2023年1月5日，浙江大学遗传学研究所管敏鑫教授课题组在国际权威学术期刊《人类分子遗传学》（Human Molecular Genetics）在线发表题为Nuclear modifier YARS2 allele correction restored retinal ganglion cells-specific deficiencies in Leber’s hereditary optic neuropathy的研究成果，（原文链接：https://academic.oup.com/hmg/advance-article-abstract/doi/10.1093/hmg/ddad001/6972259?redirectedFrom=fulltext）。该研究基于CRISPR/Cas9基因编辑技术和诱导多能干细胞（iPSC）技术，成功实现Leber遗传性视神经病变（LHON）患者视网膜神经节细胞（RGC）形态和功能重塑，为LHON的治疗带来“新的曙光”。

Leber遗传性视神经病变是一种典型的母系遗传性眼病，在我国约有超过10万名患者，其中以男性患者居多，常于15～35岁发病，双眼同时或先后急性或亚急性无痛性视力减退，同时可伴有中心视野缺失及色觉障碍。视网膜神经节细胞 (RGC)的退化是其发病的主要原因,至今尚无有效的治疗方法。线粒体ND4 11778G>A（m.11778G>A）突变是最常见的LHON相关的线粒体DNA（mtDNA）突变。课题组最近的研究表明，一些LHON家族中m.11778G>A突变和酪氨酸tRNA合成酶（YARS2 c.572G>T）突变存在协同作用，共同调控LHON的表型表现。然而，LHON相关的mtDNA突变对RGC的组织特异性影响机制仍不清楚，并且目前仍然缺乏明确有效的针对LHON的治疗方法。

基因治疗和基于CRISPR的基因组编辑技术在医学遗传学领域具有广阔的应用前景。事实上，LHON是多因素疾病，受mtDNA突变和核修饰因子或表观遗传因素共同作用，这两种方法都为LHON和其他线粒体疾病的干预治疗开辟了新的途径。。目前，基于AAV治疗LHON的基因替代疗法已进入临床试验阶段。该疗法通过异位表达手段，在细胞核内转录正常ND4基因，经线粒体靶向序列将胞质表达的正常ND4蛋白导入线粒体，最终修复复合体I的功能缺陷。然而，该疗法对病毒载体传递的依赖可能会引起细胞毒性，并且ND4的过度表达也可能影响复合体I的组装和稳定性。课题组最近的研究表明，mtDNA突变和修饰基因突变如TRMU、YARS2和PRICKLE3之间存在协同作用，因此基于CRISPR/cas9基因编辑技术对修饰基因的基因矫正可能成为治疗线粒体疾病的另一种策略。

本研究从一个中国LHON家族出发，分离获得患者特异的皮肤成纤维细胞并将其重编程为诱导多能干细胞。通过CRISPR/Cas9基因编辑技术对LHON患者iPSC中YARS2突变进行了基因矫正。随后使用逐步分化程序将iPSC定向分化成RGC。我们发现那些来自同时携带m.11778G>A和YARS2突变的有症状个体的RGC在神经元分化、形态（包括体细胞面积减少、神经元数量和轴突长度缩短）和电生理特性方面表现出比只携带m.11778G>A突变的细胞更严重的缺陷。此外，这些RGC显示出在氧气消耗率、线粒体ATP的水平和活性氧生产的增加等方面都比其他疾病模型更急剧的下降。这些线粒体功能缺陷诱导了RGC退化的凋亡过程。此外，我们通过CRISPR/Cas9技术对LHON患者源iPSC中的YARS2基因进行遗传矫正，恢复了YARS2基因突变引起的线粒体功能障碍，重塑了患者衍生的RGC的形态和功能。

综上所述，本研究阐明了m.11778G>A突变和YARS2基因突变对RGC形态和功能的影响。m.11778G>A突变对RGC的发育、形态和功能表现出相对温和的影响。而YARS2突变与m.11778G>A突变的协同作用导致了LHON表型表达所必需的RGCs发育、形态和功能的更严重缺陷。基于CRISPR/Cas9基因编辑技术的基因矫正使患者衍生的RGC的形态和功能得到恢复。本研究为LHON的致病机制提供了新的见解，即由于m.11778G>A突变和核修饰基因YARS2突变导致线粒体功能障碍而表现出的RGC缺陷，并为该疾病的干预治疗提供了科学依据和技术支撑。

本文特别缅怀纪念我国神经眼科学主要奠基者之一，LHON研究的先驱者，原福建医科大学童绎教授。本项研究受到科技部重点研发计划和国家自然科学基金的支持。博士后陈加荣和陈潮为本文共同第一作者，浙江大学遗传学研究所管敏鑫教授为本文通讯作者。