2025年3月
作者：Liam Drew
罗宾·麦考伊 50 岁时被诊断出视网膜色素变性（RP），这种疾病遗传自她的母亲。该疾病会导致视网膜的感光细胞（视杆细胞和视锥细胞）死亡或停止对光作出反应。
首先，随着视杆细胞退化，麦考伊的夜视能力下降。然后，随着视锥细胞的退化，她的日间视力也开始下降。她出现了管状视野，这种情况随着时间的推移越来越严重。
麦考伊的验光师告诉她，她已经是法定盲人了——那是 2019 年，当时麦考伊 58 岁——那天，她开车去了验光师的办公室。那是她最后一次开车。第二年，她撞上了一辆停着的、她根本没看见的车，摔断了手，之后她开始使用拐杖。
研究人员正在探索几种策略，以阻止视网膜色素变性的发展或恢复患者的视力，麦考伊开始申请加入临床试验。她对他们测试的方法并不挑剔。“我真的不在乎，”她说。“我只是不想完全失明。”
在一次充满希望的电子邮件咨询后，麦考伊第二天收到了回电。电话是纽约市威尔康奈尔医学院的神经科学家希拉·尼伦伯格打来的。尼伦伯格正在通过 Bionic Sight（一家总部位于纽约的初创公司，于 2019 年从她的学术工作中诞生）对一种名为光遗传学疗法的技术进行早期临床试验。
该项目旨在通过将光敏蛋白引入幸存的视网膜细胞来克服感光细胞的损失或功能障碍。根据目标细胞的不同，这将恢复它们对光的自然反应，或通过使通常对光不敏感的视网膜神经元对照明作出反应来创建新的视觉通路。
2024 年 2 月，麦考伊来到纽约长岛的一家诊所，右眼注射了一种无害的转基因病毒。那时，她的视野只有 5 度，她觉得这就像通过两根吸管看世界一样。
在与尼伦伯格进行为期九个月的随访时，麦考伊欣喜若狂：“几年前我的视力变得很差，我无法阅读一本正常的书。现在——太疯狂了——我可以坐在圣地亚哥的海滩上再次读书了。”那一周，她得知自己的视野已经扩大到 30 度。在验光师的缩小字母表上，她的视力增加了两行。她在穿过尼伦伯格实验室地板上铺着的瓷砖迷宫方面取得了巨大进步。她说：“起初我在最暗的光线下花了一分钟多的时间才穿过迷宫，我犯了四个错误。现在我 30 秒就能穿过迷宫，没有错误。”
试验的更广泛结果尚未公布，但今年 1 月，美国食品药品监督管理局 (FDA) 将这种疗法指定为“再生医学先进疗法”，这应该会加速其发展。这标志着 20 年来 RP 光遗传疗法研究迈出了重要一步。临床试验此前的成功程度喜忧参半，有几家公司退出了该领域。
现在，许多学术和行业研究人员正在与 Nirenberg 的研究同步研究该想法的变体。差异包括引入哪种光敏蛋白；将这种蛋白置于哪些细胞中；以及是否使用辅助技术（如护目镜）来提供精确的闪光以更好地激活蛋白质。“这是许多科学领域的融合，”宾夕法尼亚州匹兹堡大学的眼科医生 José-Alain Sahel 说。
在此背景下，尼伦伯格的成功令人吃惊。麦考伊和其他参加Bionic Sight试验的人的视力改善超出了人们对于这项正在进行的简单试验的预期。尼伦伯格自己最初也感到困惑。她说：“它以一种我无法理解的方式工作，它让我彻夜难眠，思考‘它为什么会起作用？’”
正确的做法
RP 是由 80 多个基因的数百个突变引起的遗传疾病，防止携带者失明可能需要针对每种类型制定个性化治疗方法。然而，光遗传疗法旨在恢复失去的视力，因此可以帮助任何患有 RP 的人。
光遗传学疗法起源于密歇根州底特律韦恩州立大学视觉神经学家潘卓华的实验室。他说，当他于 1999 年搬到那里时，人工电子植入物是视力恢复工作的宠儿。但在观察到 RP 中一些视网膜神经元得以保留后，潘卓华认为，通过使幸存的细胞对光敏感，可能可以产生更高分辨率的视觉信号。“这个想法非常简单，”他说，但当时没有人知道如何做到这一点。
2003 年，德国科学家描述了通道视紫红质，这种蛋白质在绿藻细胞膜上形成通道，并被蓝光激活。通道视紫红质彻底改变了实验神经科学，使研究人员能够通过将神经元暴露于光脉冲来激发神经元。然而，对于潘卓华来说，它正是测试其视力恢复理论的合适分子。
他将通道视紫红质基因装入一种针对神经元的病毒中，并将其送入盲鼠的眼睛。潘卓华不仅发现该蛋白质使视网膜神经元对蓝光闪烁作出反应，而且还发现信号传到了啮齿动物的视觉皮层。
这是一项至关重要的概念验证。但要将光遗传学转化为有效的治疗方法，还需要进行改进。其中的关键是确定哪些细胞应该对光敏感。
尼伦伯格说：“人们认为眼睛就像照相机，视网膜只是背面的胶片，但事实并非如此——它是一个小型的图像处理装置。”这种处理是由细胞网络实现的（见“靶向定位问题”）。
视网膜中主要的感光细胞是视杆细胞和视锥细胞。当光线照射到它们身上时，这些感光细胞会受到抑制，从而改变它们传递给一层称为双极细胞的神经元的信号。开启的双极细胞被光激活，而关闭的双极细胞则被光抑制。这些细胞的相反功能有助于视网膜检测边缘和对比度，从而更好地区分物体。
然后双极细胞会驱动视网膜神经节细胞的活动，这些神经节细胞的长轴突形成视神经，而它们的放电模式会传输到大脑。接收来自两种双极细胞的信号使视网膜神经节细胞能够对视觉世界中的复杂特征做出反应。
光遗传学研究人员面临的一个核心问题是，这些不同的细胞中的哪一个应该接受外来的光敏蛋白。瑞士巴塞尔大学的神经科学家 Botond Roska 解释说，干预越接近光感受器，保留的视网膜信号处理就越自然。理论上，恢复高敏锐度日间视力的最佳选择是将抑制性光敏蛋白靶向失去光敏性的存活视锥细胞——但患有 RP 的人可能只剩下很少的视锥细胞可供使用。
罗斯卡表示，下一个最佳方案是将一种兴奋性光感应蛋白（如通道视紫红质）放入 ON 双极细胞中，但由于需要让 OFF 双极细胞保持原状，因此操作起来比较复杂。“我们不想同时激活 ON 和 OFF 细胞，因为这在自然界中永远不会发生。”
最后一种选择是将通道视紫红质放入视网膜神经节细胞中，这样光线就可以直接激活它们。然而，这跳过了视网膜在此之前通常会进行的所有复杂信号处理。罗斯卡说，再加上视网膜中神经节细胞的物理排列，这大大限制了可以实现的视觉丰富度。
他在小鼠身上的研究证实了这一点。2008 年，罗斯卡证明，将通道视紫红质引入视紫红质小鼠模型的视黄酸双极细胞中，可以恢复视力。2010 年，他证明，将抑制性光传感器插入视锥细胞中，可以恢复更高敏锐度的视力。
但急于在临床上尝试这一疗法的研究人员面临着一个重大障碍。尽管存在针对人类视网膜神经节细胞的病毒，但针对人类视神经双极细胞或视锥细胞的病毒却不存在。
所输送的光敏蛋白也存在问题。视锥细胞产生彩色视觉，因为它们各自包含三种不同的传感器，分别对红光、绿光或蓝光作出反应。相比之下，通道视紫红质只能被蓝光激活，这限制了单色视觉的最佳结果。
更令人担忧的是，通道视紫红质对它所响应的光强度很挑剔。潘卓华说：“当你把通道视紫红质放入人眼时，你必须使用非常非常明亮的光线。”动态范围也很有限。激活通道所需的光强度与饱和通道所需的光强度之间只有 100 到 1000 倍的差异。相比之下，视锥细胞对强度范围的反应要大几个数量级，这对于让人们在昏暗和明亮的条件下都能看到东西至关重要。
这些问题促使人们努力通过生物工程改造通道视紫红质衍生物，使其不受这些限制。所得到的蛋白质对不同波长和较低强度的光敏感，但迄今为止，还没有一种方法能够改善蛋白质的动态范围。
为了弥补这一缺陷，一些研究人员开始使用可穿戴技术。例如，一些光遗传学疗法需要使用护目镜，其中装有指向外界的摄像头和指向佩戴者眼睛的光发射器。该设备将其看到的东西转换成正确波长和强度的闪光，以最大限度地激活插入的蛋白质。其他研究则使用护目镜，它只是调节进入眼睛的光量并将其保持在蛋白质的功能范围内。要发现哪种细胞类型、感光蛋白和辅助技术的组合效果最好，就需要人类志愿者参与测试。
临床试验很重要
尽管商业兴趣不断涌现，并在 2010 年代中期进行了一些初步试验，但迄今为止唯一发表的光遗传学临床结果是 2021 年的一份报告，报告涉及巴黎 Gensight Biologics 的一项试验的一名参与者。Gensight 与 Roska 和 Sahel 合作，以视网膜神经节细胞为目标，并引入了一种名为 ChrimsonR 的通道视紫红质衍生物，它对琥珀色光敏感。这种光对眼睛的伤害小于蓝光，该公司使用护目镜将记录的图像转换为琥珀色闪光。
这位两年前完全失明的志愿者恢复了一些基本的点状视力。萨赫勒说：“一开始，他们看到的是星空，然后他们必须把点对齐，并理解它们的含义。”随着时间的推移和训练，这位志愿者学会了识别、计数和拿起摆在他面前的物体。然而，用如此有限的视觉信息在陌生的房间里行走实在是太困难了。
罗斯卡目前正在准备一份完整的报告，他说，这项试验涉及 15 名参与者，他们的反应各不相同。但他认为这是一个重要的证明，表明大脑可以理解像光敏视网膜神经节细胞产生的信号这样不自然的信号。
潘卓华、罗斯卡和萨赫尔都在改进他们的技术。潘卓华开发了一种对光更敏感的通道 CoChR3M，它可以让盲鼠在环境光下看东西。加州伯克利的 Ray Therapeutics 公司正在进行临床试验，以评估它是否对人类的视网膜神经节细胞有类似的效果。
潘卓华也在寻找针对双极细胞的方法，罗斯卡也是如此，他利用一种在人类死亡后视网膜任能存活数周的技术，以筛选专门针对双极细胞或视锥细胞的病毒和启动子。他对研究结果感到兴奋，该研究结果表明，将抑制性光敏蛋白引入视锥细胞可以重建视网膜对各种光刺激的全部反应。
罗斯卡表示，他的团队已经证明，大约 60% 的 RP 患者保留了大量的视锥细胞，这表明大多数患有这种疾病的人都可以从靶向视锥细胞的光遗传学疗法中受益。这是新成立的巴塞尔公司 Rhygaze 的目标，罗斯卡预计将在三年内通过该公司开始临床试验。
一家公司声称自己走在了前面。去年 10 月，位于德克萨斯州达拉斯的 Nanoscope Therapeutics 宣布，其对 18 名 RP 患者进行的光遗传学治疗随机试验取得了成功。该公司表示，利用一种称为多特性视蛋白的通道视紫红质衍生物，成功瞄准了 ON 双极细胞，10 名参与者的视力得到了显著改善。
Nanoscope 已在会议上展示了其研究成果，但罗斯卡和萨赫尔对该公司尚未在同行评议期刊上发表详细数据感到失望。尼伦伯格对所报告的视力改善程度并不满意。该公司没有回应《自然》杂志的评论请求。
寻求答案
尼伦伯格表示，在向 FDA 提交数据后，她正在准备一篇论文，介绍麦考伊和其他人在 Bionic Sight 正在进行的试验中取得的惊人进步。
当尼伦伯格首次构思她的光遗传学策略时，定制设计的护目镜是其中的基本组成部分。她的目标是视网膜神经节细胞，她认为如果这些细胞对光敏感，那么设备就可以将相机图像转换成编码闪光，激活这些细胞并向大脑发送看似自然的信号。
但目前，这些护目镜被搁置了。麦考伊说：“我试戴了它们，它们还不错，但我不需要它们。”
更多来自《自然展望》
尼伦伯格认为，在那些获益最多的试验参与者中，引入的一种名为 chronos 的通道视紫红质衍生物正在增强残余视网膜活动。参与者一开始并不是完全失明，这表明他们保留了一些功能性光感受器。尼伦伯格认为他们的视网膜回路仍在工作，但太弱，无法激活大多数视网膜神经节细胞，导致视力严重下降。她说，将 chronos 蛋白放入视网膜神经节细胞中可能会刺激它们，使更多神经节细胞对来自光感受器和双极细胞的剩余微弱输入做出反应，并向大脑发出信号。这个理论在生物学上是合理的，但尼伦伯格不知道 chronos 通道是否对光有反应，或者它的存在本身是否对视网膜神经节细胞具有足够的兴奋作用。
如果情况确实如此，那么为什么在其他试验中没有看到这种效果就不清楚了。也许参与者的残留光感受器活性较少，或者也许所用通道的生物物理特性至关重要。还不确定 RP 的退化过程是否会持续并最终抵消这些视力增益；研究人员必须多年密切监测研究参与者，以了解疾病的进展情况。
随着多种方法正在研究中，并且很快将开展试验来检验每种方法，未来三到五年应该会提供解决许多关键问题的临床数据。尼伦伯格感谢帮助他们实现这一目标的志愿者。“患者是出色的合作者，”她说。“他们是这个过程中的合作伙伴。”
麦考伊也在为他人着想。检测表明，她已将自己的 RP 基因遗传给了她的女儿，她的女儿今年 43 岁，有三个女儿。麦考伊说：“我这么做，不只是为了我自己，也是为了我的女儿、我的家人和我所有的 RP 朋友。”
https://www.nature.com/articles/ ... 8dd7ceb37-499221564 |
