利用hiPSC来源视网膜类器官和视网膜芯片重建CLN2疾病病理机制并证实TPP1基因治疗的逆转效果

本研究针对CLN2疾病导致的视网膜退行性病变这一临床难题，通过建立患者特异性hiPSC来源的视网膜类器官(ROs)和视网膜芯片(RoC)模型，成功重现了SCMAS和脂质沉积等关键病理特征。研究人员采用AAV9介导的TPP1基因治疗，证实其可恢复TPP1表达并显著减少病理沉积，为治疗CLN2相关失明提供了新策略。该研究创新性地将器官芯片技术与类器官模型相结合，为神经退行性疾病研究提供了更精准的人源化平台。

　　

神经元蜡样脂褐质沉积症2型(CLN2)是一种毁灭性的儿童神经退行性疾病，由TPP1基因突变导致溶酶体功能障碍，引发大脑和视网膜中脂褐质沉积。患者通常在2-4岁出现症状，包括视力丧失、癫痫和运动能力退化，最终在青少年期死亡。虽然酶替代治疗(ERT)可延缓神经症状，但对进行性视网膜病变无效。更棘手的是，现有CLN2小鼠模型无法重现人类视网膜病变，犬类模型则表现为与人类不同的内视网膜退化，这严重阻碍了治疗方案的开发。

德国图宾根大学(University of Tübingen)的研究团队在《Cell Reports Medicine》发表重要研究，利用患者特异性hiPSC构建视网膜类器官和视网膜芯片模型，成功模拟CLN2视网膜病变并验证了AAV基因治疗的疗效。研究人员从两名CLN2患者(CLN2-1和CLN2-2)的成纤维细胞获得hiPSC，分化为视网膜类器官(ROs)和视网膜色素上皮(RPE)细胞，并整合到微流控视网膜芯片(RoC)中。通过单细胞RNA测序、免疫荧光和电镜等技术，系统评估了病理特征和基因治疗的效果。

研究首先证实CLN2 ROs能重现患者视网膜的关键病理特征。免疫荧光显示，患者ROs中TPP1蛋白减少72-87%，而线粒体ATP合酶亚基C(SCMAS)的溶酶体沉积从第123天开始显著增加，到第350天达到对照的7.5倍。电镜观察到仅CLN2 ROs中存在曲线体结构，这与患者尸检结果一致。单细胞测序发现，CLN2视锥细胞中核糖体和线粒体相关基因显著失调，提示翻译和氧化磷酸化障碍。

基因治疗实验取得突破性进展。AAV9.hCLN2在ROs中高效转导所有视网膜细胞类型，特别在视锥细胞(78%)和水平细胞(84%)中表达最高。治疗使TPP1蛋白恢复至对照水平，并呈剂量依赖性减少SCMAS沉积。值得注意的是，早期治疗(第88天)可完全预防病理沉积，即使在已有沉积的成熟ROs(第260天)中也能显著改善。视网膜芯片实验显示，AAV9.hCLN2在RoC中的治疗效果优于传统培养，TPP1表达达到对照的2倍以上。

机制研究发现，CLN2视锥细胞中RICTOR( mTOR复合体2调控因子)表达上调，导致线粒体功能和自噬通路紊乱。iRegulon分析显示TP53是核心调控因子，其下游靶点包括多个核糖体蛋白基因(RPS和RPL)，这可能是视锥细胞易损性的分子基础。此外，CLN2 RPE细胞也表现出TPP1缺乏和SCMAS沉积，但病理进展较ROs缓慢。

这项研究的意义在于：首次建立了重现CLN2视网膜病变的人源模型，克服了动物模型的局限性；阐明了视锥细胞退化的新机制；验证了AAV介导基因治疗的可行性，为临床转化奠定基础。视网膜芯片技术的应用，实现了更接近生理的药物评估，为其他视网膜疾病研究提供了范式。研究由Serena Corti和Kwi Hye Kim等完成，通讯作者为Kevin Achberger。