1 位患者与 3 个敲除克隆建立两类比较
英国 MeiraGTx 与大学、医院团队在 International Journal of Molecular Sciences 建立 KCNV2 缺陷视网膜类器官,用于基因治疗载体选择。KCNV2 编码电压门控钾通道调节亚基 Kv8.2;它与其他钾通道亚基形成复合体,参与杆、锥光感受细胞对光刺激的调节。
患者模型来自 1 位携带纯合无义变异 c.778A>T、p.Lys260*的男性,团队将其血细胞重编程为诱导多能干细胞(iPSC)。另一组以健康男性新生儿皮肤成纤维细胞重编程,并同时进行基因编辑,获得 K5、K12、K28 这 3 个 KCNV2 敲除克隆及同遗传背景对照。患者模型保留致病遗传背景,敲除与对照则帮助减少背景差异。
缺陷模型均未检出 Kv8.2 蛋白,但 KCNV2 转录本仍有残留。第 180 天的敲除类器官没有出现外核层变薄或锥细胞数量减少;第 280 天敲除与对照外核层厚度也无显著差别。作者将它们用于较早期的细胞状态和递送研究。
密码子、启动子和衣壳组成 8 种载体
研究把原始与密码子优化 KCNV2 序列、广泛活跃的巨细胞病毒增强子/鸡β-肌动蛋白(CAG)启动子与光感受细胞相关视紫红质激酶(RK)启动子、AAV5 与工程化 AAV7m8 衣壳两两组合,得到 8 种腺相关病毒(AAV)载体。在第 130–150 天类器官中,每个加入 3 × 10¹¹ 个病毒基因组,3 周后测蛋白表达和定位。
AAV7m8 整体表达高于 AAV5,CAG 组高于 RK 组,密码子优化进一步提高蛋白量。最高表达组合 AAV7m8-CAG-optiKCNV2 的外核层 Kv8.2 荧光约为同龄健康对照的 74%。
团队还用原位近邻连接测定(PLA)观察 Kv8.2 与 Kv2.1 的相互作用信号。CAG 组合和 RK 优化序列组合的信号接近对照,支持新表达的 Kv8.2 可与原有通道亚基结合。作者据此评价蛋白组装,但该模型对疾病特异电生理表型的辨别仍待完善。

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单细胞分析显示 CAG 覆盖更广,RK 表达更集中
单细胞 RNA 测序另用 AAV7m8 优化序列载体,每类器官 1 × 10¹¹ 个病毒基因组,处理 5 周。敲除项目与患者项目独立开展,分别约在第 280 天和第 205 天取样;每个测序样本为 1 个类器官,2 个项目分别与相应对照比较。
在整类器官层面,RK 组的转基因 RNA 阳性比例为敲除模型 12.5%、患者模型 15.5%,CAG 组分别为 45.0%、55.2%。CAG 在水平细胞、无长突细胞等多个细胞群中也有表达;RK 使表达主要集中在杆、锥光感受细胞,但较年轻患者类器官的 Müller 胶质细胞也出现转基因阳性。
2 个 RK 组类器官样本的杆细胞和锥细胞阳性比例均约为 21%;单个阳性细胞的表达量在杆细胞更高,但杆、锥差异仅在患者 RK 样本中达到显著性。作者认为胶质细胞表达差异可能与类器官发育阶段有关,因此载体评价同时需要考虑培养年龄和细胞类型。
转录改善与靶细胞定位共同支持候选选择
研究先找出敲除与患者模型相对各自对照、方向一致的异常基因,再判断递送后是否向对照改善至少 20%。杆细胞 210 个异常基因中有 32 个达到这一条件,锥细胞 152 个中有 34 个,分别约为 15% 和 22.4%。
杆细胞改善基因富集于凋亡、缺氧及线粒体膜通透调节等过程。锥细胞也有氧化应激、凋亡和突触相关基因接近对照,但改善基因集合的通路富集未达显著性。作者认为这些转录变化支持早期细胞应激有所缓解。
作者最终选择由 RK 启动子驱动的优化 KCNV2 载体序列,在评价中重视靶细胞表达与通道亚基组装的协调。类器官仍接近较晚胎儿发育阶段,未呈现患者中可见的光感受细胞丢失,后续治疗研究需要结合功能和体内评价。