2012年1月31日星期二

視網膜色素變性治療進展


http://www.apsc.com.hk

【摘要】 視網膜色素變性 ( retinitis pigmentosa, RP)是一組以光感受器細胞進行性變性為特征,具有高度遺傳異質性的致盲眼病,是20~64歲年齡段人群遺傳學致盲的首位原因,目前尚無有效的方法能阻止或逆轉此病的進程。近年來隨著分子生物學的發展,對RP分子發病機制認識不斷深入,RP的基因治療取得了初步成功, Leber’s 先天性黑懵的基因治療取得很好的臨床效果;針對不同發病環節的抗凋亡、神經保護等多種治療手段被嘗試,目前有多項針對RP治療的臨床實驗研究已經或正在開展;而以胚胎干細胞、骨髓干細胞、視網膜干細胞等干細胞為基礎的移植治療和各種類型視覺假體植入則為晚期患者帶來了希望。本文就此進展加以綜述。
【關鍵詞】 視網膜色素變性;基因治療;細胞移植;神經保護
視網膜色素變性 ( retinitis pigmentosa, RP)是20~64歲年齡段人群遺傳學致盲的首位原因[1]。目前尚無有效的方法能阻止或逆轉此病的進展,電子助視器是唯一可以改善部分患者視功能的方法。近年來隨著分子生物學的發展,對RP分子發病機制研究不斷深入,多種針對不同發病環節的治療策略被嘗試。目前,共有44項針對RP治療的臨床實驗研究已經或正在開展[2]。
一、基因治療
1. RP遺傳學研究概況
絕大多數RP是單基因遺傳,只有極少數是線粒體遺傳、雙基因遺傳。據報道,有15~20%RP為常染色體顯性遺傳( autosomal dominant retinitis pigmentosa, adRP),20~30%為常染色體隱性遺傳( autosomal recessive retinitis pigmentosa, arRP),6~10%是X染色體連鎖遺傳( X-linked retinitis pigmentosa, xlRP)。有幾乎一半的散發性病例沒有任何視網膜變性的家族史[3]。自Dryja[4]于1990年首次報道RP致病基因-視紫紅質基因(rhodopsin, RHO)以來,到目前為止已定位了56個與RP有關的致病基因,其中32、20、6個基因分別與arRP、adRP、xlRP相關,其中49個已被克隆(http://www.sph.uth.tmc.edu),多個RP基因被發現和克隆是RP基因治療的前提。RP在基因型和表型具有較大異質性,即不同位點的突變表現為相似臨床表型,而同一位點基因突變在不同家系或同一家系內呈不同臨床表型,或同一基因中的不同突變導致不同的臨床表型。這使得RP在分子水平的潛在發病機制相當復雜,大大增加了RP分子發病機制診斷的難度。
2. RP基因治療
對于單基因遺傳病,基因治療的策略是通過插入正常基因來代替突變的基因或封閉突變基因的表達。arRP是由于基因突變引起了野生型基因產物的生成減少,從而導致功能喪失,可以通過載體介導正常基因代替缺陷基因,恢復正常蛋白的分泌。而adRP則是正常與異常基因產物被分別表達,異常基因產物在光感受器細胞內的不斷積累,最終導致細胞變性死亡。因此正常基因的導入并不能達到治療的目的,而應該進行基因滅活。目前常用的方法是通過小干擾RNA、反義技術或核酶治療來封閉異常基因表達[5-6]。adRP基因治療的最大困難在于基因突變的異質性,如常見致病基因RHO就有200多種突變。O’Reilly等報道,小干擾RNA基因沉默聯合基因替代治療可能是解決此問題的途徑,對adRP動物模型治療顯示了一定效果[7-8]。
目前用重組腺病毒(recombinant adeno-virus, rAV)、重組腺相關病毒(recombinant adeno-associated virus, rAAV)、慢病毒以及DNA微球體等為載體的基因替代治療在多個arRP動物模型上取得了成功[9-11]。研究表明在arRP早期行基因替代治療,能改善視網膜結構,提高光感受器細胞的功能,恢復ERG反應,延緩疾病的發展。最成功的基因替代治療是色素上皮細胞特異基因(retinal pigment epithelium-specific gene 65, RPE65)突變引起的Leber’s 先天性黑懵(Leber’s congenital amaurosis,LCA)。LCA的動物模型瑞典Briard狗視網膜下注射rAAV介導的人RPE65 cDNA,注射后2周即出現治療反應,瞳孔對光反應增加、眼球震顫減輕;5周時ERG出現反應,3個月達到高峰后逐漸下降,術后3年ERG波幅仍明顯大于對照眼[12]。最近針對RPE65基因替代治療的一期臨床實驗已經在三個大的醫學中心展開(穆爾菲爾茲眼科醫院,費城兒童醫院,賓夕法尼亞和弗羅里達大學)前期預實驗目的是驗證載體的安全性,參加實驗的9個病人隨訪3個月的結果表明rAAV載體安全,治療眼注射局部視網膜光敏度增加,患者瞳孔對光反應、視野有不同程度改善[13-15]。更重要的是三個治療組沒有任何患者出現嚴重眼內炎癥反應。最近Cideciyan等[16]報道了3例患者隨訪1年的結果表明,全身體檢正常,血尿檢查未見異常,體液中靶向AAV2衣殼抗體滴度低于人群平均水平。視力,光敏度以及光適應等眼部檢查與術后3個月結果一致,電生理檢查結果與RPE-65變性狗的長期結果一致。作者認為,隨著RPE65基因替代治療的結果相繼發表,通過對患者病情、注射部位、載體劑量和體積,基因型和術后結果的分析,能進一步優化我們的治療策略。以上結果表明,RP基因治療是可行,有效的,但病毒載體的長期安全性以及治療的長期有效性尚需進一步的觀察。
二、細胞移植
細胞移植是基于用正常細胞代替受到破壞的光感受器細胞,重建神經聯系,以恢復視功能的設想。在研究早期,移植細胞來源于胚胎或初生期發育的視網膜,含有視網膜前體細胞、分化的神經元和光感受器細胞,以完整視網膜片或分成小片植入視網膜下腔,視網膜片存活、分化,但容易形成“玫瑰花結”,細胞移行和融合困難,很難與宿主的神經元產生功能上的聯系,所以視力改善不是很明顯[17]。用酶消化發育的視網膜成細胞懸液后移植,細胞融合增加[18]。MacLaren[19]等報道,移植不同年齡的視網膜細胞懸液到成年或變性小鼠視網膜,如果移植供體視網膜處于視桿細胞生成的高峰階段,則移植細胞會移行到外核層,形成光感受器細胞,與外叢狀層宿主雙極細胞建立突觸連接,改善視功能。融合成功與否與供體的年齡有關,而與宿主年齡無關。因為來自胚胎或初生期的視網膜組織有限,而且臨床應用存在倫理道德問題,同種異體移植有免疫排斥的風險,因此目前研究的細胞來源轉向干細胞。
干細胞是一類能在體外持續繁殖的一類細胞,為治療提供了充足的來源。有報道將來自海馬的神經前體細胞經玻璃體腔注射入新生或成年視網膜變性大鼠眼內,移植細胞不同程度移行進入視網膜各層,形態上類似視網膜神經元,但不能分化成光感受器細胞,也不能表達視紫質和外周蛋白[20-21]。也有研究報道,成年哺乳動物的虹膜和睫狀體上皮的色素細胞可以形成神經球,其子代細胞能分化成表達神經元蛋白和形態上類似神經元的細胞,可能是潛在的視網膜干細胞的來源[22-23]。Coles等[24]把來自人睫狀體色素細胞的神經球注射入新生鼠眼內,部分細胞進入視網膜下腔與外核層融合并表達視桿細胞外節蛋白Rom1,但部分細胞仍保持色素上皮特點,表達人特異性色素上皮標志物bestrophin。目前有關視網膜干細胞能否分化為光感受器細胞用于RP治療的報道不一,需進一步研究[25-26]。
目前最有前景的細胞來源是胚胎干細胞(embryonic stem cells, ESCs)和間充質干細胞(mesenchymal stem cells, MSCs)。ESCs來源于受精胚泡的內細胞團,處于未分化狀態,具有持續增殖能力。在特異性組織環境中,能分化成特定類型的細胞,但也可以形成畸胎瘤。研究表明,人ESCs體外誘導可以分化成光感受器細胞、雙極細胞、視網膜色素上皮細胞等視網膜細胞,將體外誘導的光感受器細胞移植入視網膜變性小鼠視網膜下腔,可恢復小鼠的感光功能。但ESCs應用最大問題在于如何控制腫瘤的發生,以及倫理和排斥反應問題[27-29]。而由成人體細胞引入ESCs轉錄因子而成的誘導性多能干細胞(induced pluripotent stem cells, iPSCs),則不涉及倫理和排斥反應問題,成為細胞移植的新來源。最近研究表明,iPSCs能體外誘導生成形態上類似人光感受器細胞和視網膜色素上皮的細胞,并能表達光感受器細胞和色素上皮細胞特異蛋白,分化的視網膜色素上皮細胞在體內和體外都顯示有吞噬光感受器的能力,但iPSCs應用也面臨成瘤性的問題[30-31]。
MSCs是來自基質而不是血液的、具有多向分化潛能的細胞,骨髓是最常見的來源。Tomita等報道,用鉤針機械損傷成年大鼠視網膜,注射MSCs到大鼠玻璃體腔,MSCs能分化成視網膜神經細胞[32]。最近Wang等報道,經鼠尾靜脈注射MSCs,能明顯延緩Royal College Surgeons (RCS)大鼠光感受器細胞的變性死亡,血管滲漏和異常血管減少,視網膜CNTF、bFGF、BDNF表達增加[33]。MSCs治療RP的一期臨床結果顯示,RP患者視力、顏色分辨能力增加,畏光減輕。考慮到MSCs的同源性,容易分離和沒有倫理問題,因此其應用前景比較可觀[34]。
三、神經保護治療
1. 神經營養因子
視網膜細胞移植的成功使人想到可能是某些可擴散因子促進了光感受器細胞存活,這些因子即神經營養因子,它是一類能促進神經元存活、生長、分化.并維持其功能的細胞因子,它們的缺乏會加速光感受器細胞的變性死亡。用于RP研究的因子主要包括睫狀神經營養因子(ciliary neurotrophic factor, CNTF)、腦源性神經營養因子(brain derived neurotrophic factor, BDNF)、成纖維細胞生長因子(basic fibroblast growth factor, bFGF)、膠質源性神經營養因子(glial-derived neurotrophic factor, GDNF)等,其療效已在多種RP動物模型中得到驗證[35-37]。但神經營養因子的半衰期較短,只能局部使用,多次玻璃體腔注射會引起許多并發癥,因此治療的關鍵在于選擇有效的給藥途徑。CNTF基因修飾的人視網膜色素上皮細胞系(ARPE-19)通過細胞微囊技術植入RP患者眼內,6個月后取出微囊進行檢測表明有大量活細胞分泌CNTF,參加實驗的10個患者中有3眼術前視力低于20/800,研究期間視力未見下降;7眼視力提高,其中3眼提高10~15個字母,相當于Snellen視力表提高2~3行 [38]。這項研究結果表明,以病毒為載體的轉基因治療和細胞包囊技術聯合基因工程技術是目前最有效的方法。
2. 桿細胞來源視錐細胞活性因子(Rod-derived Cone Viability Factor,RdCVF)
最初認為RdCVF是一種視錐細胞存活的必需因子,只由視桿細胞分泌,但最近發現視網膜內層主要是雙極細胞也能分泌RdCVF,它與硫氧還蛋白家族同源,可能通過抗氧化應激和細胞因子活性的雙功能來保護視錐細胞[39-40]。RP23H大鼠玻璃體腔內注射RdCVF不但能增加視錐細胞的量,而且ERG振幅增大,說明RdCVF不但能營救視錐細胞,而且能保存其功能,因此有望成為RP患者保持殘存中心視力的重要方法[41]。視桿細胞變性如何導致雙極細胞失去分泌RdCVF的功能以及如何恢復是需要進一步研究的課題。
四、藥物治療
針對RP的不同發病機制,有維生素類、抗氧化劑、鈣離子阻斷劑等多種藥物用于RP的治療。
1. 維生素類
維生素A棕櫚酸酯是最常用于RP治療的藥物,雖然對其療效一直存在爭議,但它是合成視紫紅質的重要物質,缺乏時會產生夜盲。Berson[42]等研究表明,RP患者補充維生素A棕櫚酸酯150001U/d,ERG振幅下降速率減慢,但維生素A棕櫚酸酯150001U/d聯合應用維生素E 400IU/d,似乎會加速疾病的發展。也有專家質疑大劑量維生素A的毒性反應,Sibulesky對146例每日補充維生素A棕櫚酸酯150001U的RP患者隨訪12年,結果表明這個劑量是安全的[43]。最近Berson等對225例非吸煙RP患者隨訪4年的研究表明,維生素A棕櫚酸酯15000IU/d聯合蘆丁12mg/d能減慢患者中周部視野的喪失[44]。還有二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid, DHA)、煙堿等也對RP治療有一定的療效[45-46]。
2. 抗氧化劑
視桿細胞死亡后繼發的視錐細胞死亡主要是由氧化損傷引起。研究認為視網膜上耗氧量最大的視桿細胞死亡后,視網膜外層供氧量顯著增加,引起了視錐細胞的氧化損傷。研究表明,給予RP小鼠腹腔內注射一氧化氮合成酶(nitric oxide synthase, NOS)抑制劑混合物或抗氧化劑混合物,能明顯減少氧化標志物的產生,增加視錐細胞的密度[47-48]。
3. 鈣通道阻滯劑
細胞內鈣離子濃度升高可以誘發凋亡發生,因此鈣通道阻滯劑是通過抑制光感受器細胞的凋亡來治療RP。地爾硫卓、尼伐地平等都有保護視網膜變性小鼠光感受器細胞的功能[49]。
4. 藥物分子伴侶(pharmacological chaperon)
藥物分子伴侶是近年來興起的治療因基因突變引起蛋白質錯誤折疊運輸缺陷等遺傳性疾病的新療法。這類化合物一般為目的蛋白的底物類似物、受體配基或酶抑制劑等化學小分子,具細胞通透性,能在內質網中特異性識別并結合突變蛋白,校正并穩定其正確構象,協助其運輸到正確位點,恢復突變蛋白功能。目前報道治療RP的藥物分子伴侶有類維生素A、丙戊酸[50-51]。而分子伴侶誘導劑(類格爾德霉素、根赤殼菌、17-AGG)和自我吞噬誘導劑(雷帕霉素)等也通過體內“質控系統(quality control system)”來促進錯誤折疊蛋白降解、吞噬來發揮治療作用[52]。
五、視覺假體
自1929年發現電刺激視皮質可以產生光幻視以來,到目前世界上有超過20多個研究小組致力于人工視覺的研究[53],旨在通過人工裝置即視覺假體對視覺神經系統進行作用,從而在視覺中樞產生光幻視,實現視覺功能修復。目前用于臨床研究的視覺假體,根據刺激位置的不同分為視皮層假體、視神經假體、視網膜假體。對于RP晚期患者來說,雖然視網膜外層細胞變性、凋亡,但視網膜內層細胞相對保存良好,因此多采用視網膜假體。2003年Humayun報道了第一例RP患者視網膜假體植入[54],目前已有不少科研機構的視網膜假體如EPIRET3、ArgusⅡ等進入到臨床實驗階段[55-56]。初期研究表明,植入眼內的EPIRET3具有很好的耐受性,術后只引起短暫的中度炎癥,在眼內位置穩定[55];患者能感知圖形刺激[57]。Humayun等報道了21例接受ArgusⅡ植入術后6個月結果,患者找門、線路辨認和定位以及移動能力有明顯提高,87%患者用觸摸屏定位高對比度方格測試結果提高[56]。但由于視覺假體獲得的視力不同與正常視力,最重要的是要培訓植入者重新學習“看”東西,包括光感知、物體運動、物體辨別和定位,以提高患者在陌生環境中的活動能力。
基因治療是針對病因進行治療,是解決問題的根本,但RP遺傳的高度異質性使得仍有一半的基因未發現,因此在積極開展RP基因診斷的同時,還要積極探討RP發病的共同分子病理機制,針對各共同環節采取抗凋亡、神經營養等綜合治療手段。而以干細胞為基礎的移植治療和視覺假體植入則為晚期患者帶來了希望。
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