化小鼠,同时具有多个突变的人源化小鼠模型等[4,5,6,7]。不难发现,CRISPR疗法中,疾病模型携带人突变基因是重要的共同因素,且人源化疾病模型小鼠在CRISPR治疗中地位越来越重要。
基于自主研发的TurboKnockout融合BAC重组的技术创新,赛业生物可以提供RHO人源化及热点突变人源化小鼠,以满足广大研发人员关于RP疾病的药效学等实验需求。
眼科基因治疗动物模型推荐
在RHO基因突变导致的RP中,可应用的基因疗法较多,且目前大多基因治疗处于临床前期,发展前景乐观。关于研发阶段中所使用到的动物模型,人源化小鼠无疑是大多数科研及药企人员更青睐的选项,相信赛业生物为此布局的RHO人源化及热点突变人源化小鼠能带来更多的助力。
疾病名称 |
打靶基因 |
打靶类型 |
视网膜色素变性 |
RHO |
KO、CKO、Humanization、Humanization(Mu) |
Mertk |
KO、CKO |
|
Rpgr |
KO |
|
Crb1 |
KO |
|
Rd1(Pde6b) |
KO、MU |
|
Rd10(Pde6b) |
MU |
|
RP2 |
KO、CKO |
|
黄斑变性 |
VEGFA |
KI、TG |
ABCA4(ABCR) |
KO、Humanization |
|
视网膜变性 |
Tub |
KO |
缓慢进展型视网膜变性 |
Rds(Prph2) |
KO |
先天性黑蒙症2型 |
Rpe65 |
KO、MU |
先天性黑蒙症4型 |
Aipl1 |
KO |
先天性黑蒙症10型 |
CEP290 |
Humanization |
先天性黑蒙症13型 |
Rdh12 |
KO |
全色盲 |
Cnga3 |
CKO |
角膜内皮营养不良 |
TCF4 |
CKO、Humanization |
先天性无虹膜症 |
Pax6 |
CKO |
无脉络膜症 |
Chm |
CKO |
Usher综合征 |
USH2A |
Humanization |
Myo7a |
CKO |
|
卵黄样黄斑变性 |
Best1 |
KO |
遗传性视网膜劈裂症 |
Rs1 |
KO、CKO |
眼皮肤白化病1型 |
Tyr |
CKO |
眼皮白化病3型 |
Tyrp1 |
KO、CKO |
Wolfram综合征 |
Wfs1 |
KO、CKO |
弹力纤维假黄瘤 |
Abcc6 |
KO、CKO |
注:KO:基因敲除;CKO:条件性敲除;MU:基因点突变;Humanization:人源化
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