視網膜色素變性的研究進展

[摘要] 視網膜色素變性（RP）是一類以進行性視網膜色素上皮細胞和感光上皮細胞功能障礙為特征并且會在疾病終末階段致使視網膜萎縮和視功能喪失的遺傳性疾病，是目前世界上所發現眼部疾病中主要的致盲病之一。RP作為國內外眼科研究的熱點性疾病之一，其發病機制尚未完全明確，目前仍然缺乏有效的治療方法。本文主要就該病的發病機制、動物模型及治療方法進行綜述。

[關鍵詞]"視網膜變性;模型，動物;治療;綜述

[中圖分類號]"R774.13

[文獻標志碼]"A

[文章編號]""2096-5532（2019）06-0743-05

doi：10.11712/jms201906028

[開放科學（資源服務）標識碼（OSID）]

視網膜色素變性（RP）是一種遺傳性致盲性眼病，其比較主要的臨床癥狀和體征為視野漸進性缺損、赤道及周邊視網膜出現視網膜骨細胞狀色素沉著（常以在血管旁聚集更為明顯）、夜盲、視網膜動脈變細、視盤呈蠟黃色萎縮、視覺敏感度降低等。從遺傳學方面分析，RP主要的遺傳方式有4種：常染色體顯性遺傳、常染色體隱性遺傳、X連鎖隱性遺傳和散發[1]。由于RP具有多種遺傳方式，與之有關的發病基因較多，目前世界上已發現130多種與RP相關的致病基因，估計還有一半以上的致病基因暫時未被發現[2-3]。因其發病機制和確切病因尚未完全明確，RP至今仍然缺乏有效治療方法，有國內外學者嘗試運用視覺假體的方法治療RP取得了一些進展。RP的動物模型多種多樣且各自有其特征，故在實驗過程中選擇合適的動物模型是研究此種疾病的重要步驟。本文主要對RP的發病機制、實驗動物模型以及治療進展幾個方面進行綜述。

1"發病機制

1.1"轉錄因子功能障礙

目前研究已經證實，在RP病人體內存在編碼轉錄因子以及轉錄后相關RNA修飾因子的基因突變，例如前體信使RNA剪接因子（RPPF），其在機體內不同的組織細胞中普遍存在，編碼前體mRNA剪接必須存在的蛋白成分，該基因被稱為管家基因[4]。NRL、CRX基因可以編碼轉錄因子，這兩種基因發生突變可以導致RP的發生。其中NRL基因突變將會導致細胞中視紫紅質（RHO）合成功能障礙;CRX基因突變不僅會阻斷蛋白質在光感受器細胞核內的運輸[5]，而且其與NRL基因的結合在一定程度上也將受到影響，從而致使感光細胞中某些蛋白質轉錄功能發生障礙[6]。

1.2"基因突變導致光感受器細胞的外節盤膜代謝紊亂

視網膜光感受器細胞的外節盤膜代謝對于維持感光細胞的正常生理功能異常重要，但也加重了光感受器以及視網膜色素上皮細胞的負擔。

視網膜變性慢蛋白（RDS）基因翻譯產物只在光感受器細胞的外節特異性表達，并且其與視桿細胞外節盤膜蛋白1（ROM1）相互作用，共同維持光感受器細胞外節的正常功能。FARJO等[7]研究發現，RDS是經含有谷氨酸的蛋白將盤膜固定于環核苷酸的門控性通道中，若RDS基因出現表達缺失或突變將會進一步導致視桿細胞外節盤膜的形成障礙，光感受器細胞會逐漸凋亡;RDS丟失后的視錐細胞仍然能夠生成具有生物學活性的外盤膜，但該盤膜缺乏層狀結構導致光轉錄效應減小。

RHO基因可以編碼由348個氨基酸組成的視蛋白，后者與視黃醛結合形成RHO。347位脯氨酸位于視蛋白分子的末端，該位點的基因突變可以導致與視蛋白轉運有關的氨基酸序列發生改變，進一步干擾了視蛋白的正常代謝，使視蛋白積聚在視桿細胞內，不能轉運到外節盤膜，從而引起視網膜代謝功能障礙，觸發RP。

2"實驗模型

因RP病人具有多種遺傳方式，為了便于對該病進行研究以及為治療提供相應指導，選擇合適的實驗模型具有重要意義。RP實驗模型包括自然動物模型以及人工模型。

2.1"自然動物模型

2.1.1"rd小鼠"rd小鼠是常染色體隱性遺傳RP動物模型。由于與原發性RP常染色體隱性遺傳病人具有同樣的基因變異以及相似的基因表型，故該模型優于其他視網膜變性動物模型，成為探討視網膜變性發病機制較為理想的研究對象。rd小鼠是由于Pde6b基因的缺失所致，因Pde6b基因產生無義突變，導致細胞內磷酸二酯酶β亞基的功能障礙[8]，使擁有純合子Pde6b基因的小鼠出生早期即出現嚴重的視網膜變性。

2.1.2"RCS大鼠"RCS大鼠為常染色體隱性遺傳RP動物模型，是首先應用于RP病因和治療方法研究的一種相對成熟的視網膜退化的動物模型，作為研究多種類型視網膜變性的經典動物模型[9-12]，與人類RP有許多相似之處。該模型由BOURNE等[9]首先報道。RCS大鼠在出生后2周開始睜眼，視網膜光感受器細胞在出生后17 d發育完成;出生后25 d已出現光感受器變性體征;出生后35 d，大量的光感受器細胞出現凋亡;出生后8周時，后極部視網膜色素上皮細胞開始丟失;出生后60 d，約99%的光感受器細胞發生變性[11，13];出生后70 d，在視網膜色素上皮缺失區域，毛細血管內皮窗消失，細胞變厚，這種多中心發生的退行性改變可以在視網膜的不同部位出現[14];出生后3個月左右，光感受器細胞全部消失[15]。發生退行性變光感受器細胞邊緣的某些色素上皮細胞比同齡正常的同類細胞要多，且細胞質內線粒體增多，細胞基底面的皺褶也顯著增多。

2.1.3"rds小鼠"rds小鼠為常染色體顯性遺傳RP動物模型，是研究RP的經典動物模型，該鼠因peripherin/rds基因的外顯子中插入了9.2 kb的基因組重復元件，而不能產生正常的蛋白。Peripherin/rds基因表達產物是脊椎動物光感受器外節盤膜的結構蛋白，該蛋白有維持膜盤穩定性以及正常形態的重要功能[17]。Peripherin/rds基因發生純合突變，可使正常的盤膜蛋白生成障礙從而進一步導致光感受器外節盤膜的正常形成也發生障礙[16]，在人類可導致RP以及遺傳性黃斑變性等多種視網膜病變。光感受器細胞外節在純合子小鼠中不發育，外叢狀層和外核層于出生后2周起逐漸變薄，視網膜感光細胞于出生后12個月左右消失殆盡，而視網膜內層基本不受影響[18]。

2.1.4"貓類及犬類動物模型"有研究顯示，貓眼與人眼黃斑部的視網膜中央區域具有相似結構[19]。研究表明，貓對藥物劑量敏感性與靈長類動物接近，這為靈長類動物的實驗研究提供了便利。Abyssinian貓是常染色體隱性遺傳RP的動物模型，亦有學者稱該動物模型具備顯性遺傳的模式，該動物模型早期表現為視桿細胞受影響，晚期出現視桿、視錐細胞均受損，但目前其基因型還未被證實[20]。犬類實驗動物模型除了極少數為X連鎖遺傳外，大部分為常染色體隱性遺傳。迄今為止，研究者們已經發現了許多犬類RP模型，并建立了一些種系以供實驗研究。

2.2"人工模型

轉基因動物在常染色體顯性遺傳RP動物模型中占據重要地位。

2.2.1"RPE-65基因敲除小鼠"RPE-65編碼的視網膜色素上皮特異蛋白，分子量為65 000，在視網膜色素上皮表面廣泛表達。該蛋白與視網膜色素上皮中維生素A的代謝有關[21]，主要參與維生素A的代謝和RHO的再生。敲除RPE-65基因可致小鼠視網膜色素上皮細胞功能障礙，使全反視黃醇過度積聚和11-順-視黃醇脂缺乏[22]。RPE-65在視循環中對11-順-視黃醇的再異構發揮重要作用。RPE-65基因敲除小鼠主要為常染色體隱性遺傳。

2.2.2"RHO基因敲除小鼠"RHO基因被認為是與RP發病相關的基因，世界上對RHO基因突變有很多研究報道，在常染色體顯性遺傳RP發病中的報道則更為廣泛[23-24]。DRYJA等[23]在1990年第1次進行報道，至今已連續發現了100多種RHO基因突變，其中錯義突變占多數。

3"治療進展

3.1"基因治療

基因治療是將外源性正?；驅胂鄳屑毎瑢蛉毕莸葘е碌哪承┘膊∵M行糾正，從而治療病變。即通過基因轉移技術將外源基因導入病人某些受體細胞內，利用外源基因形成的產物治療某類疾病，故要求外源基因必須成功地導入感光細胞中，并能在細胞中穩定表達。目前常用基因載體包括病毒載體以及非病毒載體，病毒載體主要有腺相關病毒載體、慢病毒載體、腺病毒載體等[25]，目前眼科較常用的為腺相關病毒載體。

3.1.1"核酶治療"核酶是具有催化功能的RNA分子，它是一種生物催化劑，可以降解體內特異性的mRNA序列，抑制某些基因的表達。有研究者使用具有催化活性的核酶治療由RHO基因P23H突變引起的RP，結果顯示光感受器細胞較治療前損傷明顯減輕[26]。

3.1.2"神經營養因子基因"有研究顯示，將腦源性神經營養因子基因植入RCS大鼠視網膜色素上皮細胞后，其細胞凋亡在一定時間內明顯減少[27]。

3.1.3"RNA干擾（RNAi）技術"RNAi是普遍存在于生物體內的、由雙鏈RNA引起、同源信使RNA高效特異性降解的現象，是動植物體在生命進化過程中出現的一種保護性機制。CHADDERTON等[28]應用RNAi技術在RHO基因突變引起的色素變性小鼠視網膜下隙注入攜帶RHO-siRNA的腺相關病毒載體，并同時植入野生型RHO基因，結果顯示該法對由RHO基因突變引起的RP有良好的治療效果。

3.1.4"抑制凋亡"B細胞白血病-2（Bcl-2）基因是目前用于實驗研究的抑制細胞凋亡的比較常見的基因，將該基因轉載入慢性色素變性的小鼠細胞內后發現其細胞凋亡數目明顯減少[29]。

3.2"神經營養因子

神經營養因子是由機體產生的可以對神經元的發育、存活、生長、分化和凋亡等起重要作用的一類蛋白質因子。它們通過對視網膜感光細胞的凋亡過程進行調控進而發揮其神經保護作用。目前，用于RP研究的神經營養因子主要有睫狀神經營養因子（CNTF）、腦源性神經營養因子（BDNF）、非促分裂人酸性成纖維細胞生長因子（nmhaFGF）、膠質源性神經營養因子（GDNF）等，其療效已在多種RP動物模型中得到驗證[30-32]。BELTRAN等[33]將CNTF注入RPGR犬的玻璃體腔后發現，周邊部視網膜發生重塑，但光感受器仍出現進行性缺失，由此可見，CNTF對視網膜的保護作用有一定局限性。BDNF來源于視網膜的M"ller細胞，它的主要作用是促進M"ller細胞分泌CNTF以及成纖維細胞生長因子，并且可以使后者對光感受器細胞的保護作用進一步增加。

3.3"視覺假體

自1929年有研究者發現電刺激視皮質可以產生光幻視以來，至今世界上已經有20多個研究小組致力于人工視覺的研究[34]。HUMAYUN等[35]于2003年首次報道了RP病人視網膜假體植入，該假體植入治療的機制是應用電極刺激視覺通路的完整部分，從而達到引起視覺的目的。依據刺激部位的不同，視覺假體可分為視皮質假體、視神經假體以及視網膜假體。由于RP病人晚期視網膜外層細胞變性、凋亡，而視網膜內層細胞結構相對保持完整，故目前視網膜假體應用較為廣泛。

3.4"藥物治療

3.4.1"維生素A"維生素A是視網膜組織中合成RHO的重要原料，機體維生素A缺乏或利用障礙時會產生夜盲，這是RP病人最早出現的癥狀。維生素A棕櫚酸酯是最常用于RP治療的藥物。已有研究證實，對RP病人進行大劑量維生素A治療，可以減緩病程進展速度[36]。

3.4.2"抗氧化劑"視網膜光化學損傷是指光子可以激發視網膜組織產生大量自由基，后者可以引起視網膜組織發生脂質過氧化反應，進一步損傷視網膜。視網膜組織中存在自身保護機制，對活性氧和自由基是通過維生素C、維生素E、超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽等系統[37]來發揮保護作用的。目前有研究結果表明，維生素C和維生素E對視網膜的光損傷具有保護作用[38]，而具有抗氧化作用的谷胱甘肽（Gpx）1或Gpx4可以對抗SOD1或SOD2的表達，從而發揮對視網膜色素上皮細胞的保護作用。

3.4.3"鈣離子拮抗劑"細胞內鈣超載可以誘發細胞凋亡。使用鈣離子拮抗劑是通過抑制光感受器細胞的凋亡來治療RP。也有研究認為，鈣離子拮抗劑可以加快視網膜局部代謝產物的清除[39]。鈣離子拮抗劑可能成為治療cGMP磷酸二酯酶亞單位突變所致的RP的一種有效方法。

3.4.4"二十二碳六烯酸（DHA）"DHA是長鏈不飽和脂肪酸，在感光細胞外節盤膜中含量較高，它可以有效調節遞質以及第二信使cCMP的代謝，減少病人視桿細胞視網膜電流圖的功能性喪失。研究表明，DHA不僅可以促進受損感光細胞的恢復，還能提高神經節細胞的功能[40-41]。

3.4.5"葉黃素"葉黃素主要存在于視網膜黃斑區的外叢狀層內，是一種重要的抗氧化劑。已有研究表明，補充葉黃素可以促進視野的恢復并可輕微地改善視功能[42]。

3.4.6"丙戊酸（VPA）"VPA在臨床上作為抗驚厥劑及情緒穩定劑被廣泛應用，它通過調節體內γ-氨基丁酸（GABA）的水平來發揮療效。最新證據表明，VPA通過調節細胞死亡和炎癥反應應答來發揮神經保護作用[43-45]。在視網膜組織中，VPA可以通過調節小神經膠質細胞的凋亡來下調特定光感受器細胞在炎癥反應中的損傷[46-48]。另有研究結果表明，VPA具有通過誘導細胞分化來逆轉光感受器細胞損傷的特性[49]。目前已經證明，VPA可以刺激膠質細胞分化成為光感受器樣細胞[50]。VPA為RP病人提供了一種新的、具有潛力的治療方法。

3.5"細胞移植

視網膜細胞移植是指將正常的細胞植入到視網膜內代替受到破壞的感光細胞，建立新的神經聯系，從而達到改善視功能的目的。目前最有前景的移植細胞是胚胎干細胞（ESCs）和間充質干細胞（MSCs）。人ESCs在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成功植入視網膜變性小鼠的視網膜下隙后可恢復小鼠的感光功能。目前ESCs使用中存在的主要問題是如何控制腫瘤的產生、如何克服倫理以及排斥反應問題[51-53]。MSCs是來自基質的具有多向分化潛能的干細胞，最常來源于骨髓。干細胞移植治療RP的作用機制如下：①視網膜內變性的細胞可以由健康的干細胞代替[54];②植入的健康干細胞可以通過分泌營養因子為其周圍的細胞提供營養支持，改善細胞生存的微環境，利于細胞生長[55];③使細胞抗凋亡基因上調達到對視錐細胞以及視網膜血管的保護目的[56];④促進細胞間形成新的突觸連接[57]。TOMITA等[58]報道，成年大鼠視網膜機械損傷后，將MSCs注射到其玻璃體腔內，不久就可以發現MSCs分化成為視網膜視神經細胞。有研究用MSCs治療RP，可見病人視力、顏色分辨能力增加，畏光減輕，考慮到MSCs的同源性、易于分離以及不存在倫理問題，認為該方法具有較樂觀的應用前景[59]。

3.6"加壓氧治療

加壓氧治療可以提高機體內的氧化代謝速度，促進ATP的產生。RP病人需要更高的氧分壓來維持殘存的視功能，利用加壓氧進行治療，一方面有利于RHO的形成，另一方面可以提高鳥苷酸環化酶的生物學活性，從而改善RP病人的視功能[60]。

4"展望

隨著對視網膜變性疾病發病機制研究的不斷深入，更多與RP相關的致病基因被發現，色素上皮變性致病基因的確認以及對其發病機制的正確認識是遺傳性視網膜疾病正確治療的基礎，建立和應用合適的動物模型也會起到重要的作用。相信經過臨床眼科與基礎科研工作者的共同努力，人們對RP將會有更全面的認識。

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（本文編輯"馬偉平）