淺談遺傳性視網(wǎng)膜變性的高度異質(zhì)性和治療方法

吳繼紅

[1.復(fù)旦大學(xué)附屬眼耳鼻喉科醫(yī)院眼科 上海 200031；2.上海市視覺損傷與重建重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(復(fù)旦大學(xué)) 上海 200031；3.國家衛(wèi)生健康委員會近視眼重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(復(fù)旦大學(xué)) 上海 200031]

1 概述

遺傳性視網(wǎng)膜變性(inherited retinal degeneration,IRD)是一組臨床表型復(fù)雜、基因異質(zhì)性高的視網(wǎng)膜變性性疾病，多為單基因遺傳。迄今為止，臨床上IRD超過50種，包括單純的視網(wǎng)膜變性和具有視網(wǎng)膜變性表型的累及全身多器官的綜合征[1]，如Usher綜合征和Joubert綜合征。IRD遺傳方式主要有顯性單等位基因、隱性單基因、雙基因雙等位基因、雙基因三等位基因和X-連鎖遺傳。IRD復(fù)雜性在于同一個致病變異可以引起不同的臨床表型，而相似的臨床表型可以是不同的致病基因或變異導(dǎo)致，也被稱為高度的表型異質(zhì)性和遺傳異質(zhì)性[2-6]。

據(jù)視網(wǎng)膜疾病數(shù)據(jù)庫(https://web.sph.uth.edu/RetNet/)和文獻(xiàn)報(bào)道，目前已知明確的IRD致病基因有350個，包括核基因和線粒體基因。最常見的IRD是視網(wǎng)膜色素變性(retinitis pigmentosa,RP)，是目前人類最具遺傳異質(zhì)性的疾病之一，可由至少80多個基因序列變異引起。此外，許多其他IRD也具有高度異質(zhì)性，如視錐視桿細(xì)胞營養(yǎng)不良(conerod dystrophy,CRD)、Leber先 天 性 黑 矇(Leber congenital amaurosis,LCA)和先天性無脈絡(luò)膜癥(ACHM)。疾病異質(zhì)性的主要特征之一是攜帶雜合隱性致病變異的正常個體在人群中的比例相對較高。有資料[5,7]顯示，全球范圍內(nèi)每3個人就有1個人攜帶至少1個隱性IRD的致病性變異。與遺傳咨詢相關(guān)的重要指標(biāo)是2個個體同時(shí)攜帶同一個致病變異的可能性，這個數(shù)值與致病基因總數(shù)量成負(fù)相關(guān)，與發(fā)病率成正相關(guān)。另外，一些IRD患者攜帶的雜合隱性變異，雖然不致病，但是可以調(diào)節(jié)已有視網(wǎng)膜變性的嚴(yán)重程度。這些特征使IRD的遺傳分析極為復(fù)雜，即使經(jīng)過全面的基因檢測和分析，包括全外顯子組測序(whole exome sequencing，WES)和全基因組測序(whole genome sequencing，WGS)，仍有相當(dāng)高比例的患者(30%～40%)在遺傳學(xué)上尚未找到致病的證據(jù)。

2 臨床表現(xiàn)多樣性

IRD可以在出生時(shí)就已經(jīng)表現(xiàn)出來(如先天性黑矇)，也可能在成人階段發(fā)病，一些病例甚至在50歲、60歲或70歲時(shí)才發(fā)病，稱為晚發(fā)型視網(wǎng)膜變性。一部分IRD可以相對靜止[6]，而多數(shù)則表現(xiàn)為緩慢進(jìn)展，視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)和功能逐步受損。IRD可能最初(或僅)累及黃斑區(qū)域[8]，也可能起始于視網(wǎng)膜中周部或周邊，逐漸進(jìn)展累及黃斑，或者從發(fā)病時(shí)就表現(xiàn)出廣泛的彌漫性視網(wǎng)膜受累。視網(wǎng)膜色素上皮(retinal pigment epithelium，RPE)、脈絡(luò)膜或玻璃體都可能受到影響。

IRD患者的眼底表現(xiàn)多種多樣。在非進(jìn)展型(如某些類型的先天性靜止性夜盲)以及進(jìn)展型IRD的臨床前或早期階段，眼底檢查可以是正常的。視網(wǎng)膜局部受累的IRD可表現(xiàn)出相對輕微和局限的眼底改變，而進(jìn)展型IRD在晚期常表現(xiàn)為廣泛的視網(wǎng)膜萎縮、色素改變、視網(wǎng)膜血管變細(xì)和視盤蒼白。輔助檢查有助于IRD表型的描述，也為評估IRD進(jìn)展和尋求有效的干預(yù)方法提供了手段。目前，已有的輔助檢查，包括確定視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)的各種成像方法，以及評估視覺和視網(wǎng)膜功能的視網(wǎng)膜電圖(electroretinogram，ERG)和心理物理技術(shù)。由于眼睛的光學(xué)特性，視網(wǎng)膜可以通過眼底照相、眼底自熒光(fundus autofluorescence，F(xiàn)AF)成像以及光學(xué)相干層析成像(optical coherence tomography，OCT)實(shí)現(xiàn)可視化，OCT提供了幾乎類似組織學(xué)的活體視網(wǎng)膜圖像，從而可以量化外核層(光感受器)的厚度，甚至光感受器內(nèi)節(jié)橢圓體帶的完整性[9]。自適應(yīng)OCT可以觀察到視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)更精細(xì)的細(xì)節(jié)，分辨出視網(wǎng)膜單細(xì)胞，但目前該技術(shù)主要用于科研，尚未在臨床上普及使用[10]。ERG檢查為視網(wǎng)膜和RPE細(xì)胞功能提供了客觀指標(biāo)，有助于評估IRD的進(jìn)展程度，也是在眼底出現(xiàn)明顯病變之前發(fā)現(xiàn)IRD的重要手段[11]。當(dāng)病變主要涉及黃斑時(shí)，可以使用多焦ERG。眼電圖(electrooculogram,EOG)可以檢測RPE功能。閃光和模式視覺誘發(fā)電位可以評估視覺通路和視覺皮質(zhì)的完整性。此外，視力、色覺、暗適應(yīng)性、對比敏感度和各種形式的明或暗視野檢測等心理物理檢查手段，雖然高度依賴患者的依從性和主觀性，但在臨床上通常作為了解或確定IRD嚴(yán)重程度的常用檢查方法。

RP作為臨床最常見的IRD，其特征是視桿細(xì)胞首先變性丟失，基于視桿細(xì)胞的視網(wǎng)膜功能下降。而CRD和視錐細(xì)胞營養(yǎng)不良(cone dystrophy，CD)，首先或主要表現(xiàn)為視錐細(xì)胞受累和功能障礙。在這些疾病進(jìn)展過程中，通常是一種細(xì)胞類型受累后引起另一種視網(wǎng)膜細(xì)胞的變性和功能障礙，最終導(dǎo)致廣泛的視網(wǎng)膜損傷。還有一部分IRD初始階段即為視錐視桿細(xì)胞同時(shí)受累，共同引起視功能的下降。由于起始受累細(xì)胞和發(fā)病機(jī)制不同，導(dǎo)致IRD具有不同的臨床表現(xiàn)，臨床表現(xiàn)與視錐、視桿細(xì)胞受累程度有關(guān)。當(dāng)初始受累細(xì)胞是視桿細(xì)胞時(shí)，早期主要表現(xiàn)為夜視力下降；而當(dāng)起始病變?yōu)橐曞F細(xì)胞功能異常時(shí)，臨床上通常表現(xiàn)為明視力和色覺損害、畏光，嚴(yán)重者還可以出現(xiàn)眼球震顫?？傮w上，視桿細(xì)胞變性相關(guān)的IRD患者往往在從光照良好的環(huán)境轉(zhuǎn)移到較暗的環(huán)境時(shí)，出現(xiàn)視物障礙；而在視錐細(xì)胞變性相關(guān)的IRD中，情況恰恰相反。此外，隨著疾病進(jìn)展，初始于視桿細(xì)胞變性的IRD，由于視錐細(xì)胞的繼發(fā)性受累，而逐漸出現(xiàn)視野受損，表現(xiàn)為向心性縮小。

雖然根據(jù)眼底檢查和各種輔助檢查提示的IRD表型可以指導(dǎo)致病基因的篩查和鑒定，但僅通過臨床表現(xiàn)和表型無法準(zhǔn)確預(yù)測致病變異。誠然，某些臨床表現(xiàn)型是特定基因的高度特征，但這在IRD中只是少數(shù)情況。在最常見的RP中，不同致病基因之間的臨床表現(xiàn)有很多重疊，特別是在RP晚期，臨床表現(xiàn)往往是所有致病基因的“最終共同結(jié)果”，例如，晚期RP眼底表現(xiàn)出的典型三聯(lián)征“骨細(xì)胞樣色素、視網(wǎng)膜血管變細(xì)和視盤蒼白”，可與很多基因變異相關(guān)。當(dāng)IRD是綜合征的一部分時(shí)，全身多器官受累特點(diǎn)有助于預(yù)測可能的致病變異或縮小候選致病基因的篩查范圍。最終，希望在所有IRD患者中，通過結(jié)合臨床表型和致病基因來確定疾病，例如：RPGR基因變異引起的RP3型，RP1基因復(fù)合雜合變異引起的RP1型等。

3 基因型-表型復(fù)雜多樣

IRD致病基因的特征多種多樣，編碼的蛋白質(zhì)功能也各不相同。大約在30年前，第一批IRD致病變異被鑒定出來，代表性基因是RHO，有研究者[12]認(rèn)為RHO單堿基錯義突變(c.68C＞A，p.P23H)是常染色體顯性RP(ADRP)的常見致病變異。隨后發(fā)現(xiàn)RHO許多其他致病變異，不僅會導(dǎo)致常染色體顯性RP(ADRP)，還會導(dǎo)致常染色體隱性RP(ARRP)和常染色體顯性先天性靜止性夜盲(AD-CSNB)[13]。這種致病基因相同、臨床表型不同的情況，在IRD中并不罕見。

IRD遺傳異質(zhì)性的原因尚不清楚。有學(xué)者[14]推測與環(huán)境因素和修飾性等位基因有關(guān)。修飾性等位基因不直接引起疾病的發(fā)生，但是可以影響IRD致病基因的嚴(yán)重程度、外顯率、表達(dá)率和多效性。確定這些因素需要大量具有共同IRD病因的臨床患者，以獲得大量的基因分型信息，并需要收集有關(guān)日?；顒雍蜕罘绞降男畔?包括例如光照、吸煙和飲食)，難度非常大。因此，已知的人類修飾性基因相對較少。需要建立大規(guī)模的臨床-遺傳信息庫，以推動IRD修飾性基因的鑒定。

4 IRD的治療模式

IRD的高度異質(zhì)性對其治療模式提出了巨大挑戰(zhàn)。雖然人們一致認(rèn)為需要多種治療方法或策略來治療絕大多數(shù)IRD病例，包括不同亞型的IRD和處于病變不同階段的IRD，但目前對于何種治療方法應(yīng)該是主要的主導(dǎo)方法仍存在不同的意見。目前得到普遍共識的IRD治療通常分為兩大類：一類是基于基因的治療，需要了解每個患者的致病基因，有時(shí)甚至需要針對患病個體特定致病變異開發(fā)治療藥物；另一類是通用的治療方法，無論其遺傳病因如何皆可適用，與前者相比可望解決許多IRD病例的治療問題，同時(shí)也更適合終末期IRD患者[15-18]。

受益于分子生物學(xué)前沿技術(shù)的迅猛發(fā)展，近10年來，IRD在致病基因鑒定和治療方面取得了巨大進(jìn)展。全基因組關(guān)聯(lián)分析(GWAS)、針對特定IRD制訂的panel測序、WES和WGS等先進(jìn)的高通量測序和分析手段，使得IRD的確診比例大幅增加。目前70%～80%的IRD可通過測序手段確定致病基因和遺傳方式，其余的致病變異可能在已知基因的未篩查區(qū)域，如增強(qiáng)子、啟動子、5'和3'非翻譯區(qū)域和內(nèi)含子區(qū)域，也可能是尚未鑒定出來的新基因。目前，全球范圍內(nèi)正在積極開發(fā)用于鑒定非編碼區(qū)域突變的工具，有望發(fā)現(xiàn)更多的IRD致病變異。而且可以預(yù)計(jì)在10年內(nèi)，許多國家的衛(wèi)生保健部門很可能將鑒定IRD致病變異(基因檢測)作為一項(xiàng)常規(guī)的臨床工作而不是研究工作的一部分。這種檢測除了能確定已發(fā)病患者的致病基因外，還能發(fā)現(xiàn)攜帶致病變異但仍未發(fā)病或未出現(xiàn)臨床表型的年輕個體(在某些情況下甚至是胎兒)。隨訪(甚至在癥狀出現(xiàn)之前)對這些人來說是極其重要的，同時(shí)，在決定他們是否以及何時(shí)應(yīng)該接受基因或突變特異性治療(如基因治療)時(shí)，可能對臨床診療倫理體系提出新的要求。

鑒于現(xiàn)有分子生物學(xué)技術(shù)和生物信息學(xué)技術(shù)的進(jìn)展，我們有理由預(yù)期絕大多數(shù)引起IRD的致病基因都可以被篩查確定。因此，未來針對IRD的主要工作將是開發(fā)治療方法、制訂治療策略。高度的表型異質(zhì)性和遺傳異質(zhì)性決定了IRD的治療方法必定是多種多樣的?；诨蚝椭虏∽儺惖寞煼ㄟm用于疾病早期階段，例如靶向基因治療、DNA編輯、RNA治療等，此時(shí)病變視網(wǎng)膜有足夠視網(wǎng)膜細(xì)胞，可從治療中受益而延緩或停止變性過程，從而保護(hù)視功能。而非基因和其他一般療法往往適用于大多數(shù)的視網(wǎng)膜細(xì)胞發(fā)生變性、丟失的晚期階段，例如干細(xì)胞治療和視覺假體。此外，在未來的10年里，藥物遞送系統(tǒng)可能會有顯著地改進(jìn)。目前的基因傳遞系統(tǒng)主要是通過AAV載體攜帶基因進(jìn)行視網(wǎng)膜下注射，這種治療方法最大的問題在于治療區(qū)域受到限制，特別是當(dāng)治療區(qū)域位于黃斑時(shí)，可能會導(dǎo)致手術(shù)并發(fā)癥，也可能會使患者的視功能進(jìn)一步下降。因此，人們預(yù)計(jì)，新的基因治療模式，包括針對特定蛋白質(zhì)/氨基酸、基因、密碼子以及DNA和RNA水平的致病性變異，結(jié)合新的和更有效的傳遞系統(tǒng)有望在未來20年內(nèi)出現(xiàn)，使IRD基因治療領(lǐng)域遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出簡單地確定致病基因或變異。對于晚期IRD，非遺傳療法正在迅速發(fā)展，包括干細(xì)胞替代療法、細(xì)胞療法、神經(jīng)營養(yǎng)因子和神經(jīng)保護(hù)、視網(wǎng)膜假體、光遺傳學(xué)等，有望使失明患者恢復(fù)部分視力。

5 結(jié)語

目前IRD的基因診斷和基因治療在全球范圍內(nèi)蓬勃開展，這對于鑒定不同國家和種族人群常見的致病基因、變異和表型具有重要意義，也為治療這些人群中的IRD患者提供了可能性。同時(shí)，在這個過程中有可能發(fā)現(xiàn)更多的IRD致病變異，進(jìn)一步加深對IRD的認(rèn)識，開發(fā)更多的治療方法。目前，我國學(xué)者在IRD診斷和治療領(lǐng)域給予了越來越多的重視，不論是基因診斷還是基因治療抑或干細(xì)胞治療，都取得了巨大進(jìn)展?？v觀全球，IRD治療的未來已來，可以期待現(xiàn)有的臨床試驗(yàn)以及目前正在研究的治療方法，將在未來5～10年為IRD患者帶來嶄新的治療機(jī)遇。