浅谈遗传性视网膜变性的高度异质性和治疗方法

吴继红

[1.复旦大学附属眼耳鼻喉科医院眼科 上海 200031；2.上海市视觉损伤与重建重点实验室(复旦大学) 上海 200031；3.国家卫生健康委员会近视眼重点实验室(复旦大学) 上海 200031]

1 概述

遗传性视网膜变性(inherited retinal degeneration,IRD)是一组临床表型复杂、基因异质性高的视网膜变性性疾病，多为单基因遗传。迄今为止，临床上IRD超过50种，包括单纯的视网膜变性和具有视网膜变性表型的累及全身多器官的综合征[1]，如Usher综合征和Joubert综合征。IRD遗传方式主要有显性单等位基因、隐性单基因、双基因双等位基因、双基因三等位基因和X-连锁遗传。IRD复杂性在于同一个致病变异可以引起不同的临床表型，而相似的临床表型可以是不同的致病基因或变异导致，也被称为高度的表型异质性和遗传异质性[2-6]。

据视网膜疾病数据库(https://web.sph.uth.edu/RetNet/)和文献报道，目前已知明确的IRD致病基因有350个，包括核基因和线粒体基因。最常见的IRD是视网膜色素变性(retinitis pigmentosa,RP)，是目前人类最具遗传异质性的疾病之一，可由至少80多个基因序列变异引起。此外，许多其他IRD也具有高度异质性，如视锥视杆细胞营养不良(conerod dystrophy,CRD)、Leber先 天 性 黑 矇(Leber congenital amaurosis,LCA)和先天性无脉络膜症(ACHM)。疾病异质性的主要特征之一是携带杂合隐性致病变异的正常个体在人群中的比例相对较高。有资料[5,7]显示，全球范围内每3个人就有1个人携带至少1个隐性IRD的致病性变异。与遗传咨询相关的重要指标是2个个体同时携带同一个致病变异的可能性，这个数值与致病基因总数量成负相关，与发病率成正相关。另外，一些IRD患者携带的杂合隐性变异，虽然不致病，但是可以调节已有视网膜变性的严重程度。这些特征使IRD的遗传分析极为复杂，即使经过全面的基因检测和分析，包括全外显子组测序(whole exome sequencing，WES)和全基因组测序(whole genome sequencing，WGS)，仍有相当高比例的患者(30%～40%)在遗传学上尚未找到致病的证据。

2 临床表现多样性

IRD可以在出生时就已经表现出来(如先天性黑矇)，也可能在成人阶段发病，一些病例甚至在50岁、60岁或70岁时才发病，称为晚发型视网膜变性。一部分IRD可以相对静止[6]，而多数则表现为缓慢进展，视网膜结构和功能逐步受损。IRD可能最初(或仅)累及黄斑区域[8]，也可能起始于视网膜中周部或周边，逐渐进展累及黄斑，或者从发病时就表现出广泛的弥漫性视网膜受累。视网膜色素上皮(retinal pigment epithelium，RPE)、脉络膜或玻璃体都可能受到影响。

IRD患者的眼底表现多种多样。在非进展型(如某些类型的先天性静止性夜盲)以及进展型IRD的临床前或早期阶段，眼底检查可以是正常的。视网膜局部受累的IRD可表现出相对轻微和局限的眼底改变，而进展型IRD在晚期常表现为广泛的视网膜萎缩、色素改变、视网膜血管变细和视盘苍白。辅助检查有助于IRD表型的描述，也为评估IRD进展和寻求有效的干预方法提供了手段。目前，已有的辅助检查，包括确定视网膜结构的各种成像方法，以及评估视觉和视网膜功能的视网膜电图(electroretinogram，ERG)和心理物理技术。由于眼睛的光学特性，视网膜可以通过眼底照相、眼底自荧光(fundus autofluorescence，FAF)成像以及光学相干层析成像(optical coherence tomography，OCT)实现可视化，OCT提供了几乎类似组织学的活体视网膜图像，从而可以量化外核层(光感受器)的厚度，甚至光感受器内节椭圆体带的完整性[9]。自适应OCT可以观察到视网膜结构更精细的细节，分辨出视网膜单细胞，但目前该技术主要用于科研，尚未在临床上普及使用[10]。ERG检查为视网膜和RPE细胞功能提供了客观指标，有助于评估IRD的进展程度，也是在眼底出现明显病变之前发现IRD的重要手段[11]。当病变主要涉及黄斑时，可以使用多焦ERG。眼电图(electrooculogram,EOG)可以检测RPE功能。闪光和模式视觉诱发电位可以评估视觉通路和视觉皮质的完整性。此外，视力、色觉、暗适应性、对比敏感度和各种形式的明或暗视野检测等心理物理检查手段，虽然高度依赖患者的依从性和主观性，但在临床上通常作为了解或确定IRD严重程度的常用检查方法。

RP作为临床最常见的IRD，其特征是视杆细胞首先变性丢失，基于视杆细胞的视网膜功能下降。而CRD和视锥细胞营养不良(cone dystrophy，CD)，首先或主要表现为视锥细胞受累和功能障碍。在这些疾病进展过程中，通常是一种细胞类型受累后引起另一种视网膜细胞的变性和功能障碍，最终导致广泛的视网膜损伤。还有一部分IRD初始阶段即为视锥视杆细胞同时受累，共同引起视功能的下降。由于起始受累细胞和发病机制不同，导致IRD具有不同的临床表现，临床表现与视锥、视杆细胞受累程度有关。当初始受累细胞是视杆细胞时，早期主要表现为夜视力下降；而当起始病变为视锥细胞功能异常时，临床上通常表现为明视力和色觉损害、畏光，严重者还可以出现眼球震颤。总体上，视杆细胞变性相关的IRD患者往往在从光照良好的环境转移到较暗的环境时，出现视物障碍；而在视锥细胞变性相关的IRD中，情况恰恰相反。此外，随着疾病进展，初始于视杆细胞变性的IRD，由于视锥细胞的继发性受累，而逐渐出现视野受损，表现为向心性缩小。

虽然根据眼底检查和各种辅助检查提示的IRD表型可以指导致病基因的筛查和鉴定，但仅通过临床表现和表型无法准确预测致病变异。诚然，某些临床表现型是特定基因的高度特征，但这在IRD中只是少数情况。在最常见的RP中，不同致病基因之间的临床表现有很多重叠，特别是在RP晚期，临床表现往往是所有致病基因的“最终共同结果”，例如，晚期RP眼底表现出的典型三联征“骨细胞样色素、视网膜血管变细和视盘苍白”，可与很多基因变异相关。当IRD是综合征的一部分时，全身多器官受累特点有助于预测可能的致病变异或缩小候选致病基因的筛查范围。最终，希望在所有IRD患者中，通过结合临床表型和致病基因来确定疾病，例如：RPGR基因变异引起的RP3型，RP1基因复合杂合变异引起的RP1型等。

3 基因型-表型复杂多样

IRD致病基因的特征多种多样，编码的蛋白质功能也各不相同。大约在30年前，第一批IRD致病变异被鉴定出来，代表性基因是RHO，有研究者[12]认为RHO单碱基错义突变(c.68C＞A，p.P23H)是常染色体显性RP(ADRP)的常见致病变异。随后发现RHO许多其他致病变异，不仅会导致常染色体显性RP(ADRP)，还会导致常染色体隐性RP(ARRP)和常染色体显性先天性静止性夜盲(AD-CSNB)[13]。这种致病基因相同、临床表型不同的情况，在IRD中并不罕见。

IRD遗传异质性的原因尚不清楚。有学者[14]推测与环境因素和修饰性等位基因有关。修饰性等位基因不直接引起疾病的发生，但是可以影响IRD致病基因的严重程度、外显率、表达率和多效性。确定这些因素需要大量具有共同IRD病因的临床患者，以获得大量的基因分型信息，并需要收集有关日常活动和生活方式的信息(包括例如光照、吸烟和饮食)，难度非常大。因此，已知的人类修饰性基因相对较少。需要建立大规模的临床-遗传信息库，以推动IRD修饰性基因的鉴定。

4 IRD的治疗模式

IRD的高度异质性对其治疗模式提出了巨大挑战。虽然人们一致认为需要多种治疗方法或策略来治疗绝大多数IRD病例，包括不同亚型的IRD和处于病变不同阶段的IRD，但目前对于何种治疗方法应该是主要的主导方法仍存在不同的意见。目前得到普遍共识的IRD治疗通常分为两大类：一类是基于基因的治疗，需要了解每个患者的致病基因，有时甚至需要针对患病个体特定致病变异开发治疗药物；另一类是通用的治疗方法，无论其遗传病因如何皆可适用，与前者相比可望解决许多IRD病例的治疗问题，同时也更适合终末期IRD患者[15-18]。

受益于分子生物学前沿技术的迅猛发展，近10年来，IRD在致病基因鉴定和治疗方面取得了巨大进展。全基因组关联分析(GWAS)、针对特定IRD制订的panel测序、WES和WGS等先进的高通量测序和分析手段，使得IRD的确诊比例大幅增加。目前70%～80%的IRD可通过测序手段确定致病基因和遗传方式，其余的致病变异可能在已知基因的未筛查区域，如增强子、启动子、5'和3'非翻译区域和内含子区域，也可能是尚未鉴定出来的新基因。目前，全球范围内正在积极开发用于鉴定非编码区域突变的工具，有望发现更多的IRD致病变异。而且可以预计在10年内，许多国家的卫生保健部门很可能将鉴定IRD致病变异(基因检测)作为一项常规的临床工作而不是研究工作的一部分。这种检测除了能确定已发病患者的致病基因外，还能发现携带致病变异但仍未发病或未出现临床表型的年轻个体(在某些情况下甚至是胎儿)。随访(甚至在症状出现之前)对这些人来说是极其重要的，同时，在决定他们是否以及何时应该接受基因或突变特异性治疗(如基因治疗)时，可能对临床诊疗伦理体系提出新的要求。

鉴于现有分子生物学技术和生物信息学技术的进展，我们有理由预期绝大多数引起IRD的致病基因都可以被筛查确定。因此，未来针对IRD的主要工作将是开发治疗方法、制订治疗策略。高度的表型异质性和遗传异质性决定了IRD的治疗方法必定是多种多样的。基于基因和致病变异的疗法适用于疾病早期阶段，例如靶向基因治疗、DNA编辑、RNA治疗等，此时病变视网膜有足够视网膜细胞，可从治疗中受益而延缓或停止变性过程，从而保护视功能。而非基因和其他一般疗法往往适用于大多数的视网膜细胞发生变性、丢失的晚期阶段，例如干细胞治疗和视觉假体。此外，在未来的10年里，药物递送系统可能会有显著地改进。目前的基因传递系统主要是通过AAV载体携带基因进行视网膜下注射，这种治疗方法最大的问题在于治疗区域受到限制，特别是当治疗区域位于黄斑时，可能会导致手术并发症，也可能会使患者的视功能进一步下降。因此，人们预计，新的基因治疗模式，包括针对特定蛋白质/氨基酸、基因、密码子以及DNA和RNA水平的致病性变异，结合新的和更有效的传递系统有望在未来20年内出现，使IRD基因治疗领域远远超出简单地确定致病基因或变异。对于晚期IRD，非遗传疗法正在迅速发展，包括干细胞替代疗法、细胞疗法、神经营养因子和神经保护、视网膜假体、光遗传学等，有望使失明患者恢复部分视力。

5 结语

目前IRD的基因诊断和基因治疗在全球范围内蓬勃开展，这对于鉴定不同国家和种族人群常见的致病基因、变异和表型具有重要意义，也为治疗这些人群中的IRD患者提供了可能性。同时，在这个过程中有可能发现更多的IRD致病变异，进一步加深对IRD的认识，开发更多的治疗方法。目前，我国学者在IRD诊断和治疗领域给予了越来越多的重视，不论是基因诊断还是基因治疗抑或干细胞治疗，都取得了巨大进展。纵观全球，IRD治疗的未来已来，可以期待现有的临床试验以及目前正在研究的治疗方法，将在未来5～10年为IRD患者带来崭新的治疗机遇。