Riggs型先天性靜止性夜盲的分子機(jī)制及治療研究進(jìn)展

但漢東,邢怡橋

(武漢大學(xué)人民醫(yī)院眼科中心，武漢 430060)

先天性靜止性夜盲(congenital stationary night blindness，CSNB)是一種高度遺傳異質(zhì)性和臨床異質(zhì)性的先天性罕見性神經(jīng)退行性視網(wǎng)膜疾病,同一基因的突變可引起不同的臨床表現(xiàn)，而同一種臨床表現(xiàn)又可能由不同的基因突變引起[1]。CSNB是基因突變引起的非進(jìn)行性遺傳性視網(wǎng)膜病變，主要影響視網(wǎng)膜的信號(hào)處理光感受器細(xì)胞，視網(wǎng)膜的感光細(xì)胞變性是其主要病理改變，此特征也是 CSNB患者視力損害的主要原因。CSNB可分為Schubert-Bornschein型CSNB和Riggs型CSNB。CSNB有多種遺傳方式，主要包括染色體顯性遺傳、常染色體顯性遺傳和X染色體遺傳[2]。國內(nèi)報(bào)道大部分CSNB以常染色體顯性遺傳方式遺傳，而國外報(bào)道大部分CSNB以X染色體遺傳方式遺傳[3]。根據(jù)分型，Schubert-Bornschein型CSNB多以常染色體隱性遺傳、X染色體遺傳方式遺傳，而Riggs型CSNB多為常染色體顯性遺傳[4]。Riggs型CSNB患者的臨床特征缺乏特異性，分子機(jī)制復(fù)雜，臨床上尚缺乏有效的治療手段，且易被誤診?，F(xiàn)就Riggs型CSNB的臨床特點(diǎn)，致病機(jī)制及致病基因進(jìn)行綜述。

1 CSNB的分類和臨床表現(xiàn)

Schubert和Bornschein[5]報(bào)道了一組CSNB病例，其特點(diǎn)是視網(wǎng)膜電圖(electroretinogram，ERG)暗視反應(yīng)呈負(fù)相ERG，即暗視反應(yīng)的b波振幅小于a波，但a波正常，將其定義為Schubert-Bornschein型CSNB。Miyake等[6]根據(jù)電生理學(xué)及心理物理學(xué)特點(diǎn)將Schubert-Bornschein型CSNB進(jìn)一步分為完全型CSNB和不完全型CSNB，前者除有夜盲外還伴有視力下降、中到高度近視、眼球震顫、斜視等，暗視反應(yīng)視桿細(xì)胞b波和振蕩電位完全喪失，而視錐a波振幅大致正常，暗適應(yīng)完全喪失；后者常伴有視力下降，中度遠(yuǎn)視或近視，暗視反應(yīng)視桿細(xì)胞b波、視錐a波及30 Hz閃爍反應(yīng)降低，而振蕩電位完全正常，暗適應(yīng)中度升高。Riggs[7]報(bào)道了另外一組CSNB病例，其特點(diǎn)是非負(fù)相ERG，后來將其定義為Riggs型CSNB。Riggs型CSNB的ERG特點(diǎn)是暗視反應(yīng)的a波、b波振幅下降，但b波振幅仍大于a波，一個(gè)負(fù)性波形代表了暗適應(yīng)中視錐系統(tǒng)對(duì)閃光ERG的反應(yīng)，在沒有桿狀細(xì)胞功能的情況下，這種負(fù)性波形類似于亞急性維生素不良患者的ERG波形[8]。在明適應(yīng)條件下b波的振幅較a波低，其原因是開放部分的逐漸減小和關(guān)閉部分的延遲[9]。Riggs型CSNB主要采用常染色體顯性和常染色體隱性遺傳，與桿狀光轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián)的基因缺陷有關(guān)，表型相對(duì)較輕，包括夜盲癥，但無高度近視和眼球震顫，視力正常[10]。

Riggs型CSNB患者的臨床特點(diǎn)是雙眼夜間視力受損，但為非進(jìn)行性的，以視桿細(xì)胞嚴(yán)重受損為特點(diǎn)，患者發(fā)病年齡較早，ERG和暗適應(yīng)異常，但眼電圖和色覺正常[4]。早期患者主要表現(xiàn)為夜盲，但由于發(fā)病年齡小，學(xué)習(xí)和生活需求小，對(duì)視力影響不大，且眼底檢查無明顯異常，早期診斷有一定的困難，特別是在無家族史的情況下。ERG和暗適應(yīng)是Riggs型CSNB的主要診斷方法，具有較高的敏感性和特異性。隨著患者年齡的增長，可伴有視力下降、高度近視、眼球震顫、斜視，但夜盲始終不加重，這區(qū)別于視網(wǎng)膜色素變性的夜盲進(jìn)行性加重[11]。

2 Riggs型CSNB的致病基因

近年來，隨著基因測(cè)序技術(shù)的迅速發(fā)展，越來越多的遺傳性眼病，特別是散發(fā)性疾病得到確診，新確定的致病突變和致病基因數(shù)量也快速增加。目前已發(fā)現(xiàn)并驗(yàn)證的可導(dǎo)致CSNB的患病基因有14個(gè)(RetNet,https://sph.uth.edu/RetNet/更新日期2019年7月1日)，包括常染色體顯性遺傳基因視紫紅質(zhì)(rhodopsin，RHO)[2]、G蛋白轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白1 α亞基(G protein subunit alpha transduction 1，GNAT1)[10]、磷酸二酯酶-6 β亞基(phosphodiesterase-6 β subunit，PDE6B)[12]、常染色體隱性遺傳基因鈣結(jié)合蛋白4[13-14]、G蛋白偶聯(lián)受體179[15-16]、G蛋白偶聯(lián)受體激酶1[17]、代謝型谷氨酸受體6[18-19]、富亮氨酸重復(fù)、類免疫球蛋白和跨膜結(jié)構(gòu)域3[20-21],視黃醇脫氫酶5[22]、視覺抑制蛋白S抗原[17]、可溶性載體家族24 A1亞型(solute carrier family 24 A1 subtype，SLC24A1)[23]、瞬時(shí)受體電位陽離子通道亞M家族成員1[24-25]，X染色體遺傳基因電壓門控鈣通道亞基α1F亞基[26]和夜盲蛋白[27]。Riggs型CSNB由參與光轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián)反應(yīng)或視色素循環(huán)的蛋白分子的基因突變引起[10]。RHO是一種G蛋白偶聯(lián)受體，是視桿細(xì)胞的感光色素，由維生素A的11-順式醛與視蛋白共價(jià)結(jié)合而成。當(dāng)光子被視桿細(xì)胞吸收后，生色團(tuán)轉(zhuǎn)化為全反式異構(gòu)體，隨后RHO被激活,激活的RHO與GNAT1的α亞基結(jié)合，而GNAT1又與PDE6B結(jié)合，活化的PDE6B可降低細(xì)胞質(zhì)內(nèi)環(huán)鳥苷酸的水平，從而關(guān)閉視桿細(xì)胞細(xì)胞膜上的環(huán)鳥苷酸門控陽離子通道。當(dāng)光線激活位于光感受器細(xì)胞內(nèi)的G蛋白偶聯(lián)受體后，PDE6B復(fù)合物通過水解環(huán)鳥苷酸調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)環(huán)鳥苷酸的水平，從而調(diào)節(jié)離子通道的關(guān)閉與開放。在暗環(huán)境中，Na+和Ca2+通過開放的環(huán)鳥苷酸通道進(jìn)入視桿細(xì)胞的胞外段，并被視桿細(xì)胞的鈉/鉀離子交換體SLC24A1轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞外，通過光-電換能形成電流，引起視覺神經(jīng)沖動(dòng)。在光照下，關(guān)閉的環(huán)鳥苷酸陽離子通道打開，光感受器細(xì)胞內(nèi)的Ca2+水平降低，抑制神經(jīng)沖動(dòng)。上述涉及光電導(dǎo)和光傳導(dǎo)任何環(huán)節(jié)的異常都可導(dǎo)致視網(wǎng)膜病變。Riggs型CSNB的致病基因包括RHO、PDE6B、GNAT1、SLC24A1[10]。

2.1RHO RHO基因(MIM 180380)編碼視紫紅質(zhì)蛋白，其突變可導(dǎo)致常染色體顯性遺傳Riggs型CSNB。該基因定位于染色體的3q21～q24，含有4個(gè)外顯子，編碼348個(gè)氨基酸[28]，這4個(gè)外顯子在基因序列的位置與牛高度相似，人RHO基因的氨基酸序列與牛RHO基因氨基酸序列有93.4%的同源性[28]。這些多肽在胞內(nèi)組成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)在人和牛的視紫紅質(zhì)蛋白中相當(dāng)保守。RHO基因編碼的視紫紅質(zhì)蛋白是光感受器細(xì)胞內(nèi)重要的感光色素，主要分布在視錐細(xì)胞和視桿細(xì)胞外節(jié)的膜盤中，對(duì)波長為495 nm的光線吸收最大。當(dāng)視紫紅質(zhì)蛋白吸收光線時(shí)，視網(wǎng)膜由11-順式異構(gòu)成全反式，進(jìn)而活化感光細(xì)胞內(nèi)的第二信使，最終觸發(fā)離子通道，形成電信號(hào)向上一級(jí)神經(jīng)元傳導(dǎo)。視紫紅質(zhì)蛋白含有7個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域，其N端位于細(xì)胞外側(cè)，C端位于細(xì)胞質(zhì)側(cè)，其胞質(zhì)面由3個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)和C端尾部構(gòu)成，含有促進(jìn)鳥苷三磷酸-鳥苷二磷酸轉(zhuǎn)換的催化位點(diǎn)以及視紫紅質(zhì)激酶光依賴性磷酸化位點(diǎn)。此基因的突變不僅可導(dǎo)致染色體顯性CSNB，還可導(dǎo)致染色體顯性遺傳和常染色體隱性視網(wǎng)膜色素變性和白點(diǎn)狀視網(wǎng)膜變性[29-31]。Dryja等[32]首次報(bào)道了1例CSNB患者攜帶有RHO基因的Ala292Glu雜合錯(cuò)義突變，該突變使視紫紅質(zhì)蛋白失活，不能激活轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白，導(dǎo)致光傳導(dǎo)異常，從而致病。Zeitz等[33]報(bào)道另1例Riggs型CSNB患者攜帶RHO基因的c.884C→T,p.Ala295Val雜合錯(cuò)義突變，該患者在光照條件良好時(shí)視力正常，無眼底異常，眼電圖結(jié)果在正常范圍內(nèi)；但在光照條件差時(shí)視力異常，暗視ERG異常。在視網(wǎng)膜11-順式黃醛充足時(shí)，突變的視紫紅質(zhì)不活躍，類似于野生型，僅在暴露于光下時(shí)才有反應(yīng)，但在缺乏11順式黃醛的情況下，與野生型視蛋白不同，突變型視蛋白構(gòu)成激活轉(zhuǎn)導(dǎo)素，從而致病[33]。目前為止，已經(jīng)報(bào)道了211個(gè)RHO基因的致病突變與遺傳性視網(wǎng)膜疾病相關(guān)，這些突變主要是無義突變或錯(cuò)義突變。

2.2GNAT1 GNAT1基因(MIM 139330)編碼鳥嘌呤核苷酸結(jié)合蛋白α轉(zhuǎn)導(dǎo)活性肽1蛋白，這是唯一的既可以導(dǎo)致染色體顯性遺傳Riggs型CSNB，又可以導(dǎo)致染色體隱性遺傳Schubert-Bornschein型CSNB的基因[34-35]。該基因定位于染色體的3p21，含有9個(gè)外顯子，編碼350個(gè)氨基酸[36]。GNAT1編碼的轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白是一種3亞基鳥嘌呤核苷酸結(jié)合蛋白，在視覺信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中刺激視紫紅質(zhì)與環(huán)鳥苷酸-磷酸二酯酶的耦合。視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞中的轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白亞單位由不同的基因編碼。GNAT1基因在視桿狀細(xì)胞中編碼α亞基，同時(shí)該基因在其他細(xì)胞中也有表達(dá)，并與大鼠味覺細(xì)胞的苦味轉(zhuǎn)導(dǎo)有關(guān)[34]。Dryja等[37]在Jean Nougaret大家系后代確定了1個(gè)GNAT1基因的錯(cuò)義突變。Szabo等[38]在一個(gè)多代常染色體顯性遺傳家庭中確定了一個(gè)新的GNAT1基因外顯子6突變。對(duì)其進(jìn)行電腦模擬分析發(fā)現(xiàn)，這一突變抑制了受損的鳥苷三磷酸的活性，導(dǎo)致光轉(zhuǎn)導(dǎo)異常[38]。Naeem等[39]在一個(gè)常染色體隱性遺傳家系中確定了GNAT1基因的一個(gè)新的無義突變p.D129G。研究表明，小鼠的GNAT1基因在出生后才開始在視網(wǎng)膜中大量表達(dá)[40]。Carrigan等[35]報(bào)道了1例80歲的靜止性夜盲癥患者，視野檢查顯示視野變小與視網(wǎng)膜色素變性一致，全視野ERG缺乏視桿細(xì)胞的光轉(zhuǎn)導(dǎo)，在最大閃光強(qiáng)度下可見明顯減弱的暗適應(yīng)反應(yīng)。該研究認(rèn)為這種ERG模式與之前報(bào)道的常染色體隱性遺傳和常染色體顯性GNAT1相關(guān)CSNB患者的ERG模式相似[35]。目前，關(guān)于GNAT1基因的致病突變報(bào)道較少，只有10個(gè)突變與CSNB有關(guān)。

2.3PDE6B PDE6B基因(MIM 180072)編碼磷酸二酯酶β亞基蛋白，是一個(gè)長約34 kb的基因組DNA，定位于染色體的4p16.3區(qū)域，距4p端粒約700 kb，含有22個(gè)外顯子，編碼854個(gè)氨基酸[41]。PDE6B編碼的蛋白質(zhì)是構(gòu)成PDE6復(fù)合體的一部分。PDE6復(fù)合體是視網(wǎng)膜中光轉(zhuǎn)導(dǎo)過程的重要酶，是由α(PDE6A編碼)、β(PDE6B編碼)和2個(gè)γ亞基(PDE6G編碼)組成的異源四聚體蛋白，在視網(wǎng)膜光感受器細(xì)胞的光轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中發(fā)揮重要作用。目前關(guān)于早期視桿細(xì)胞凋亡的機(jī)制還未完全明確，但較為一致的假說是PDE基因的突變導(dǎo)致PDE復(fù)合體無法維持光感受器細(xì)胞內(nèi)正常的環(huán)鳥苷酸水平，引起過量Ca2+內(nèi)流，光感受器細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載觸發(fā)了細(xì)胞程序性死亡。PDE6B基因還可以編碼不同的剪接轉(zhuǎn)錄變體。PDE6B基因突變可導(dǎo)致常染色體顯性遺傳Riggs型CSNB。小鼠的純合突變可導(dǎo)致遺傳性視網(wǎng)膜變性，并可作為視網(wǎng)膜色素變性的模型?；歼z傳性視網(wǎng)膜變性的動(dòng)物，視桿細(xì)胞在出生后8 d開始變性，到4周后完全消失，其變性與磷酸二酯酶β亞基的失活有關(guān)[42]。RNA印跡表明，人類磷酸二酯酶β亞基可以在視網(wǎng)膜中表達(dá)，人類的PDE6B基因序列有90%與牛、91%與小鼠的基因序列同源。Farber等[43]確定，愛爾蘭長毛獵犬PDE6B基因突變可導(dǎo)致錐桿細(xì)胞營養(yǎng)不良。Tatour等[44]研究丹麥多代常染色體顯性遺傳CSNB大家系時(shí)，采用連鎖分析確定了這一家系的致病基因位于4p16.3區(qū)域，在這一區(qū)域內(nèi)有一候選基因——PDE6B基因，之后在這一家系中確定了這一突變。PDE6B基因除可導(dǎo)致染色體顯性遺傳CSNB外，還可導(dǎo)致染色體隱性遺傳性視網(wǎng)膜色素變性。Manes等[45]報(bào)道了1個(gè)有3代的法國Riggs型CSNB家系，患者攜帶一個(gè)新的PDE6B突變c.928-9_940dup,p.Tyr314Cysfs*50，其導(dǎo)致第314密碼子酪氨酸被半胱氨酸取代，翻譯蛋白質(zhì)移碼，提前終止。目前已經(jīng)報(bào)道了134個(gè)PDE6B基因的致病突變與遺傳性視網(wǎng)膜疾病相關(guān)，這些突變主要導(dǎo)致是視網(wǎng)膜色素變性，少部分導(dǎo)致Riggs型CSNB。

2.4SLC24A1 SLC24A1基因(MIM 603617)編碼SLC24A1蛋白，是鉀依賴性鈉鈣交換體的一員，通過介導(dǎo)1個(gè)Ca2+和1個(gè)K+的外流以及4個(gè)Na+內(nèi)流在視網(wǎng)膜光感受器的鈉/鈣交換中發(fā)揮重要作用。SLC24A1基因還可以編碼另一種剪接轉(zhuǎn)錄變體,其突變可導(dǎo)致常染色體隱性遺傳Riggs型CSNB。SLC24A1基因定位于染色體的15q22，含有9個(gè)外顯子，編碼350個(gè)氨基酸[46]。SLC24A1基因表達(dá)于視桿細(xì)胞，SLC24A2基因表達(dá)于視錐細(xì)胞。Sharon等[47]對(duì)視網(wǎng)膜疾病患者進(jìn)行SLC24A1和SLC24A2基因分析時(shí)雖然發(fā)現(xiàn)了一些突變，但這些突變并不致病。Riazuddin等[48]應(yīng)用全基因組掃描法對(duì)一個(gè)多代CSNB大家系進(jìn)行遺傳學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，這一家系的致病基因位于第15號(hào)染色體長臂，SLC24A1基因正好在這一區(qū)域，對(duì)這一基因的所有外顯子進(jìn)行測(cè)序，在其外顯子2確定了一個(gè)致病突變c.1613_1614del,p.F538CfsX23，這個(gè)突變導(dǎo)致蛋白質(zhì)翻譯提前終止,并與該疾病家系共分離[48]。對(duì)小鼠眼組織的表達(dá)進(jìn)行分析，確定SLC24A1基因于出生后7 d才開始在視網(wǎng)膜中表達(dá)，原位和免疫組織化學(xué)研究表明，在視桿細(xì)胞的內(nèi)節(jié)、外核層、內(nèi)核層及節(jié)細(xì)胞有均表達(dá)[49]。Neuillé等[23]報(bào)道了來自3個(gè)不同家系的4例男性患者均患有Riggs型CSNB。其中一個(gè)家系中，6歲的先證者從小就患有夜盲癥，雙眼視力為20/20，無近視或眼球震顫癥狀，眼底檢查未見視網(wǎng)膜或視盤異常，雙眼暗視ERG的a波和b波反應(yīng)均顯著降低[23]。目前已經(jīng)報(bào)道了26個(gè)SLC24A1基因的致病突變與遺傳性視網(wǎng)膜疾病相關(guān)，20個(gè)突變中只有1個(gè)突變可確定與Riggs型CSNB有關(guān)，另外19個(gè)突變只能確定與不能分類的遺傳性視網(wǎng)膜疾病有關(guān)。

3 展 望

雖然已經(jīng)確定了4個(gè)基因與Riggs型CSNB有關(guān)，但仍有大量患者通過各種基因測(cè)序分析未能明確致病基因。明確Riggs型CSNB的致病基因是未來基因治療的基礎(chǔ)。臨床上診斷CSNB除需要進(jìn)行全面的眼科檢查，還需要進(jìn)行基因檢測(cè)以明確診斷。Riggs型CSNB患者的分子檢測(cè)對(duì)遺傳學(xué)研究有重要意義，同時(shí)也是與進(jìn)行性視網(wǎng)膜營養(yǎng)不良相鑒別的重要方法。CSNB因致病基因多，致病機(jī)制復(fù)雜，因此無有效的治療方法。CSNB的治療方法一直是眼科醫(yī)務(wù)工作者和研究人員的重點(diǎn)關(guān)注方向。隨著基因測(cè)序技術(shù)的發(fā)展及精準(zhǔn)醫(yī)療理念的深化普及，針對(duì)特定基因突變的編輯技術(shù)越來越受到重視，一些針對(duì)遺傳性視網(wǎng)膜疾病的臨床試驗(yàn)如基因治療、干細(xì)胞治療和小分子藥物正在進(jìn)行，如類維生素A水解酶基因突變導(dǎo)致的Leber先天性黑蒙和視網(wǎng)膜色素變性的臨床試驗(yàn)已成功，目前已有相應(yīng)的基因治療產(chǎn)品上市[50-51]；還有針對(duì)其他基因如腺苷三磷酸結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)體A4也正在臨床試驗(yàn)中，部分研究結(jié)果也證實(shí)腺苷三磷酸結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)體A4基因治療有一定的安全性和有效性[52-53]；針對(duì)遺傳性視網(wǎng)膜疾病的視網(wǎng)膜假體的臨床試驗(yàn)也取得了成功，目前產(chǎn)品已更新到第2代[54-55]。雖然目前這些治療的適應(yīng)證并不是Riggs型CSNB，但相信隨著分子生物學(xué)、遺傳學(xué)、基因治療等治療方法的發(fā)展，將來會(huì)對(duì)Riggs型CSNB的分子機(jī)制更加了解，從而給CSNB患者的治療帶來希望。