LCA5 患者来源视网膜类器官分别接受 eupatilin、法舒地尔和两药处理后,图示视紫红质染色与外节测量。
原论文图 6D–F 展示 LCA5 患者来源视网膜类器官中的视紫红质分布与外节测量(Athanasiou 等,CC BY 4.0)。 许可说明

两类人源模型都出现纤毛与外节异常

英国伦敦大学学院(University College London)与荷兰拉德堡德大学医学中心(Radboud University Medical Center)团队,用两条同基因背景的 LCA5 缺失诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cell,iPSC)系建立视网膜类器官,并与 1 名 LCA5 相关先天性黑矇患者的细胞系比较。另有未改动 LCA5 的对照类器官。三类模型都能形成视网膜样结构,让研究者把基因缺失带来的变化与一般分化差异分开观察。

团队在培养第 120、150 和 180 天检查视网膜分化标志;两条基因编辑系与对照都表达主要早期视网膜及光感受器相关基因,而 LCA5 蛋白在缺失系和患者系均未检出。在培养约 200 天的模型中,LCA5 缺失类器官的光感受器外节较短;视紫红质更多留在外核层,进入外节的比例降低。连接纤毛上的 CEP290、IFT88 分布也与对照不同。患者来源类器官和基因编辑模型显示相近方向的异常,因此后续药物比较不只依赖单一细胞系。

两条基因编辑系与对照具有相同遗传背景,患者系则来自另一名供者。论文把基因编辑系的数据合并用于部分分析,但患者模型仍单列比较;显微图统计的是同一类器官内的多条纤毛,独立供者数量仍以细胞系来源计算。到培养第 220 天,外核层厚度未见显著减小。因此,当前模型更突出纤毛定位、外节形成与蛋白运输异常,当时尚未发生大量光感受器丢失。

分别比较 Eupatilin、法舒地尔及两药处理

研究者选择黄酮类化合物 eupatilin 和 ROCK 抑制剂法舒地尔(fasudil),因为既有研究曾观察到它们对其他纤毛异常模型的作用。这篇研究的对象换成 LCA5 缺陷:在类器官培养第 190 至 220 天,团队分别给予两种药物、同时给予两种药物,或使用溶剂对照,再比较纤毛蛋白和视紫红质的位置。

在基因编辑类器官中,两种药物单用或同用后,原本沿纤毛异常延伸的 CEP290 信号缩短,接近对照类器官水平。患者来源类器官也出现改善,但 CEP290 的位置仍未完全回到对照状态。IFT88 的结果更有差别:在基因编辑模型中,各处理组均观察到显著改善;在患者模型中,只有法舒地尔组达到统计显著。

图 5 的患者来源模型中,药物处理组每组使用 2 个类器官,并从两轮分化中取样;基因编辑模型的处理组通常每组使用 4 个。图中还分析了每个类器官内的多条纤毛,这些纤毛属于同一类器官内的定位测量单元。两类模型都出现药物响应,但 IFT88 在患者模型中的部分处理未达到统计显著,患者模型的响应仍有差别。

视紫红质转运改善,外节长度变化较弱

论文图 6 比较了视紫红质染色。基因编辑类器官的各药物处理组,外节与外核层的荧光强度比值均较溶剂组改善;患者来源类器官中,两种药物单用或同用也呈现相同方向的显著变化。这说明视紫红质从外核层进入外节的分布,能作为这一药物比较的观察指标。

外节长度的结果没有同样明确。基因编辑类器官中,处理后的平均外节长度有增加趋势,但未达到统计显著,也没有恢复到对照水平;患者来源类器官亦主要表现为增加趋势。视紫红质位置与外节长度是两个不同的检测对象,组织结构是否恢复仍需更多指标支持。

图中呈现的是离体培养模型内的细胞与组织标志物,未测量患者视功能。研究也没有比较不同治疗方案在人体眼内的暴露和安全性。

转录组提供线索,模型用途仍有边界

团队随后对成熟的基因编辑类器官开展 RNA 测序。与同基因背景对照相比,LCA5 缺失模型有 214 个差异表达基因;eupatilin 和法舒地尔处理后,各自改变的基因集合和通路并不相同。作者观察到部分原本偏离对照的基因表达向对照水平靠近,但这并不是所有差异基因的共同结果。

蛋白组与转录组的差异也值得分开看。基因编辑类器官中,差异蛋白与差异转录本的相关系数仅为 0.119;患者类器官的蛋白变化与编辑模型有一定相似性。研究者还报告,两种药物处理后分别有 448 个和 382 个基因与对照存在显著表达差异,这些数字衡量的是差异表达数量,实际向对照水平靠近的只是部分基因。这些组学结果可帮助后续提出机制问题,直接的药物评价结果仍以纤毛定位、视紫红质分布和外节测量为主。

这项研究展示了一种人源模型中的候选药物比较:先建立与患者表型相符的检测,再用同基因背景和患者来源类器官并列观察。样本仍集中于少量 LCA5 遗传背景,处理条件也属于培养体系;下一步需要独立模型、药物暴露和功能评价,才能判断其转化价值。

来源与延伸阅读

  1. Small molecule treatment alleviates photoreceptor cilia defects in LCA5-deficient human retinal organoids. Acta Neuropathologica Communications (2025). DOI: 10.1186/s40478-025-01943-y ↗