Stem Cell Reports：「尿」出來的「雞盲眼」視網膜類器官，基因剪刀來「治癒」

2018年3月8日，溫州醫科大學「眼視光學與視覺科學」國家重點實驗室金子兵教授課題組在Cell系列子刊《Stem Cell Reports》雜誌（一區TOP期刊）在線發表了題為「基於視網膜色素變性患者iPS細胞進行基因修復成功逆轉分化類視網膜的纖毛病變」（Gene correctionreverses ciliopathy and photoreceptor loss in iPSC-derived retinal organoidsfrom retinitis pigmentosa patients）研究論著（Article）。該研究利用視網膜色素變性（retinitispigmentosa，RP）病人的100-300mL尿液樣本建立了誘導多能幹細胞（inducedpluripotent stem cell，iPSC），並分化成病人特異的三維視網膜類器官（3D retinalorganoids），進而在培養皿中成功模擬了疾病視網膜的纖毛病變和感光細胞喪失。運用CRISPR/Cas9基因編輯技術修復患者的基因突變後，發現在基因表達譜、蛋白水平及細胞電生理特性等方面能成功阻止了病變的發生。

RP是成年人中途失明的重要病因。雖然其致病基因多達85個，但僅僅RPGR一個基因的突變就導致了多達16%患者罹患此病。RPGR在感光細胞中主要存在於連接纖毛處，負責從內節運輸視蛋白至外節，以此產生光電反應。以往研究該疾病主要使用基因突變小鼠和犬類模型，但由於這些動物跟人類種屬不同，基因型表型間存在諸多差異，不能很好的詮釋人類RPGR基因突變所造成的RP進程；再者RP患者視網膜的標本本身難以取得，這無疑給機制的研究造成了困難。針對以上難題，獲得病人特異性iPSCs，將其立體分化以此模擬病人自體視網膜的發育和疾病發生髮展，是研究此病機制和治療的最佳途徑。

文中三個病人的iPSCs均重編程自尿液里脫落的細胞，安全無創的方法使病人依從性更佳。在正常分化三維視網膜中，長達35周的培養使其具備延長的視錐、視桿細胞外節，並擁有感光細胞特有的電生理特性。然而RPGR病人的3D視網膜視錐視桿細胞均顯著減少，且存活的視桿細胞中還存在大量異常形態並分布紊亂。RNAseq數據分析發現病人組感光細胞相關的轉錄組表達量均顯著降低；膜片鉗數據也顯示，病人3D視網膜喪失了感光細胞的電生理特性；而且，纖毛長度在病人的iPSCs、視網膜色素上皮細胞和感光細胞中都顯著變短。採用CRISPR/Cas9修復RPGR突變後，基因修復組分化的3D視網膜感光細胞在轉錄組、蛋白表達、電生理特性上都得到了挽救，纖毛長度也恢復了正常。這從概念上對基因修復進行了驗證，修復致病基因RPGR的確可以治癒其引起的RP疾病。

基因修復的細胞能用作視網膜再生治療；雞盲眼視網膜類器官可以促進RP的新葯研發。據悉，該課題組已經建立了較大規模的「夜盲症」病人iPS細胞庫，今後將繼續擴大疾病iPSC庫規模，並在細胞和分子水平致病機理挖掘、藥物篩選和新葯研發方面展開更多的研究.

溫州醫科大學金子兵課題組的博士生鄧雯麗和助理研究員高美玲為本文共同第一作者，金子兵教授為通訊作者。參與此項研究工作的還有溫醫大雷新蘭（現單位：武漢大學人民醫院）、呂技能、何凱文、夏茜茜、陳煜晨、李燕萍、潘登，以及中國科技大學黎凌雲碩士生、趙歡副教授、薛天教授在膜片鉗實驗方面的支持。本項目主要在國家自然科學基金優秀青年科學基金、科技部幹細胞及轉化研究重點研發計劃、國家自然科學基金重大項目、浙江省自然科學基金重大項目、溫州市科技創新團隊等課題資助下完成。

致謝本文的模式圖繪製者碩士生金颸倩和陳珍姬。

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