美国国立卫生研究院下属国家眼科研究所(NEI)的研究人员开发了一种基因疗法，可以挽救受一种莱伯先天性黑蒙(LCA)影响的视网膜细胞纤毛缺陷，这种疾病会导致儿童早期失明.使用源自患者的视网膜类器官——培养皿中的视网膜——研究人员发现，一种由NPHP5(也称为IQCB1)基因突变引起的LCA会导致初级纤毛出现严重缺陷，这种结构几乎存在于所有细胞中身体的细胞。他们的体外研究结果揭示了NPHP5蛋白在初级纤毛中的功能，同时也为这种致盲疾病提供了一种潜在的治疗方法。该团队开发了一种腺相关病毒(AAV)介导的IQCB1/NPHP5基因增强疗法，可改善NPHP5-LC视网膜类器官的疾病表型。

“看到小孩子因早发性LCA而失明，真是令人难过，”研究首席研究员、NEI神经生物学神经变性和修复实验室的高级研究员AnandSwaroop博士说。“NPHP5缺乏会导致轻度早期失明，而在更严重的情况下，许多患者还会出现肾脏疾病和视网膜退化。我们设计了一种基因治疗方法，可以帮助预防患有这种疾病的儿童失明，而且通过进一步的研究，这种方法甚至可能有助于治疗这种疾病的其他影响。”

LCA是一种罕见的遗传病，会导致眼睛后部的感光视网膜退化。至少25种不同基因的缺陷会导致LCA。虽然有一种可用的基因疗法可以治疗一种形式的LCA，但所有其他形式的疾病都没有治疗方法。

NPHP5突变引起的LCA类型比较少见。它在所有情况下都会导致失明，而且在许多情况下，它还会导致肾脏衰竭，这种情况称为高级Løken综合征(SLSN)。“编码含有B1的IQ钙调蛋白结合基序的基因突变(IQCB1/NPHP5)是肾-视网膜SLSN的最常见原因，在非综合征性LCA患者中也检测到，作者评论道。“值得注意的是，患有SLSN的患者表现出不同程度的肾功能障碍发作，而在儿童早期观察到视觉功能缺陷并对患者的生活质量产生重大影响，使光感受器成为治疗发展的重要目标。”

在他们的研究中，包括KamilKruczek博士、ZepengQu博士和EmilyWelby博士在内的Swaroop团队在NIH临床中心收集了两名NPHP5缺陷患者的干细胞样本。这些干细胞样本被用于生成视网膜类器官，培养的组织簇具有天然视网膜的许多结构和功能特征。“对于体外疾病建模，我们从NPHP5-LCA患者身上获得了真皮成纤维细胞，这些成纤维细胞被重新编程为诱导多能干细胞(iPSC)，并分化为视网膜色素上皮(RPE)和视网膜类器官，”该团队解释说。

源自患者的视网膜类器官是一种特别有价值的模型，因为它们与患者表现出的基因型和视网膜疾病表现非常相似，并且还为测试治疗干预措施(包括基因疗法)提供了“类人”组织环境。与患者本身一样，研究人员开发的视网膜类器官显示出光感受器缺陷，包括光感受器称为外节的部分缺失。感光器外段是一种特殊类型的初级纤毛，这是一种几乎在所有动物细胞中都能找到的古老结构。

在健康的视网膜中，感光器外节包含感光视蛋白。当外部部分暴露在光线下时，感光器会启动一个神经信号，该信号传输到大脑并调节视觉。

在正常健康的眼睛中，NPHP5蛋白被认为位于初级纤毛底部的门状结构中，有助于过滤进入纤毛的蛋白质。之前对小鼠的研究表明，NPHP5参与了纤毛，但研究人员尚不清楚NPHP5在光感受器纤毛中的确切作用，也不清楚突变如何影响蛋白质的功能。

用AAV-NPHP5治疗患者来源的视网膜类器官可恢复光感受器外段的视紫红质定位。上图：针对DNA(蓝色)、NPHP5(红色)和视紫红质(绿色)染色的维甲酸。下图：被视紫红质染成绿色的类器官感光层的特写视图。改编自Kruczek等人，2022年。[国家眼科研究所AnandSwaroop博士和KamilKruczek博士]

在本研究中，研究人员发现患者来源的视网膜类器官细胞内NPHP5蛋白水平降低，另一种名为CEP-290的蛋白水平也降低，该蛋白与NPHP5相互作用并形成初级纤毛门。CEP-290基因突变是LCA最常见的原因。

此外，视网膜类器官中的感光器外节完全缺失，本应定位于外节的视蛋白却在感光细胞体的其他地方被发现。“CEP290蛋白减少以及纤毛形态异常，为了解NPHP5-LCA发病机制提供了有用的机制见解，”该团队指出。

当研究人员引入含有NPHP5功能版本的AAV载体作为基因治疗载体时，视网膜类器官显示出显着恢复的视蛋白集中在外节的适当位置。研究结果还表明，功能性NPHP5可能稳定了初级纤毛门。“在这项研究中建立的患者特异性视网膜类器官应该有助于进一步剖析光感受器纤毛中的NPHP5功能，”研究人员指出。

作者评论说，使用AAV载体的基因疗法已成为许多遗传性视网膜病的有效治疗方法，有趣的是，先前的研究表明，使用AAV可以改善Nphp5基因敲除小鼠和携带NPHP5突变的自发犬模型的视觉功能载体提供完整的IQCB1/NPHP5编码区。“动物模型提供了重要的体内概念证明，而我们的工作用人类特异性系统补充了这些研究，并评估了体外患者来源组织中光感受器表型的拯救，”该团队总结道。“我们还可以通过AAV介导的基因疗法来挽救视网膜类器官中的光感受器OS缺陷，

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