Jakub Kralik，Michiel van Wyk等 2022.10.20 发表于 Nature Communications Biology
摘要
可恢复视力的光遗传学基因疗法正在临床实验中。虽然目前的一些临床方法靶向的是神经节细胞，即视网膜的输出神经元，但新的分子工具能有效地靶向双极细胞，即视网膜第一级中间神经元，并有可能恢复更高质量的视力。本文研究了靶向双极细胞的光遗传学基因疗法对盲小鼠治疗后的视网膜信号传导过程和行为视觉。文中所有被测试的光基因学工具，包括中波视蛋白、Opto-mGluR6(译者：两种自体的视网膜蛋白合成的一种嵌合感光蛋白，一般用于光通门控) 和两个新的基于黑视蛋白(译者:一种神经节细胞蛋白，能与光发生反应并传给机体生物钟)的嵌合体，都恢复了视力和对比敏感度。这其中，表现最好的视蛋白是一种黑视蛋白-mGluR6的嵌合体，在某些情况下它能恢复到与正常动物相匹配的视力和对比敏感度。神经节细胞的光反应对于不同类型的感受野都很强健，推断出精细的内部视网膜信号。我们的研究结果强调了靶向双极细胞的光遗传学在晚期RP患者中可恢复高质量视力的潜力。
介绍
光遗传学已经迅速进入临床实验阶段了，与替代基因疗法不同的是，治疗光感受器退行疾病的光遗传学疗法可适用于所有的基因突变类型，能让视网膜内剩余的细胞对光恢复敏感。该疗法唯一的先觉条件是要有存活的内部视网膜神经元。有研究表明，这种内部神经元，特别是双极细胞，可以在光感受器细胞(译者:视杆和视锥细胞)死亡多年后仍保持完整，光遗传修复研究进一步证明它们在功能上也是完整的。
当下的光遗传学临床实验(GenSight公司的NCT03326336，RetroSense公司的NCT02556736和Bionic Sight公司的NCT04278131)都是将通道视紫红质(ChR)变体蛋白这种自然光敏蛋白引入神经节细胞，将它们变成直接的光接受器。然而，人类对图像的大量处理工作是在神经节细胞突触前的双极细胞和无长突细胞网络中完成的。视网膜内部的电路会将视觉场景分解为大约30个通道去并行的编码，比如亮度、局部对比度和定向移动等信息。如果将神经节细胞转化成直接的光感受器，那么前述的视觉信息的并行处理部分就被绕过去了。
双极细胞是接受光感受器输出的第一层细胞，所以随着光感受器细胞慢慢退化死亡，双极细胞就成为了视网膜层次结构中的第一层幸存的细胞。靶向双极细胞来做直接的光遗传学刺激，可以保留双极细胞后面的神经节细胞的感受野，所以与靶向神经节细胞的方法相比，它有可能恢复更高质量的视力。
最新开发的合成AAV以及给光双极细胞特异性启动子，为靶向给光双极细胞的光遗传学疗法铺平了道路。截止目前，给光双极细胞中表达的天然视蛋白和工程视蛋白都成功的恢复了视网膜的光反应。这种方法的一个关键优势是和通道视紫红质光敏蛋白相比，代谢型受体G蛋白偶联受体天然的信号放大功能使光敏感度高了1000倍。我们在给光双极细胞中成功的表达了视紫红质蛋白3以及中波视锥蛋白以恢复视力。这两种蛋白不仅自然的激活了光感受器中的Gt转导蛋白，而且还激活了相同G蛋白家族的Gao蛋白。为了优化给光双极细胞中Gao蛋白的信号通路，我们设计了一种黑视蛋白的嵌合体，可以成功的将其Gaq蛋白趋性转化成mGluR6的蛋白趋性。
这里我们阐明了靶向给光双极细胞的Opto-GPCR嵌合体在恢复视力方面的完整潜力，本文测试的所有视蛋白都表现出了功能性，都可以在视网膜、皮质和行为这些级别上恢复视力。与视网膜退化相关的病理生理变化，在恢复神经节细胞的光反应中，引入了一些“迟缓”。然而，我们发现靶向给光双极细胞的光遗传学疗法可能让盲小鼠恢复到正常小鼠的视力和对比敏感度的水平。最近有报道称，一名患者在接受了针对神经节细胞的一种通道视紫红质变体的治疗下，成功的实现了目标定位。与之相比，本项研究中令人鼓舞的结果预示着，靶向给光双极细胞的光遗传学基因疗法能够帮助患者恢复更高质量的视力。
注：Nanoscope Therapeutics公司主导的的光遗传学AAV基因疗法候选产品—多特征视蛋白MCO-010正在开展关于RP和Stargardt的多项临床实验，这也是一种一次性玻璃体内注射给药，靶向双极细胞的方法，具有宽带光敏感和无光毒性等优点，可让患者在不同颜色的环境中恢复视力。10月13号获得FDA快速通道资格认定，目前RP的临床实验NCT04945772已经进入2b期，计划于2023年第一季度公布临床结果
本文章由 藏帝智海 翻译，在此对他表示感谢！
https://www.nature.com/articles/s42003-022-04016-1 |
