自适应光学/光学相干断层扫描血管成像揭示视网膜色素变性中早期视锥细胞和血管变化连接基因型与表型

《Visual Neuroscience》：AO/OCTA uncovers early cone and vascular changes linking genotype to phenotype in retinitis pigmentosa

　　

敏感的生物标志物对于视网膜色素变性（RP）的早期检测和个体化管理至关重要。本研究旨在利用自适应光学（AO）和光学相干断层扫描血管成像（OCTA）识别RP患者和无症状RP携带者的早期影像学生物标志物。研究纳入39只RP患者眼、19只无症状携带者眼和49只健康对照眼。在所有组中量化了光感受器镶嵌指标（密度、间距、规则性、离散度），同时在RP队列中进一步分析了OCTA衍生的结构和血管参数。RP患者与对照组相比，光感受器密度降低（26,712 vs 32,763 cells/mm²）且离散度增加（19.5% vs 12.7%）（均p < 0.05）。携带者表现出中间密度（29,011 cells/mm²，p = 0.124）但离散度增加（17.1%，p < 0.05）。AO密度与视网膜厚度呈正相关（r = 0.33–0.38，均p < 0.05）。AO离散度与外层视网膜厚度呈负相关（r = ?0.43，p = 0.009）。AO间距与深层视网膜血流呈正相关（r = 0.35，p = 0.036）。基因型分组揭示了表型差异：纤毛相关突变显示出最严重的紊乱（规则性89.7%）但最厚的脉络膜（372 μm）（p < 0.05）。离散度最好地区分携带者与对照（AUC = 0.755）。总之，AO检测到RP患者中与视网膜结构和血管改变相关的光感受器紊乱，并识别无症状携带者中的症状前微结构变化。这是首次通过多模态成像证明基因型-表型联系，为RP的早期诊断和个体化管理提供了新的生物标志物。

**论文解读：自适应光学联合光学相干断层扫描血管成像揭示视网膜色素变性的早期视锥细胞与血管变化及其基因型-表型关联**

**研究背景与问题**

视网膜色素变性（retinitis pigmentosa，RP）是一组遗传性视网膜营养不良，主要累及光感受器和视网膜色素上皮（retinal pigment epithelium，RPE），导致进行性夜盲、视野缩窄乃至中心视力丧失。传统诊断依赖临床症状、眼底检查和常规光学相干断层扫描（optical coherence tomography，OCT），但这些方法难以在症状出现前或细胞水平上捕捉早期病理改变。近年来，自适应光学（adaptive optics，AO）技术通过校正眼内光学像差，实现了光感受器层的细胞级分辨率成像，为研究RP的早期结构变化提供了可能。然而，目前仍缺乏系统性的多模态成像研究，将AO与OCTA（optical coherence tomography angiography，OCT血管成像）结合，同时评估光感受器镶嵌指标与视网膜微血管参数，并探索其与基因型的关联。因此，研究人员开展此项横断面研究，旨在识别RP患者及无症状携带者的早期影像学生物标志物，并揭示基因型-表型联系，为早期诊断和个体化管理提供依据。该论文发表在《Visual Neuroscience》。

**主要技术方法**

本研究采用两种关键成像技术：自适应光学（AO）成像使用rtx1?自适应光学视网膜相机（Imagine Eyes, Orsay, France），在4°×4°视场下采集中心凹旁光感受器镶嵌图像，通过专用软件手动校正后量化视锥细胞密度、间距、规则性和离散度。OCTA使用TowardPi系统（TowardPi, China），以6 mm×6 mm扫描模式获取视网膜厚度、血流密度、黄斑无血管区（foveal avascular zone，FAZ）面积及脉络膜血管指数（choroidal vascularity index，CVI）等参数。样本来源于重庆医科大学附属第一医院眼科门诊，2024年7月至11月招募，共纳入39只RP患者眼（22例患者）、19只无症状携带者眼（11例）和49只健康对照眼（29例）。遗传分析通过全外显子测序（whole-exome sequencing，WES）和Sanger测序确认突变，并按基因功能将RP患者分为纤毛组、RNA剪接组、光转导组和代谢相关组。

**研究结果**

**人口学与遗传发现**：RP患者平均年龄38.59岁，最常见的致病基因为USH2A（4例），其次为EYS（2例）、SNRNP200（2例）等。携带者中3例携带USH2A突变，均为常染色体隐性遗传。三组年龄、性别和眼轴长度无显著差异。

**AO成像指标**：与对照组相比，RP患者视锥细胞密度显著降低（26,712 vs 32,763 cells/mm²，p?=?0.0001），离散度显著增加（19.49% vs 12.74%，p?2，p?=?0.124）但离散度已显著升高（17.11%，p?=?0.0036），规则性无显著差异。间距在三组间无显著差异。说明离散度是RP携带者最早出现的可检测结构异常。

**OCTA发现**：RP患者中心凹外层视网膜厚度为199.54?μm，脉络膜厚度255.43?μm。椭圆体带（ellipsoid zone，EZ）长度与各层视网膜厚度呈正相关（r?=?0.46~0.72，均p?
**相关性分析**：控制年龄、性别和眼轴后，AO密度与外层视网膜厚度（r?=?0.38，p?=?0.024）和全层厚度（r?=?0.34，p?=?0.041）呈正相关；AO离散度与外层视网膜厚度（r?=??0.43，p?=?0.009）和全层厚度（r?=??0.37，p?=?0.028）呈负相关；AO间距与深层视网膜血流（r?=?0.35，p?=?0.036）和全层血流（r?=?0.33，p?=?0.047）呈正相关，与脉络膜厚度（r?=??0.35，p?=?0.038）呈负相关；AO规则性与外层视网膜厚度、全层厚度及全层血流呈负相关。以上结果证明AO参数与视网膜结构及血管完整性密切相关。

**基因型特异性AO/OCTA表型**：纤毛组（如USH2A、CEP290）表现出最显著的光感受器紊乱（规则性89.66%，p?=?0.0079），但脉络膜最厚（372?μm，p?=?0.0008），与RNA剪接组和代谢相关组差异显著。代谢相关组则表现出更大的光感受器间距。全层视网膜血流分布在基因型组间亦有显著差异（p?=?0.0347）。说明不同致病基因驱动不同的病理模式，纤毛功能异常导致“紊乱-厚脉络膜”的矛盾表型，而代谢应激主要导致细胞丢失。

**AO参数对RP携带者的诊断效能**：离散度在区分携带者与对照组中表现最佳，ROC曲线下面积（AUC）为0.755（95% CI: 0.615–0.894，p?=?0.001），特异性95.92%，阳性预测值81.82%，敏感性47.37%。密度AUC为0.692，特异性97.96%但敏感性仅26.32%。规则性和间距的区分能力未达统计学意义。表明离散度是识别亚临床RP携带者的高特异性生物标志物。

**讨论与结论**

讨论部分指出，本研究通过多模态高分辨率成像与遗传数据整合，揭示了RP在微结构和功能层面的异质性，获得三项关键发现：第一，光感受器空间离散度是识别症状前RP的高特异性生物标志物，其在无症状携带者中已显著升高，且诊断效能优于密度等指标，可作为RP家族成员筛查的“红旗”标志。第二，基因型-表型关联显著，纤毛相关突变呈现独特的“严重紊乱但脉络膜增厚”的矛盾表型，推测这可能与光感受器细胞骨架或极性紊乱相关，而脉络膜增厚可能是代偿性反应或独立的血管重塑机制；代谢相关组则表现为光感受器间距增大，反映细胞丢失。第三，AO成像揭示了“结构-功能分离”，即EZ缺失区域仍可检测到存留的视锥细胞，提示功能丧失先于结构崩解，为基因治疗和神经保护提供了潜在治疗窗口。此外，部分相关性分析证实了AO参数与视网膜厚度及血流的独立关联，且未发现与视力的直接线性关系，突显了结构-功能关系的复杂性。研究局限性包括横断面设计、手动ROI选择偏倚、基因型亚组样本量较小等，未来需纵向随访、自动化AI分割及多中心验证。

结论翻译：本研究证实，AO成像能够检测RP患者和携带者的症状前光感受器紊乱，这种紊乱与视网膜变薄相关。值得注意的是，研究人员首次建立了RP中的基因型-表型联系，其中纤毛相关突变表现出独特的矛盾表型，即严重紊乱但脉络膜增厚。光感受器离散度可作为区分无症状携带者与对照的敏感影像学生物标志物。这些发现凸显了AO在RP早期检测、机制分型和监测中的潜力。未来研究应将纵向AO与功能模态及人工智能工具相结合，以推进遗传性视网膜疾病的个体化管理。