新突破！鹼基編輯可恢復遺傳性視網膜疾病損害的視覺功能

遺傳性視網膜疾病（IRD）是由250多種不同基因的突變引起的一組致盲性疾病。Leber氏先天性黑蒙症（LCA）是IRD最常見的一種，多數LCA患者在整個兒童時期都會有嚴重的視力障礙，隨著視網膜的進行性變性，中年時則會完全失明。目前尚無高效的治療選擇。

2017年，美國食品藥品監督管理局（FDA）批准了第一種針對RPE基因中具有雙等位基因突變的LCA患者的基因療法，即使用腺相關病毒（AAV）將正確的RPE65基因傳遞到視網膜中行使功能。臨床試驗表明，治療第一年視覺功能有所改善，但長期效果會下降。研究人員猜測這可能是由於AAV載體的遞送的轉基因表達水平隨時間下降了，或者RPE65蛋白缺乏引起的視網膜變性對外源表達的RPE65蛋白產生了抵抗力。

2020年10月19日，來自美國加利福尼亞大學和凱斯西儲大學的研究團隊在《Nature Biomedical Engineering》上發表了題為Restorationof visual function in adult mice with an inherited retinal disease via adeninebase editing的研究成果，其利用腺嘌呤鹼基編輯器（ABE），克服了CRISPR-Cas9系統的脫靶突變、低編輯效率等障礙，成功糾正基因突變，恢復了患有遺傳性視網膜疾病的成年小鼠的視覺功能。

DOI: 10.1038/s41551-020-00632-6

研究人員以RPE65基因的3號外顯子上發生單鹼基突變，導致該可再生11-順式視黃醛和視色素的蛋白無法表達的rd12小鼠作為LCA臨床相關模型進行研究。其首先在體外細胞中評估了以同源重組修復（HDR）的方式實現對突變位點的修復，結果發現HDR的效率僅為0.03%，不能恢復RPE65的功能和改善疾病表型。

之後，研究人員嘗試向視網膜下遞送ABE，通過將RPE65基因互補鏈上的A轉換為G的方式，以更高的精度和最小的脫靶率來糾正該病理突變。其設計出密碼子優化後的帶有sgRNA-A5，sgRNA-A6的ABE變體（ABEmax），並通過rd12細胞系驗證了ABE的密碼子優化可以產生更穩定和更高的蛋白表達，ABEmax具有更強的鹼基編輯效率，可以最小的脫靶率糾正無義突變。

體外驗證ABE對Rpe65突變校正率

然後研究人員生產了三種慢病毒載體，將sgRNA和ABEmax通過注射遞送至小鼠視網膜的色素上皮層（RPE）組織進行表達，以評估該鹼基編輯方法的功效。注射五周後，研究人員通過蛋白質免疫印跡法檢測了處理和對照小鼠眼中RPE65蛋白的恢復情況。結果發現，帶有sgRNA-A5，sgRNA-A6的ABEmax的處理使小鼠成功表達了定位正確的RPE65蛋白。對每隻眼睛的矯正細胞百分比進行分析，發現A5和A6處理分別矯正了32％和17%的細胞。

視網膜下遞送ABE可以糾正rd12小鼠的突變，恢復RPE65的表達

為了進一步量化其矯正效率，研究人員對小鼠RPE組織中分離的DNA進行了高通量測序。結果表明，sgRNA-A5的ABEmax處理的最大矯正率可高達29％，sgRNA-A6的ABEmax最大矯正率可達11％。通過染色體外環狀DNA測序（CIRCLE- seq）對sgRNA-A5和A6的脫靶活性進行評估，結果並未檢測到對照RPE組織的背景水平以上的脫靶編輯。

然後研究人員檢測了矯正效率更高的A5處理的rd12小鼠是否可以恢復功能性視覺循環，以進一步評估鹼基編輯的治療效果。結果發現，經A5處理的rd12小鼠眼睛在完全黑暗適應後顯示出11-順式視黃醛的大量生成，視覺周期得以恢復，且新生成的11-順式視黃醛可在閃光刺激後立即光異構化為全反式視黃醛，產生視覺。此外，該基因編輯處理的小鼠也被驗證了可以恢復其視網膜細胞和視覺功能，從視網膜到初級視覺皮層的視覺通路的功能完整性以及皮層反應也得到了恢復。

鹼基編輯後rd12小鼠視覺周期和視網膜功能的恢復

該研究的通訊作者Krzysztof Palczewski表示：「在這項概念驗證研究中，我們提供了基因編輯在矯正引起遺傳性視網膜疾病的突變和恢復視覺功能方面的臨床潛力的證據。在接受基因編輯治療後，我們研究的小鼠可以根據方向，大小，對比度以及時空頻率來區分視覺變化，這些結果非常令人鼓舞，這代表著遺傳性視網膜疾病治療方法的重大進步」。

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參考資料：

[1] Restoration of visual function in adult mice with an inherited retinal disease via adenine base editing.

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