揭秘视网 “黑匣子”：从视网膜类器官解锁 Stargardt 病基因密码与诊疗新希望

为解决 Stargardt 病（STGD1）部分病例基因未明确及治疗手段缺乏的问题，英国纽卡斯尔大学等机构研究人员开展相关研究。他们用患者来源的视网膜类器官揭示基因型 - 表型关联等。推荐阅读，助您了解眼科疾病研究新进展。

　　

在眼科疾病的世界里，有一种疾病如同隐匿在黑暗中的 “视力窃贼”，悄无声息地偷走患者的光明，它就是 Stargardt 病（STGD1）。这是一种遗传性视网膜疾病，每 8000 人中大约就有 1 人会受到它的困扰。它主要由 ABCA4 基因的双等位基因突变引起，这个基因在视网膜中起着至关重要的作用，就像视网膜细胞里的 “管家”，负责回收视黄醛，保证视觉循环的正常运转。

然而，目前针对 Stargardt 病的治疗手段还十分有限，就像面对狡猾的 “敌人”，却没有足够的武器。更让人头疼的是，大约 35% 的 STGD1 病例在基因层面上仍然是个谜，医生们找不到确切的致病原因，这就好比在黑暗中摸索，找不到前进的方向。

为了揭开 Stargardt 病的神秘面纱，来自英国纽卡斯尔大学等多个机构的研究人员踏上了探索之旅。他们的研究成果发表在《Cell Death and Disease》期刊上，论文题目是 “Unravelling genotype - phenotype correlations in Stargardt disease using patient - derived retinal organoids” 。通过一系列研究，他们发现了许多重要的结论，这为治疗这种疾病带来了新的希望，就像在黑暗中点亮了一盏明灯。

在研究过程中，研究人员运用了多种先进的技术方法。他们利用诱导多能干细胞（iPSCs）技术，将患者的体细胞重新编程为具有多向分化潜能的干细胞，就像是把普通士兵训练成了全能特种兵，这些干细胞可以分化成视网膜类器官（ROs）。同时，他们还借助单细胞 RNA 测序（scRNA - Seq）技术，深入细胞内部，了解基因的表达情况，如同打开了细胞的 “信息宝库”。此外，全基因组测序（WGS）和长读长 RNA 测序（LRS）技术帮助他们寻找隐藏在基因中的秘密，准确识别患者的基因变异。

下面，让我们来详细看看他们的研究成果：

STGD1 iPSCs 产生表达 ABCA4 的视网膜类器官

研究人员从两名单等位基因未解决的迟发性 STGD1 患者（PT1 和 PT2）以及一名双等位基因受影响的对照者（AC）身上获取细胞，通过一系列复杂的操作，成功获得了他们的 iPSCs。这些 iPSCs 就像神奇的 “种子”，在合适的条件下可以分化成各种细胞。研究人员利用两种常用的方法，将这些 iPSCs 诱导分化为视网膜类器官（ROs）。在分化过程中，他们就像细心的园丁，时刻观察着 “种子” 的成长。通过显微镜观察和免疫组化检测，他们发现 ROs 在 220 天的分化过程中逐渐发育成熟，形成了各种关键的视网膜神经元，包括光感受器、视网膜神经节细胞、双极细胞等。而且，ABCA4 在这些光感受器细胞中表达，并且其表达水平和强度与患者的基因型和表型相关，这就像是找到了一把连接基因和疾病表现的 “钥匙”。

光感受器错误定位以疾病和光感受器细胞特异性方式发生

在 ROs 的发育过程中，研究人员发现了一个有趣的现象：早在分化的第 120 天，STGD1 患者来源的 ROs 中就出现了光感受器细胞（REC）的错误定位。这些细胞原本应该像训练有素的士兵一样，整齐地排列在特定的位置，但在患者的 ROs 中，它们却 “擅自离岗”，大量聚集在 ROs 的中心区域。而且，这种错误定位的程度与疾病的严重程度相关，病情越严重，光感受器细胞的 “混乱” 程度就越高。研究人员通过定量分析发现，与野生型相比，患者样本中 OPN1MW/LW?锥状光感受器和部分 RHO?杆状光感受器的位置明显异常，这表明光感受器错误定位与疾病之间存在着紧密的联系，就像一对形影不离的 “伙伴”。

STGD1 光感受器中应激反应上调

为了弄清楚光感受器错误定位背后的机制，研究人员进行了 scRNA - Seq 分析。这就像是给细胞做了一次全面的 “体检”，深入了解细胞内基因的活动情况。他们发现，STGD1 患者的光感受器细胞中，细胞周期相关的基因表达发生了变化，同时，参与应激反应的基因网络也出现了广泛的失调。像 mTOR 信号通路、线粒体功能障碍、氧化磷酸化等与应激反应相关的通路都被激活了，这表明细胞处于一种应激状态，就像一个人在面对巨大压力时，身体会做出各种反应一样。而且，光转导通路也受到了影响，这进一步证明了 ROs 是研究 STGD1 分子病理的合适模型。

通过全基因组测序揭示 STGD1 单等位基因迟发性病例的双等位基因解析

之前，PT1 和 PT2 这两名患者的基因情况一直不明确，就像被迷雾笼罩着。研究人员决定运用 WGS 策略和长读长 RNA 测序技术来揭开这层迷雾。经过仔细的分析，他们成功找到了 PT1 和 PT2 患者缺失的等位基因。PT1 被发现是 c.5603 A > T 变异的纯合子，而 PT2 则携带一种罕见的低表达变异 c.4685 T > C。这一发现就像是找到了打开疾病基因大门的 “密码”，让我们对患者的基因情况有了更清晰的认识。

LRS 证实 PT1 和 PT2 的解析基因型

研究人员还对 RNA 进行了测序，进一步验证了 WGS 的结果。他们发现，虽然 PT2 是 c.5603 A > T 变异的杂合子，但大部分 RNA 测序读数都显示存在该变异，这表明可能存在等位基因特异性表达（ASE）。此外，对于新发现的 c.4685 T > C 变异，由于 RNA 降解等原因，其在测序读数中的出现频率较低。这些发现让我们对基因表达的复杂性有了更深入的了解，就像发现了一座隐藏在基因表达背后的 “神秘宝藏”。

STGD1 ROs 能够重现功能性剪接缺陷

研究人员利用 LRS 数据对 ABCA4 基因中 c.5461 - 10 T > C 变异的功能进行了研究。他们发现，STGD1 ROs 能够重现该变异在文献中报道的剪接模式。PT1 中存在内含子保留的读数，并且患者类器官中该变异导致的外显子 39 和 40 的跳过程度不同，这表明 STGD1 ROs 可以在体外重现视网膜特异性的 ABCA4 剪接模式，为研究该疾病的发病机制提供了重要的依据，就像搭建了一座通往疾病真相的 “桥梁”。

综合这些研究结果，研究人员成功解析了之前单等位基因 STGD1 病例的基因型，这使得这些患者有机会参与新兴治疗的临床试验，就像给他们打开了一扇希望之门。而且，他们证明了在体外可以建立基因型 - 表型的相关性，这对于药物开发、体外毒理学研究和进一步的疾病建模至关重要。虽然这项研究取得了重要进展，但仍有一些问题需要进一步探索，比如光感受器错误定位的具体机制、应激信号通路改变的详细过程等。不过，这项研究为后续的研究奠定了坚实的基础，就像为攀登疾病研究高峰搭建了坚固的 “阶梯”。相信在未来，随着研究的不断深入，我们将能够更好地理解 Stargardt 病，开发出更有效的治疗方法，帮助那些受疾病困扰的患者重见光明。