视网膜色素变性发病机制及治疗进展△

2020-02-18闻思敏邵毅周琼

眼科新进展 2020年3期

闻思敏邵毅周琼

视网膜色素变性(retintis pigmentosa,RP)是指以进行性感光细胞及色素上皮功能丧失为共同表现的遗传性、退行性的疾病[1]，RP是主要的致盲性眼病。其遗传方式包括X连锁遗传、常染色体隐性或者显性遗传，也有散发[2]。全球超过150万RP患者，RP是最常见的遗传性视网膜营养不良(inherited retinal degenerations，IRD)，全球流行率约为14000，国内为1/4016～1/3467[3]。RP的特征主要为视杆细胞变性，随后出现视锥细胞丧失。最初的症状是夜间视力下降，随后同心性逐渐丧失视野。眼底异常通常表现为骨细胞样色素沉着、视网膜血管缩窄和视盘蜡样苍白三联征。

与RP相关的大量遗传缺陷最能说明RP患者之间存在广泛的异质性。目前已知，超过80个基因的突变与非综合征型RP有关，每年均有新基因加入到这个列表中。这些基因中每一个均对应于具有特定发病年龄、视力损害、视网膜表现和(或)进展速度的RP基因特异性亚型。此外，还存在未知的遗传或环境因素可能影响RP的亚型。本文对与非综合征型RP临床特征、与由RP基因编码的许多蛋白质功能相关的蛋白质在视网膜结构和功能中的作用，以及非综合征型RP当前的治疗选择和未来展望进行综述。

1 RP临床表现

RP的特征是感光细胞和视网膜色素上皮(retinal pigment epithelium，RPE)细胞的进行性退化，从而导致夜盲、视野缩小和中心视力逐渐减退。然而，由于涉及大量基因，每个基因又可以具有多个等位基因，RP临床表现范围很大。

1.1 RP症状RP的最初症状包括夜盲和暗适应受累。在某些情况下，RP也可以表现为早期的中周部视野缺损，但直到疾病的最后阶段，中央视网膜仍保持相对稳定。多数RP患者由于残留的黄斑功能和(或)保留的外周颞侧视网膜而保存了光感。闪光感也是一种常见但常常被忽视的症状，可发生在RP早期阶段，但更多的是发生在疾病晚期。在晚期RP中，视幻觉可以是多种形式。 RP患者也可能出现畏光和色觉障碍。

1.2 眼科检查

1.2.1 典型RP三联征骨细胞样色素沉着、视网膜血管缩窄和视盘蜡样苍白是RP的标志。在RP的早期阶段，眼底检查可能显示正常。在典型的RP异常出现之前，一些患者可能会出现非特异性异常，如内界膜不规则反射、中央凹反射增宽以及RPE层局灶弥散性病变。并不是所有的RP患者都会形成典型的骨细胞样色素沉着，也有可能发展为粉尘状色素沉着或者硬币样色素沉着。色素沉着程度并不一定反映疾病的严重程度。

RP中视网膜血管缩窄的病因尚不清楚。有报道发现，视网膜血管和迁移的RPE细胞之间的细胞外基质增厚导致血管变窄[4]。还有研究认为是继发于感光细胞死亡的突触输入丧失，导致视网膜内层代谢减少，出现血管重塑和血管缩窄。鉴于与RP相关的大多数基因在光感受器-RPE复合物或者光感受器基质中起作用，这可能是视网膜血管变化的原因。

随着疾病的进展，视盘通常会形成蜡样苍白;这可能是由于视神经盘表面和内侧神经胶质细胞的形成导致光反射率增加所致[5]。

1.2.2 与RP相关的眼部表现还有一些可以治疗的与RP相关的眼部症状。例如，早发性RP患者可伴有眼球震颤，与疾病相关的屈光不正也很常见。黄斑部并发症包括黄斑囊样水肿(cystoid macular edema，CME)，黄斑裂孔和视网膜前膜。据报道，高达50%的RP患者发生CME。Strong等[6]最近提出了可能有助于形成CME的几种机制，包括：(1)血-视网膜屏障破坏；(2)RPE泵送机制功能受损；(3)Müller细胞水肿和功能障碍；(4)抗视网膜抗体；(5)玻璃体黄斑牵引。多达36%的RP患者可出现视网膜前膜[7]，这可能是特发性视网膜前胶质细胞增生的结果，或者是继发于炎症过程的结果；约45%的RP患者出现明显影响视力的后囊性白内障[8];有6%发生了玻璃体囊肿[9]。此外，在262例RP患者中有9%报道了视神经玻璃膜疣和(或)视网膜玻璃膜疣[5]。最后，RP似乎是继发性视网膜血管增殖性肿瘤患者最常见的基础疾病之一[10]。

1.3 视网膜功能

1.3.1 暗适应与色觉检查异常的暗适应阈值也是RP的另一个特征。这是由于视杆细胞的灵敏度降低和灵敏度恢复时间延长，视杆细胞阈值增加[11]。病情初期，色觉可能正常;然而，疾病的晚期阶段会发生色觉障碍，特别是蓝-黄色色觉障碍。Ⅲ型(蓝色)获得性色觉缺陷比Ⅰ型(红-绿)色觉缺陷更为普遍。

1.3.2 视野RP特征之一是视野逐渐缺损。这种视野损失具有较高的双侧对称性，通常始于中周部区域的孤立性暗点，逐渐聚结形成部分或完整的环形暗点。随着疾病的发展，环形暗点会向内、向外延伸(向内延伸缓慢)。除了环形暗点之外，没有环形暗点出现的同心性视野损失和从视网膜上方到视网膜下方的弧形进展的视野缺损也有报道。动态视野检查最适合评估周边视野损失。中央视野损失的进展通常使用静态视野检查。评估中心视野相对新颖的技术是微视野检查，在整个检查过程中使用了精确的眼睛追踪系统，且通过提供后极部的en face图像实现了结构和功能检测相结合。

1.3.3 视网膜电流图全视野电生理检查有助于诊断，对定量评估疾病的严重程度以及监测疾病进展也至关重要[12]。视网膜电流图(electroretinogram,ERG)异常早期发生，暗视ERG(视锥、视杆细胞混合反应)显示a波低于正常值。在全视野ERG检查中，视杆细胞对暗适应的暗闪光响应延迟、减弱或消失。视锥细胞反应也可能在RP的早期阶段出现，但通常滞后于视杆细胞功能障碍的发生。随着疾病的进展，尽管有残留视野，全视野ERG也可能会不可记录。此时，全视野刺激实验或者是多焦ERG仍可以引发反应，因此可用于跟踪疾病进展。

1.4 视网膜成像

1.4.1 眼底照相传统眼底照相一次检查只涵盖了视网膜30～50度的视野。并且会受到介质混浊和瞳孔扩张不足及患者合作度的限制。此时可以选择超广角眼底照相，单次即可拍出高达200度的视网膜。然而，这种技术也存在像差，且视网膜前的结构(例如睫毛和玻璃体混浊)可形成伪迹。炫彩成像利用3种特定波长激光的反射率来提供视网膜不同层面信息。在RP患者中，与传统眼底摄影相比，炫彩成像能更好地完整定义黄斑区边界。

1.4.2 光学相干断层扫描RP中最早的组织病理学变化是感光细胞外节缩短。这种变化在频域光学相干断层扫描(spectral-domain optical coherence tomography,SD-OCT)图像中反映为外层视网膜层的紊乱，先是犬牙交错区，然后圆体带，最后是外界膜[13]。随着RP的进展，感光细胞外节的变薄伴随着外核层的厚度减小。最后到RP的晚期表现为感光细胞外节和外核层的完全丧失。而内层视网膜层则相对良好保存。视力提高与外核层缺乏高反射灶有关[14]。一些研究还揭示了RP患者的视力与椭圆体带相关。另一项研究发现视野的缺失与外节段变薄之间呈线性相关[13]。OCT对诊断多达一半的RP患者其他黄斑病变也很有价值：包括CME、视网膜前膜、玻璃体黄斑牵引综合征和黄斑裂孔[13]。

1.4.3 眼底自发荧光成像眼底自发荧光(fundus autofluorescence,FAF)可以揭示RPE代谢中未被检测到的破坏。 50%～60%的RP患者存在异常的自发荧光增强的中心凹环或曲线弧[15]。环的直径范围为3°～20°，通常具有相对较高的对称性。这种高荧光环代表视网膜功能异常和正常之间的过渡区，在环内功能相对正常，而在环外则功能丧失。在大多数患者中，环内测得的自发荧光与健康眼中的自发荧光在数量上是相似的[16]。随着时间的推移，高荧光环的直径变小。收缩环的内界通常与视锥细胞功能障碍的进展相一致;然而，视杆细胞的灵敏度损失更为广泛，包括了环内的旁中心凹区[17]。最终，环可能散开，这种现象与视力和视敏度的普遍损失相关[17]。 RP患者的显微视野检查显示，环内视觉敏感度相对保留，环区本身减少，环外区域减少甚至消失。

2 RP发病机制相关基因和蛋白质

迄今为止，已有84个基因和7个候选基因与非综合征性RP相关。每一个基因编码的蛋白均在神经视网膜、RPE或下层结构中起重要作用。因此，特定通路中的基因突变可能导致整个通路受损，甚至被完全破坏。原则上，RP亚型中可能存在一定程度的临床重叠，这是由于与共同通路相关的基因突变所致；实际上，改变通路活动的基因变异会增加涉及共同途径的疾病的临床和遗传异质性。因此，识别非综合征性RP中的受影响的通路对于理解潜在的发病机制很重要。

2.1 视觉周期维生素A衍生物11-顺式-视黄醛是光转导级联中的重要组分。膳食维生素A(全反式视黄醇)从血液中吸收，进入RPE，并转化为11-顺式-视黄醛。视觉周期是一个复杂的过程，其重点是从光传导级联中产生的全反式视黄醛重新产生11-顺式-视黄醛。

光激活后，全反式视黄醛从活化视觉色素释放到外节中，经过一系列反应引起全反式视黄醛被释放到光感受器的细胞质中，其被全反式视黄醛脱氢酶(由RDH8、RDH12和RDH14基因编码)还原成全反式视黄醇，然后被转运到视网膜下腔，与光感受器视黄醇结合蛋白(interphotoreceptor retinoid-binding protein,IRBP，由RBP3基因编码)结合并转运到RPE。在RPE细胞的细胞质中，通过卵磷脂、视黄醇酰基转移酶(lecithinretinol acyltransferase,LRAT)、RPE65(也称为类维生素A异构水解酶)、视网膜G蛋白偶联受体(RGR)和11-顺式视黄醇脱氢酶(由RDH5和RDH11基因编码)重新整合。然后通过细胞视黄醛结合蛋白(cellular retinaldehyde-binding protein,CRALBP，由RLBP1基因编码)将得到的11-顺-视黄醛转运到光感受器基质中，并随后通过IRBP被运回到光感受器的细胞质中。一旦回到光感受器，11-顺式-视黄醛结合视蛋白形成新的视紫红质分子。该途径称为典型视觉周期，催化视杆细胞的异构化。最近研究表明，除了上述视觉周期之外，视锥细胞还具有第2个非典型视觉周期，其在视锥细胞外节和Müller细胞中运行;尽管该周期中的所有蛋白质尚未被确认，但该周期以20倍的速度再生出11-顺式-视黄醛。

2.2 光转导级联光转导途径是由光激发视蛋白分子引发的级联反应，产生电信号，通过视神经传递到视皮层，形成对图像的感知。

在视杆细胞中，视紫红质(由RHO基因编码)在接受光刺激后活化为视紫红质Ⅱ。活化的视紫红质Ⅱ激活G蛋白转导蛋白(由GNAT1基因编码)，然后激活环磷酸鸟苷酸(cyclic guanosine monophosphate,cGMP)磷酸二酯酶(由PDE6A、PDE6B和PDE6G基因编码的亚基)，其将cGMP水解成5’-GMP 。该过程降低了光感受器细胞质中cGMP的水平，从而关闭了cGMP门控阳离子通道(由CNGA1和CNGB1基因编码的亚基)。细胞内钙水平的大幅下降使质膜超极化;进而导致感光器突触处谷氨酸释放减少。

2.3 纤毛运输纤毛根据细胞类型不同可分为两大类：运动纤毛和非运动毛纤维(初级纤毛)。运动纤毛用于需要纤毛运输的特定器官和过程。而初级纤毛存在于绝大多数真核细胞上，并且在大多数感觉器官中用作感觉“触角”。其基因的突变通常涉及多个受影响器官和细胞过程的综合征表型[18]。感光细胞含有高度特异化的感觉纤毛，其由连接纤毛和纤毛基质以及具有高度特异性结构的能发生光转导的根尖外节组成。由于外节缺乏生物合成，所有部件都在内段合成并部分预先组装，然后通过连接纤维运输至外节，这一过程有赖于鞭毛内运输(intraflagellar transport,IFT)系统。迄今为止，超过30种纤毛蛋白编码基因的突变与非综合征性视网膜疾病有关。

2.4 外节结构感光细胞的纤毛由连接纤毛和外节组成，后者包含高度特异性的，由视锥细胞和视杆细胞组成。外节段盘由连接纤毛发育为质膜中的脱粒，随后被内化形成膜盘[19]。PRPH2在外节盘缘的形成中起作用，并且PRPH2的缺失导致外节缺失。PRPH2还在盘膜稳定性和盘膜脱落中发挥作用。Salinas等[20]报道，光感受器纤毛可以释放大量胞体，其通过肌动蛋白介导的胞外作用将纤毛G蛋白偶联受体分配到细胞外信号传导的囊泡中。 PRPH2将这个过程保持在适当的水平，使保留的胞体可以变形为外节。 PRPH2的形成受视杆细胞外段膜蛋白-1蛋白调节，从而调节盘膜内化过程[21]。外节形成的起始需要膜结合蛋白。感光细胞特异性胞浆蛋白RP1与睫状轴索有关，并且是外节形态发生所必需的[22]。因此，RP1在外节盘膜定向中起作用，并且已经被认为是外节盘膜与轴丝之间的纽带[26]。

2.5 光感受器基质光感受器基质填充视网膜下腔，其从外界膜(即Müller细胞的基底端)向RPE的根尖表面延伸;感光细胞的内部节和外节段也嵌入在这个空间中。光感受器基质不仅提供对视网膜组织的支持，而且在许多关键过程中起重要作用。

光感受器基质由光感受器和RPE细胞分泌的蛋白质和碳水化合物组成。该基质的主要成分是蛋白多糖、透明质酸、胶原蛋白和弹性蛋白纤维等。透明质酸聚合物形成非常大的多糖，其相互连接以产生三维网状结构。与非综合征型RP相关的3个基因(IMPG2、RBP3和EYS)编码的蛋白质能结合到透明质酸网中。

3 RP的管理

RP可深刻影响患者及其家属的身体和情感生活。因此，为患者及其亲属提供足够的支持是RP管理的重要组成部分。

3.1 眼科和遗传咨询结合眼科和遗传咨询服务的多学科方法可以优化RP的诊断过程和长期管理。近年来，该领域在用于基因识别的方法方面取得了显著进展。例如，一些中心已经使用视觉相关基因过滤器进行外显子测序。其优点是，如果致病基因在任何已知的RP基因中未被识别，则搜索可以迅速扩展到其他基因，从而识别潜在的新RP相关基因。目前，外显子组测序为60%～80%的RP患者提供了分子诊断。虽然确定致病变异体的功能作用仍然是一个挑战，但在常规诊断中引入全基因组测序可能会进一步提高分子诊断的能力。

3.2 治疗相关的眼部异常RP患者接受白内障手术后的视觉获得在很大程度上取决于残留了多少黄斑功能。有报道指出，RP患者在白内障手术期间和术后可能出现悬韧带断裂(19%)[23]，后囊混浊(44%～95%)[24]和前囊收缩[25](10%～38%)。目前没有迹象表明手术加速了RP的进展。另一方面，RP患者白内障手术后的主观视觉增益往往相当可观。因此，即使是晚期RP，白内障摘出术应在视觉上有意义的白内障中认真考虑。

目前，还没有进行大规模的随机对照临床试验来评估RP患者CME的治疗效果。但CME的治疗常选用碳酸酐酶抑制剂。难治性CME可以用类固醇药物治疗。抗血管内皮生长因子在RP患者中的应用尚未完全清楚，因为研究并没有有益效果。虽然视网膜前膜在RP患者中普遍存在，但很少有报道涉及RP患者视网膜前膜剥离的作用。Ikead等[26]报道了11眼中9眼视网膜前膜剥离后的形态学改善，但是这些眼中只有3眼(其中2眼同时行了白内障摘出术)在视力方面有长期改善。这种相对有限的成功率以及与直接眼内照明相关的潜在视网膜毒性提示RP患者应谨慎使用视网膜前膜剥离术。

3.3 视觉康复近年来，针对低视力RP患者的视觉康复已经发展成为一种多学科方法，并侧重于患者的功能和需求，从而为RP患者提供较高价值。视力康复中心提供支持和培训，包括定向和移动训练，配合手电筒、夜视镜和(或)反向望远镜等低视力辅助器，以优化残留视觉功能。在晚期疾病中，患者的独立性和功能性生活质量可以通过使用文本到语音软件来改善，以便患者解读文本，并且导盲犬可以进一步提高患者的行动能力和独立性。但是，视野逐渐恶化带来的社会影响也不容低估。

3.4 RP的治疗选择

3.4.1 基因特异性和突变特异性方法RP中突变的大多数基因编码的蛋白质在感光细胞或RPE中表达。因此，为了有效性，基因特异性和(或)突变特异性方法需要有将被靶向的细胞;因此，这些方法在细胞退化前的疾病早期阶段最成功。2008年首次报道了使用RPE65基因增强疗法治疗LCA或由于双等位基因RPE65突变导致的早发型RP患者安全性和有效性的报道[27]。最近对用RPE65介导的遗传性视网膜营养不良患者进行的3期研究证实了治疗的安全性和有效性;在昏暗的光线下，患者表现出改善的光敏感度、视野和航行能力[28]。尽管取得了这些初步进展，但是在基因增强治疗得到广泛实施之前，必须克服重大挑战。例如，目前尚不清楚一次性给予治疗载体是否可以提供长期、持久的临床疗效。最常用的病毒载体的载货能力也相对有限，不适合递送几种大cDNA基因(例如EYS和USH2A基因)。其他挑战包括受控表达水平、相对较少的基因亚型患者以及高度个体化治疗的财务成本。

其他新兴的治疗策略涉及反义寡核苷酸，它是一种小的、多功能的RNA分子，可以通过特异性结合前体mRNA中的靶区域来修饰前体mRNA剪接，从而抑制由某些突变引起的异常剪接事件和基因组编辑。

另一类能够以基因特异性和(或)突变特异性方式起作用的用途广泛的治疗性化合物是一种小分子化合物。在LRAT或RPE65基因突变患者的早发性视网膜变性中，通过几种酶促反应将视觉周期破坏。口服类似于11-顺式-视黄醛的9-顺式视黄醇药物治疗，在早期临床试验中具有良好的耐受性和中度有效性。

3.4.2 与突变无关的方法细胞替代疗法是指使用眼源性视网膜前体细胞(retinal precursor cell,RPC)或非眼源性干细胞[如胚胎干细胞(embryonic stem cells,ESCs)和诱导的多能干细胞(induced pluripotent stem cells,IPSCs)]施用到玻璃体或视网膜下腔中。目前使用的移植方法，包括干细胞来源的RPE细胞和(或)感光细胞。另一种新兴的方法是将电子视网膜植入物用于极少或没有光感的终末期RP患者。视网膜植入物可恢复基本的视觉功能，改善相关视力的性能，并增加RP患者的日常活动能力[29]。例如，最近报道了1例在接受Alpha AMS植入术的患者从光感到20/546的视力的改善。尽管这些结果令人鼓舞，但这些假体患者的视觉康复仍然复杂，还需要克服一些挑战，包括不良反应、设备寿命和解决方案。另一种相对较新的方法是光遗传学，其使用基因疗法在残余视网膜神经元中表达光激活离子通道，从而恢复光敏性[30]。尽管在基于细胞的模型和动物模型中均取得了令人鼓舞的结果，但这种方法的真正潜力需要在临床环境中进行充分测试。

近年来，一些饮食改变和膳食补充剂(例如维生素A)被推荐用于RP的治疗。然而，有系统评价发现没有任何明确的证据表明维生素A对RP患者有益。在许多动物模型中，有几种神经保护因子被证明可以减缓光感受器的丧失，包括脑源性神经营养因子、碱性成纤维细胞生长因子、睫状神经营养因子等。但目前还没有证据表明这些化合物对治疗RP有益[31]。最后，经角膜电刺激是视网膜疾病和视神经病变的一种新型治疗方法，似乎也是通过在角膜电刺激后释放神经营养因子来发挥作用。