揭示遗传性视网膜疾病中光感受器坏死性凋亡的关键机制：为治疗开辟新路径

遗传性视网膜疾病（IRDs）是全球致盲的重要原因，其基因异质性大。研究人员以人源化小鼠模型为对象，开展 IRDs 中光感受器死亡机制的研究。结果发现自噬、线粒体损伤相关通路在疾病进程中起关键作用，为治疗提供潜在靶点。

　　在黑暗的视觉世界里，遗传性视网膜疾病（Inherited Retinal Diseases，IRDs）宛如隐藏的 “视力杀手”，悄无声息地夺走无数人的光明。IRDs 是全球范围内导致失明的重要原因之一，每 1380 人中就有 1 人受其困扰，它主要表现为光感受器（负责感受光线的细胞）的死亡。视网膜色素变性（Retinitis Pigmentosa，RP）是 IRDs 中最常见的类型，初期会导致视杆光感受器丧失，随后视锥光感受器也会受到影响。除此之外，还有视锥营养不良、视锥 - 视杆营养不良和黄斑营养不良等多种类型的 IRDs，它们各自有着独特的发病特点，但都给患者的生活带来了极大的痛苦。

目前，IRDs 的临床特征已较为明确，但它的基因异质性极高，已发现超过 280 个致病基因。这使得针对 IRDs 的治疗面临巨大挑战，尽管基因替代和基因组编辑疗法取得了一些进展，但开发针对常见下游疾病机制、适用于更广泛致病等位基因的 “基因非依赖性” 疗法，仍是眼健康领域的重要战略目标。

为了深入了解 IRDs 中光感受器死亡的奥秘，英国爱丁堡大学 MRC 人类遗传学单位等机构的研究人员展开了一系列研究。他们的研究成果发表在《Nature Communications》上，为攻克 IRDs 带来了新的希望。

研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：首先是单细胞 RNA 测序（single - cell RNA sequencing，scRNAseq），用于分析不同视网膜细胞在光感受器退化过程中的状态；其次是免疫组化（Immunohistochemistry），通过染色技术观察特定蛋白在组织中的表达和定位；还有透射电子显微镜（Transmission electron microscopy，TEM），用于观察细胞超微结构的变化；另外，质谱分析（Mass spectrometry）则帮助研究人员了解蛋白质表达的变化情况 。

下面来看具体的研究结果：

• 单细胞转录组揭示特定细胞群和光感受器亚群：研究人员对 18 月龄的 Rpgr^ORFΔ5和 Rpgr^Ex3d8突变小鼠及野生型同窝小鼠的视网膜进行 scRNAseq 分析。结果发现，在 Rpgr^08F4S的 scRNAseq 数据中存在一个由巨噬细胞标记物表达特征定义的小细胞簇，且该簇仅由突变样本中的细胞组成，免疫荧光染色也证实了巨噬细胞在 18 月龄时侵入突变小鼠视网膜外层。同时，实验还鉴定出了多个视杆光感受器亚群，这些亚群的光转导基因表达水平不同，且随着疾病进展呈下降趋势。此外，KEGG 通路分析显示，在疾病进展过程中，mRNA 加工、TNF - α/NF - κB 信号通路和溶酶体生物发生通路等被上调，PI3K/AKT 信号通路相关基因表达也增加。
• Rpgr 突变光感受器积累自噬体：PI3K/AKT 通路参与调节自噬（细胞内依赖溶酶体降解受损细胞内容物的过程），研究人员发现 Rpgr^ORFΔ5和 Rpgr^Ex3d8突变光感受器中自噬通路基因表达发生变化。通过 TEM 观察到，6 月龄和 12 月龄的 Rpgr^Ex3d8突变光感受器内段出现大量类似囊泡的结构，表明自噬体或自噬溶酶体积累，12 月龄时自噬标记物 p62 表达升高，同时 p62 的 S403 位点磷酸化水平也增加，这些都表明 Rpgr 突变光感受器在 12 月龄前自噬增加。
• Rpgr 突变光感受器出现线粒体损伤：对 12 月龄和 18 月龄的 Rpgr 小鼠视网膜进行 TEM 分析，发现 12 月龄时突变光感受器线粒体出现偶尔的肿胀或膜泡状改变，18 月龄时线粒体严重肿胀。scRNAseq 数据显示，Rpgr^ORFΔ5和 Rpgr^Ex3d8突变光感受器中线粒体基因上调，免疫印迹也证实了 12 月龄时视网膜裂解物中一些氧化磷酸化相关蛋白增加。此外，通过测量 14 月龄 Rpgr^5x3d8小鼠视网膜的氧消耗率（OCR），发现其基础 OCR 显著降低，表明线粒体呼吸功能受损，综合这些结果说明 Rpgr^Ex3d8突变光感受器从 12 月龄开始出现线粒体应激，且随着视网膜退化而加剧。
• 坏死性凋亡是 Rpgr 光感受器的主要死亡途径：研究人员发现，18 月龄的 Rpgr 突变小鼠视网膜中，cleaved caspase 3 阳性的光感受器数量虽有所增加，但相对较少，且 scRNAseq 数据未显示明显的凋亡转录特征，这表明凋亡可能不是 Rpgr 突变光感受器死亡的主要机制。相反，基因本体差异表达分析表明，Rpgr^ORFΔ5和 Rpgr^Ex3d8突变光感受器中坏死性凋亡（一种程序性坏死，伴有细胞膜破裂、炎症反应等）相关基因上调。免疫荧光显示，Rpgr^Ex3d8和 Rpgr^ORFΔ5突变视网膜中 pMLKL 阳性的光感受器增多，且从 6 月龄到 18 月龄数量逐渐增加，这表明坏死性凋亡是 Rpgr 突变光感受器的主要死亡途径。
• Pde6b 小鼠模型中相关通路变化：为了验证上述通路变化是否在其他 RP 模型中也存在，研究人员对 Pde6b^rd2小鼠模型进行研究。结果发现，Pde6b^rd2小鼠光感受器中 pMLKL 表达显著升高且随死亡进程增加，同时 PI3K/AKT 通路早期上调，出现自噬体积累、p62 增加以及线粒体形态逐渐异常等现象，这说明自噬失调、线粒体应激和坏死性凋亡也是 Pde6b 小鼠模型中光感受器死亡的关键机制。

研究结论表明，线粒体应激和自噬失调是 Rpgr 和 Pde6b^rd2突变体中光感受器退化的主要因素，且大多数细胞最终通过坏死性凋亡死亡。这一发现与以往认为凋亡是主要死亡途径的观点不同，坏死性凋亡会引发炎症反应，这与 RP 患者常出现的慢性低度炎症症状相符，如后发性白内障、视网膜前膜形成和黄斑囊样水肿等。PI3K/AKT 信号通路在 Rpgr 和 Pde6b^rd2突变光感受器中上调，虽然它通常与细胞存活相关，但持续激活可能触发坏死性凋亡。此外，自噬在疾病早期的变化可能是一种保护机制，也可能是自噬功能逐渐缺陷的表现，具体情况还需进一步研究。

这项研究意义重大，它揭示了不同遗传背景下 IRDs 中光感受器死亡的共同机制，为开发 “基因非依赖性” 的治疗方法提供了潜在靶点。通过深入了解坏死性凋亡、自噬 / 线粒体自噬和线粒体应激之间的相互作用，有望找到在坏死性凋亡通路激活上游进行干预的方法，从而为广大 IRDs 患者带来重见光明的希望。