《Documenta Ophthalmologica》：Rare genetic variants in leber hereditary optic neuropathy: molecular mechanisms, diagnosis, and emerging therapies
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遗传性视神经病变，如Leber遗传性视神经病变（LHON），仍是活跃研究的焦点。诊断挑战与严重临床后果常导致非典型表现，为神经眼科带来显著障碍。分子生物学与基因工程的进展使该领域受到更多关注。线粒体DNA（mtDNA）与核DNA中的致病变异破坏氧化磷酸化、降低
遗传性视神经病变，如Leber遗传性视神经病变（LHON），仍是活跃研究的焦点。诊断挑战与严重临床后果常导致非典型表现，为神经眼科带来显著障碍。分子生物学与基因工程的进展使该领域受到更多关注。线粒体DNA（mtDNA）与核DNA中的致病变异破坏氧化磷酸化、降低三磷酸腺苷（ATP）生成并增加活性氧（ROS）产生，而视网膜神经节细胞（RGC）对此尤为易感。在LHON及相关线粒体疾病（包括线粒体脑肌病伴乳酸酸中毒和卒中样发作以及Leigh综合征）中已鉴定出罕见遗传变异。表型异质性、异质性（heteroplasmy）水平多变以及靶向基因检测敏感性有限，使罕见变异的检出与解读复杂化。因此，全面的下一代测序（NGS）对准确分子诊断和及时启动治疗日益必要。近期治疗干预包括基因型特异性方法，如腺相关病毒血清型2介导的同种异位表达（allotopic expression），以及基因型非依赖性疗法，如艾地苯醌（idebenone）。线粒体视神经病变的诊断标准已从仅关注三种主要致病mtDNA变异转向更广泛的分子诊断框架。未来研究应优先对常规方法诊断不明确者行mtDNA测序，整合线粒体与核基因组学，并借助基于人工智能的方法。对罕见变异的准确识别与分类，结合对其表型后果的更深入理解，将促进个体化治疗策略的开发，以防止视力进一步下降。本综述概述罕见LHON相关变异患者多层面治疗策略的潜在方向，并批判性评估当前关于线粒体与核遗传罕见变异在LHON及相关线粒体视神经病变中临床意义的证据。
引言。遗传性视神经病变是当代神经眼科最重要的挑战之一。Leber遗传性视神经病变（LHON）是一种罕见的线粒体疾病，急性起病，全球患病率约为1/30000至1/50000，在部分人群中可能更高。该病主要累及青年男性，多发生于第二或第三个十年，导致快速、无痛性视力丧失，通常一眼起病，数周至数月内累及对侧眼。急性期眼底检查可见视盘充血、血管迂曲、毛细血管扩张及视网膜神经纤维层（RNFL）肿胀；随着视网膜神经节细胞（RGC）死亡进展，视盘变为苍白凹陷。同一LHON相关变异携带者的临床表现可差异显著，可能与环境影响、复杂遗传机制及激素因素有关。MT-ND4、MT-ND1和MT-ND6基因编码复合体I亚基，该复合体对质子梯度形成与三磷酸腺苷（ATP）合成至关重要。尽管LHON为遗传性疾病，高达40%的患者无家族史，可由外显不全、新发变异及异质性（heteroplasmy）解释。约90%经分子确诊的LHON病例涉及三种主要致病单核苷酸线粒体DNA（mtDNA）变异：MT-ND4基因的m.11778G>A、MT-ND1基因的m.3460G>A及MT-ND6基因的m.14484T>C；但在其余约10%具有典型临床表现的患者中，这些常见致病变异未能检出，形成诊断缺口。罕见LHON相关变异可导致非典型或重叠的线粒体表型，使诊断与解读复杂化。本综述旨在整理分析2007至2026年间全球研究的临床证据，并提出罕见线粒体遗传变异与视神经变性关联的未来研究方向。
检索方法。检索策略以图1呈现。各作者独立开展综述，所有结果按纳入与排除标准以数值形式呈现。纳入标准包括：原始论著、一般综述、病例报告及荟萃分析；在线文献（含指南与书籍）；涉及线粒体变异研究前景与诊断挑战的文献；与所用关键词相关的出版物。文献主要基于2021至2026年的近期发表，并在相关时纳入2007至2020年的部分文献。排除标准包括：过时、轶事性及不科学的文献；2007年前发表以及2007至2020年间与本综述目标无关的文献；对视神经变性新研究方法与可能治疗关注不足的文献。最终纳入61篇文献及国际临床视觉电生理学会（ISCEV）的1项在线标准资源。
讨论。罕见线粒体变异对细胞功能的影响：mtDNA罕见致病变异通过破坏细胞关键能量过程，可引起广谱临床症状，尤其在高能量需求细胞中。核基因致病变异亦通过干扰线粒体蛋白生成及其后续转化而参与线粒体疾病发生。线粒体产生活性氧（ROS），其作为炎症的生理介质；ROS超过抗氧化能力则导致氧化应激，引起细胞及mtDNA损伤。RGC因氧化磷酸化受损所致能量缺陷而对损伤高度敏感。RGC自视网膜经视神经向中枢神经系统传递信号，其轴突在视网膜内较长节段无髓鞘，直至穿过筛板；缺乏髓鞘使动作电位传导更慢、持续并需更大能量投入，该无髓鞘轴突段较有髓鞘段配备显著更多线粒体。
表型变异与核修饰因素：已有超过50种mtDNA变异被报道与LHON相关，但罕见变异认识不足、缺乏全面表征。Krylova等提出，同一变异个体的表型差异源于不同的酶表达能力，即孤立的生化适应。变异效应可能是原发的并导致表型显现，但外源性因素是强效触发因素，因其影响视神经功能。许多同质性（homoplasmic）mtDNA变异为非致病性，但部分致病性LHON相关变异亦可为同质性并表现为不完全外显。Engvall等报道MT-ND5基因同质性m.13345G>A，p.(Ala337Thr)变异为新的LHON相关变异；呼吸链复合体MT-ND5基因致病变异所致表型被描述为高度致病，可表现为LHON叠加线粒体脑肌病伴乳酸酸中毒和卒中样发作或Leigh综合征。核遗传修饰因素如参与ATP合酶生物发生的线粒体伴侣蛋白PRICKLE3亦影响LHON外显。Stenton等建议将复合体I亚基基因致病变异所致母系遗传LHON与双等位核变异所致常染色体隐性LHON相区分；其缺陷涉及N模块I的亚基交换受损，由包含伴侣蛋白DNAJC30的修复复合体调控，该蛋白在优化整个复合体、可能替换氧化应激损伤亚基并促进ATP合成中起关键作用。在缺乏常见原发致病mtDNA变异的个体中已检出双等位DNAJC30致病变异，且疾病表型可如典型遗传方式般重现。
视神经病变中的电生理：电生理检查可用于监测视神经与视网膜的电活动，有助于定位RGC代谢功能障碍，检查与结果解读应遵循ISCEV标准。该体系包括标准、指南与扩展方案，标准含五项基本检查：全视野视网膜电图（ERG）、图形视网膜电图（PERG）、眼电图、多焦视网膜电图（mfERG）及视觉诱发电位（VEP）。完整电生理检查组合的同时应用与分析有助于区分原发性轴索与神经节细胞体损伤及其他眼病。全视野ERG的a波、b波正常结合mfERG记录正常，使显著外层视网膜功能障碍可能性降低，但细微或局灶性视网膜功能障碍不能排除。明视负反应（PhNR）是补充生物标志物，为全视野闪光ERG中b波后的慢负波；在线粒体视神经病变中，PhNR波在有症状患者与无症状变异携带者中可表现为幅度不同程度降低，而全视野a波、b波保留与外层视网膜功能相对保留一致。振荡电位（OPs）为全视野ERG中b波升支可见的高频小波，由内视网膜中间神经元（包括无长突细胞）产生，数字信号滤波可显示OP幅度选择性降低；包括LHON与显性视神经萎缩在内的线粒体视神经病变患者中可见OP幅度降低与PhNR波形缺陷，提示视网膜内相互作用的亚临床紊乱。mfERG可同时映射视网膜后极多个区域的局部视锥反应；由于mfERG标准一阶成分源于视锥双极细胞而不含RGC输入，视力下降患者mfERG记录正常可支持鉴别诊断，提示无临床显著黄斑功能障碍。Guy等在LHON患者研究中显示PERG值在36个月内系统性下降，最终较基线下降40%，而患者当时尚未出现视野改变，提示PERG作为生物标志物的潜在价值。Guy等在LHON研究中观察到注射后PERG存在不均衡，注射后一日平均较基线及未治疗眼下降0.08 μV，但研究者认为载体如此快速起效不太可能，认为PERG值下降最可能与注射本身有关。Vignal-Clermont等在48周研究中评估色觉，图形翻转VEP在所有剂量水平与持续时间均不可测，而闪光VEP相对恒定并可测；基线时15例患者中3例可测PERG，至第48周则完全不可测。电生理可支持早期发现、鉴别诊断与纵向监测，构成有价值的诊断工具，支持新疗法与治疗的发展。
诊断困难与现有检测方法的局限：遗传确诊（已知致病mtDNA变异阳性）与未确诊（已知致病mtDNA变异阴性）病例的临床表现重叠是难题。具有典型LHON症状但缺乏三种原发致病mtDNA变异的患者，常与分子确诊者呈现相同临床表现；确诊组与未确诊组缺乏明确临床与影像学差异，限制了磁共振成像（MRI）等影像检查的诊断价值。临床实践中区分LHON与视神经炎等其他疾病亦困难；病例报告提示MRI改变可被解读为炎性，患者常接受激素治疗而无临床改善；疾病罕见亦使医师更常怀疑其他视力丧失原因。遗传方法亦存在显著局限：传统Sanger测序仅覆盖选定DNA片段，可能无法检出异质性变异；某些罕见变异仅通过下一代测序（NGS）检出，凸显早期诊断方法敏感性有限。从聚合酶链反应方法到全面基因组测序的技术进步使越来越多罕见变异得以识别，但这些技术因需专门设备与合格人员而在常规临床实践中可及性不足，周转时间延长亦可导致治疗启动延迟。另一障碍是检出变异的解读：许多被归类为意义未明变异，使遗传咨询与临床决策复杂化；此外，当前测序方法可能无法检出结构变异、深内含子变异或低水平嵌合。疾病相关变异外显不全与表型表达多变亦成问题：并非所有携带者均出现临床症状，其变异机制尚未完全阐明，限制了精确风险分层与预后预测能力。研究层面重要局限包括队列小、回顾性分析及缺乏多中心验证；线粒体翻译系统研究困难及缺乏有效mtDNA操作手段，阻碍罕见变异的功能验证。这种知识不完整与疾病复杂性显著使罕见变异的识别与分类复杂化，导致漏诊或误诊。Sundaramurthy等强调对常规基因检测阴性患者使用NGS进行整个线粒体基因组全面研究的重要性，建议开展更大规模队列研究与更广泛功能分析以验证所识别遗传变异。
临床意义与早期检出罕见遗传变异的重要性：LHON治疗的临床路径大致分为变异特异性与变异非依赖性两类。前者涉及通过适当病毒载体递送的同种异位表达（allotopic expression）用于基因编辑或修饰mtDNA；变异非依赖性方法包括减少线粒体氧化应激、抑制或延迟RGC凋亡和/或促进RGC存活。
变异特异性治疗——临床前同种异位基因治疗研究：另一种基因治疗方法是使用修饰的腺相关病毒（AAV）载体，其一种衣壳蛋白被修饰以含线粒体靶向序列（MTS），形成"MTS-AAV"载体。近期亦开发了ND1相关LHON的体外模型以评估基因治疗疗效。MTS-AAV载体在临床前研究中用于将野生型或含变异的人ND4基因递送至小鼠模型。Liu等将融合Myc表位、后接终止密码子（不含转移RNA）的人ND1/m.3460G>A基因及线粒体编码mCherry克隆入自身互补腺相关病毒血清型2（AAV2）载体，携带突变型人ND1（mut-hND1）以构建表达m.3460G>A变异所编码人ND1蛋白的小鼠模型；不含ND1基因（mCherry）的同一AAV构建体作为对照。半自动定量分析显示，RGC+内丛状层厚度由基线79.9 μm增至注射后4个月的84.5 μm，随后于注射后14个月降至64.8 μm。玻璃体注射前两组小鼠PERG幅度无差异；注射m.3460G>A hND1构建体后1个月观察到PERG幅度统计学显著下降。使用野生型等位基因的基因治疗较未治疗小鼠保留更多视网膜RGC；RGC定量评估显示，注射m.3460G>A hND1构建体的小鼠较注射mCherry的对照小鼠RGC丢失39%（2360 vs 3856 cells/mm2）；野生型hND1治疗较未治疗小鼠多保留29%的RGC（3052 vs 2360 cells/mm2）。
变异特异性治疗——临床同种异位基因治疗试验：2011年针对m.11778G>A变异开展了首项人基因治疗临床试验，纳入9例患者。以最小分辨角对数（logMAR）单位表示的平均最佳矫正视力（BCVA）基线为1.69，治疗后为1.27，即logMAR下降0.42；RNFL厚度未见统计学显著差异。8例患者随访约90个月，logMAR改善仍明显（?0.42）。后续AAV载体研究将患者分为三组：慢性双侧视力丧失持续超过12个月者（第1组）、双侧视力丧失持续不足12个月者（第2组）及单侧视力丧失者（第3组）。Guy等观察到治疗眼logMAR变化为?0.19、对侧眼为?0.08，未发现治疗眼与对侧眼logMAR变化间统计学显著关联；12个月随访（9例达此节点）时，注射眼RNFL厚度平均变化12.6 μm、对侧眼22.6 μm。Lam等证明除单侧视力丧失第3组注射眼（logMAR增加1.4）外，各组视力均有改善（logMAR平均变化?0.25）。针对编码ND4的重组腺相关病毒血清型2载体（rAAV2/2-ND4；GS010，lenadogene nolparvovec）注射开展了三项多中心、随机、双盲III期临床试验，设假治疗或安慰剂对照组（"REVERSE""RESCUE"及"REFLECT"），研究参与者共173例，平均随访21个月。平均BCVA初始注射眼1.48、对侧眼1.37；观察到视力改善，注射眼平均?0.14 logMAR、第二眼?0.03。在REFLECT研究中，48例接受双侧治疗、50例接受单侧治疗；12个月后Newman等观察到两组首个治疗眼视力均有改善（双侧?0.25 logMAR，单侧?0.22），未受累眼亦改善但较不显著（logMAR ?0.11）。REVEAL研究旨在监测治疗的长期效应，随访5年，纳入15例参与者，显示注射眼视力持续改善?0.34 logMAR、第二眼?0.49 logMAR。RESTORE研究为RESCUE与REVERSE研究的随访，随访期长达5年（62例参与者），55例完成5年随访；长期视力改善结果在lenadogene nolparvovec治疗眼（?0.1 logMAR）与假治疗眼（?0.1 logMAR）中均令人期待，治疗后5年药物治疗眼与假治疗眼较基线变化的绝对差异为0.06 logMAR。Newman等将玻璃体内基因治疗与LHON自然病史比较：REVERSE治疗眼与自然病史眼的平均差异（95%置信区间）为0.38 logMAR，利于治疗眼；RESCUE治疗眼与自然病史眼的平均差异为0.25 logMAR，利于治疗眼。
基因编辑：一种基因编辑方法使用线粒体靶向锌指核酸酶（ZFNs）与转录激活样效应核酸酶（TALENs）。ZFNs与TALENs均通过选择性切割含致病变异的mtDNA分子以降低致病变异丰度，从而改变mtDNA异质性（heteroplasmy）。多数LHON携带者为同质性，故ZFNs与TALENs在LHON治疗中适用性有限。双链DNA（dsDNA）特异性细菌间毒素DddA促进了DddA衍生胞嘧啶碱基编辑器（DdCBEs）的发展；这些编辑器将拆分DddA结构域与转录激活样效应（TALE）蛋白结合，可在不诱导双链断裂的情况下实现mtDNA可编程C·G-to-T·A转换。此外，转录激活样效应连接脱氨酶（TALEDs），包括拆分TALEDs（sTALEDs），可实现mtDNA靶向A·T-to-G·C编辑。DdCBEs仅限于C·G-to-T·A编辑。应明确指出这些方法大多仍处于临床前阶段，目前主要依据动物实验数据支持。基于成簇规律间隔短回文重复序列（CRISPR）的系统已被研究用于视网膜基因编辑，但其直接用于mtDNA编辑仍受限。已证明经AAV2递送的黄色荧光蛋白（YFP）/化脓性链球菌CRISPR相关蛋白9（SpCas9）编辑构建体在YFP转基因小鼠视网膜细胞中实现最有效的YFP降低。尚需进一步临床前研究以确定上述技术是否为m.14484T>C变异所致LHON的可行治疗策略。
抗氧化与神经营养治疗：抗氧化治疗在LHON等线粒体疾病治疗中起关键作用。维生素B2、B3、B12、C、E及叶酸，以及补充剂（α-硫辛酸、肉碱、肌酸、L-精氨酸、谷胱甘肽及二氯乙酸）在LHON中的潜在应用已被研究，但未证明明确临床获益。临床试验亦涉及环孢素、溴莫尼定及elamipretide（MTP-131）。口服环孢素A预防严格单侧、遗传确诊LHON患者第二眼受累的临床疗效已被评估；Leruez等观察到研究中所有患者尽管接受环孢素治疗仍出现第二眼受累。艾地苯醌（idebenone）亦被确定为欧盟唯一获批用于LHON治疗的药物，其为辅酶Q10的合成类似物，作为电子传递体绕过呼吸链受损的复合体I并部分恢复ATP生成。遗传性视神经病变门诊救助研究（RHODOS；NCT00747487）纳入85例LHON患者，给予900 mg/日艾地苯醌或安慰剂24周；主要BCVA终点方面，安慰剂组logMAR变化?0.07、艾地苯醌组?0.14，24周时组间差异无统计学显著性（logMAR ?0.07）。停用艾地苯醌后，39例（45.8%）在RHODOS观察性随访研究（RHODOS-OFU；NCT01421381）中随访30个月；自艾地苯醌治疗结束至最终随访期（124周），BCVA呈平行轨迹，出现统计学非显著改善趋势（各治疗组logMAR ?0.08），组间无差异（logMAR 0.002）。自RHODOS研究开始至RHODOS-OFU随访，BCVA总体改善为?0.173 logMAR。根据临床试验结果，艾地苯醌治疗应尽早开始并持续超过24个月以最大化疗效，此时RGC丢失最少且仍有虽无活性但可存活的RGC。Catarino等对111例接受艾地苯醌（900 mg/日）治疗的LHON患者进行开放标签、多中心、回顾性、非对照的长期视力与安全性分析，疗效以临床相关恢复（CRR）或临床相关稳定（CRS）的患者比例评估，对完成随访的87例进行分析；27.5%研究参与者（24/87）至少一眼基线BCVA低于1.0 logMAR，其中50%（12/24）出现CRS；CRS患者平均BCVA由基线0.47 logMAR改善至随访时0.29 logMAR（差值?0.18 logMAR）；46%患者（40/87）达到CRR。抗氧化剂已在临床试验中研究，但其有效性与获益仍不明确；参与者特征差异大影响研究结果，故发现应谨慎解读。因此，开展双盲交叉研究将有益，因其可减少达到统计学显著性所需患者数量并最小化研究人群异质性的影响。
治疗安全性：I/II期REVEAL试验与III期REFLECT试验是评估LHON基因治疗安全性的全面研究。在REFLECT研究中，65例患者在至1.5年内经历至少一次全身不良事件（AE），多数全身AE总体为轻度（135/179事件，75.4%），14/19全身AE与研究操作相关（头痛4.1%、皮疹3.1%、鼻咽炎2.0%）；最常见的眼部治疗中出现不良事件（TEAEs）为眼内炎症：玻璃体炎（50%眼）、虹膜睫状体炎（25%）、角膜后沉着物（23%）及虹膜炎（15%）。REVEAL研究报告涉及全部15例受试者的192例TEAEs，无导致研究中止的TEAEs，47.3% TEAEs为局部眼部症状；最常见的眼部AE为眼内炎症，在接受治疗的195眼中109眼观察到。在RESCUE研究中，37例患者中29例（74%）眼内炎症增加（轻度22例、中度7例、无重度），均为前部与中间葡萄膜炎。在REFLECT研究中，约半数眼内炎症事件仅用局部皮质类固醇处理（105/229事件，46%），约15%（35/229）用局部与全身治疗，约6%（14/229）单用全身皮质类固醇。
未来研究展望：未来研究主要方向之一是扩大对临床提示LHON但未检出三种常见原发致病mtDNA变异病例的遗传诊断。Yang等开发模型强调需进一步揭示既往未被识别的潜在致病mtDNA变异，以拓宽LHON现有遗传谱；这些发现的一致性表明，完整mtDNA测序是未来研究罕见线粒体变异及其与视神经变性关联的关键要素。另一重要研究领域是分析核基因组遗传因素的贡献。Sundaramurthy等提出，部分在mtDNA水平未被识别的病例可能源于核基因致病变异，后者日益被认为是隐性型LHON的重要原因，这表明需扩展研究纳入核成分并开展整合两基因组数据的分析；在罕见变异与视神经变性关联背景下，这意味着需设计涵盖mtDNA与编码线粒体蛋白的核基因的研究。由不同族群构成的群体亦可在研究时考虑；研究应在更大群体中开展以验证来自较小群体的结果并增进对该病遗传成分的理解。遗传检测的重要性在开发未来治疗选择的预后方法中已被强调。未来研究另一重要方向是更深入分析疾病表型异质性。Kearns等指出，鉴于分子研究可及性日益增加，扩大基因 panel 检测与准确遗传咨询具有重要意义。线粒体遗传方式复杂性、不完全外显及单倍群变异性相关问题意味着需进一步研究以对疾病易感性作出更现实预测；所有这些要素对判定基因检测结果至关重要，清楚表明设计基于基因型与表型相互作用研究的必要性。就罕见线粒体变异而言，这意味着需开发能将遗传变异与……相连接的新方法。
