原研究图 5B 对比 RHO 拷贝数增加患者视网膜类器官的溶剂对照和三种 PR3 剂量,显示视紫红质在视杆细胞中的不同分布。
原论文图 5B:患者来源视网膜类器官经 PR3 不同剂量处理后的视紫红质染色(Kandoi 等,CC BY)。 许可说明

从患者的视网膜病变建立人源模型

美国加州大学旧金山分校等机构的研究者,研究了 1 名患常染色体显性遗传性视网膜色素变性、携带 4 份完整 RHO 基因的患者。通常每人有 2 份 RHO。团队还取得其未患病女儿的细胞作家系对照,将双方的血细胞重编程为诱导多能干细胞,再培育视网膜类器官。这样可以在人体来源的组织样模型中观察基因拷贝数增加后的改变。

两组类器官早期都形成了视网膜样分层,也能产生视杆细胞。差别在培养更长时间后变得清楚:患者来源类器官的视杆细胞外节发育较弱。到培养第 200 天及之后,正常对照的视紫红质主要进入外节,而患者模型的视紫红质更多积聚在细胞体内。

在培养第 120 天和第 300 天的检测中,患者模型的 RHO mRNA 约为对照的 8 倍。第 300 天的转录组分析也见到相近方向的变化;蛋白检测则显示视紫红质单体和二聚体含量增加。研究据此把“表达过量”和“蛋白位置异常”分开作为药物干预的观察终点。

Photoregulin3 的不同剂量产生不同结果

研究者选用小分子 Photoregulin3(PR3),目标是通过调节 NR2E3 相关信号降低视杆细胞中 RHO 的表达。它在此前的小鼠研究中出现过,本篇则将药物直接用于培养约 300 天的患者来源人源视网膜类器官。团队分别以 0.1、0.25 和 0.5 微摩尔处理 1 周,再与溶剂对照比较。

三种剂量均减少了患者类器官内的 RHO mRNA,论文报告下降幅度约 4—30 倍,但蛋白位置的变化不能只按“降得越多越好”理解。图 5 中,0.25 微摩尔组在外节区域观察到更合适的视紫红质定位;0.5 微摩尔组虽然降低表达更明显,仍表达视紫红质的视杆细胞却很少。低、中剂量处理后的 RHO 水平与家系对照相比未见显著差异,高剂量组则低于对照。

作者还检查了视锥细胞的相关标志:所测蓝、绿、红视锥视蛋白的转录本,以及视锥 arrestin 染色,未见明显变化。TUNEL 检测也未发现处理后细胞死亡信号增加。这些是该培养条件下的观察,不能代替更长期的安全性或视觉功能评价。

转录组帮助解释药物反应的范围

团队选用 0.25 微摩尔处理组进行 RNA 测序,与未处理的患者类器官及家系对照比较。样本来自 3 次独立分化实验。PR3 处理后,RHO、SAG、GNAT1 等视杆细胞相关基因的表达下降;在主成分分析中,处理组整体更接近对照组。研究者还观察到纤毛组装、内质网至高尔基体运输和糖基化相关基因的变化,这为解释视紫红质转运提供了线索。

这项研究的直接结果,是特定遗传背景下人源视网膜类器官对候选小分子的表达和定位反应。患者来源细胞来自 1 名携带 RHO 拷贝数变异的人,家系对照也只有 1 人;多个类器官与独立分化批次不能等同于多个患者。论文没有报告药物处理后患者视力改善,亦未证明视杆细胞在长期培养中获得持续保护。它展示的是把患者基因背景、可测细胞表型和剂量比较连在一起的前临床研究路径。

来源与延伸阅读

  1. Disease modeling and pharmacological rescue of autosomal dominant retinitis pigmentosa associated with RHO copy number variation. eLife (2024). DOI: 10.7554/eLife.90575 ↗