2023年8月3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《生物医学科学杂志》 （Journal of Biomedical Science）上发表了Leber遗传性视神经病变（LHON）基因治疗的最新研究成果（原文链接：https://jbiomedsci.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12929-023-00951-1）。该研究揭示了线粒体ND6异位表达纠正LHON相关m.14484T>C突变引起的线粒体功能障碍的新机制，为研究LHON基因治疗的有效性和安全性提供了全新视角。

Leber遗传性视神经病变（Leber's Hereditary Optic Neuropathy，LHON）是一种常见的视网膜神经节细胞（RGC）及其轴索，受病理性损害后发生退行性变的线粒体遗传病（即母系后代可能发病，父系后代不发病）。通常表现为双眼急性或亚急性无痛性视力下降，严重者导致失明。据估算我国有超过10万名LHON患者，其中以15~35岁发病的男性患者居多，LHON是青少年致盲的主要原因之一，给患者本人及其家庭带来了巨大压力。

图1 LHON患者眼底照片(图源[1])

LHON的诊断需要结合患者的临床表现、家族史、病史及基因检查结果，已经确诊为LHON的患者，临床上常使用支持疗法和神经营养疗法等加以治疗，但疗效均不理想。目前作用于不同途径的治疗方案正在研究发开中，包括抗氧化剂、抗凋亡药物和基因治疗等。艾地苯醌是欧洲2015年批准的第一个用于LHON治疗的药物，能有效恢复LHON患者线粒体ATP的合成水平，进而使患者视力得到改善，但该药物超大剂量使用可能产生副作用，且对慢性期患者治疗效果有限，其有效性和安全性仍需进一步评估。

目前，基因治疗成为LHON最有希望的治疗手段，主要方法是使用野生型基因编码靶向蛋白，补充由于基因缺陷导致的蛋白功能受损，并通过玻璃体腔注射方法，使携带野生型基因的病毒直接转染至视网膜神经节细胞中，进而改善视网膜神经节细胞的功能，目前LHON基因治疗有多项I期、II期和III期研究，实践证明，该方法有助于患有m.11778G>A突变的LHON患者视力改善，尽管其安全性和有效性仍需进一步随访研究，但通过基因治疗手段利用安全载体递送核酸药物用以表达正常基因产物的疗法，成为治疗Leber遗传性视神经病变最具前景的治疗方案之一。

图2 眼部注射基因治疗（图源[2]）

管敏鑫教授长期从事母系遗传性疾病的分子致病机制和临床转化研究，从Leber遗传性视神经病变的流行病学调查分析，到疾病机制探索和干预治疗，均取得了一系列国际领先水平的创新性研究成果。不仅系统阐述了m.3460 G>A、m.11778 G>A和 m.14484 T>C三种原发性突变及其他多个突变导致LHON发病的机制，还首次发现X连锁核修饰基因PRICKLE3突变线粒体基因突变协同作用引发LHON，破解了困扰多年的LHON解男性好发之谜，成为线粒体疾病LHON致病机制研究中一次里程碑式的突破。同时管敏鑫团队还通过分离LHON患者皮肤组织样本中的成纤维细胞，诱导为iPSC（诱导多能干细胞），并将iPSC在体外诱导为视神经节细胞，通过CRISPR/Cas9基因编辑技术，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。这些研究不仅为LHON的精准诊断和机制研究提供了坚实的理论支撑，也为LHON的干预治疗带来了新的曙光。 

本研究从一个携带m. 14484 T>C突变的中国LHON家系出发，通过异位表达方式，将野生型ND6 基因序列中的 6 个非通用密码子修改为通用密码子，并对该序列进行优化，使其能细胞核内转录正常ND6基因，经线粒体靶向序列将胞质表达ND6蛋白导入线粒体，最终修复复合体Ⅰ的功能缺陷。

体外实验表明，异位表达ND6能提高携带m. 14484 T>C突变细胞的ND6蛋白表达水平，并恢复复合体Ⅰ的酶活性和组装，促进线粒体膜电位和ATP上升，ROS水平显著下降，恢复受损的线粒体自噬过程，减少突变导致的细胞凋亡过程。同时，研究还发现，ND6异位表达不仅使携带m. 14484 T>C突变的细胞ND6表达水平上升，也使与之存在相互作用的ND1和ND4L表达水平上升，但同种情况在野生型ND6异位表达细胞中并未出现，提示细胞存在维持正常功能的蛋白最大阈值水平，野生型ND6蛋白可取代突变型ND6蛋白稳定与ND1和ND4L之间的相互作用，改善复合体Ⅰ功能，减少因突变导致的细胞功能受损，防止m.14484T>C突变引起的视网膜神经节细胞功能障碍或死亡。

综上所述，本研究证实人ND6异位表达能恢复m.14484T>C引起的复合体Ⅰ、细胞凋亡和线粒体自噬缺陷，通过基因异位表达技术表达正常基因产物来矫正突变导致的线粒体功能障碍，不仅为Leber遗传性视神经病变的治疗提供了颇具前景的治疗方案，也促使其他线粒体疾病的治疗向更加积极的方向发展。

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。博士生王静为本文第一作者，博士生艾成和浙江大学儿童医院副研究员冀延春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。

[1]来自母亲的印记——Leber 遗传性视神经病变（LHON）浙江大学遗传学研究中心https://mp.weixin.qq.com/s/HYKQTpADGuo-RXV0gxW-nQ

[2] Easy, effective therapy to restore sight: Engineered virus will improve gene therapy for blinding eye diseases. Retrieved 24,J anuary, 2019, from https://medicalxpress.com/news/2013-06-easy-effective-therapy-sight-virus.html

[3]Optimized allotopic expression of mitochondrial ND6 transgene restored complex I and apoptosis deficiencies caused by LHON-linked ND6 14484T > C mutation. Journal of Biomedical Science 03, August, 2023, from https://jbiomedsci.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12929-023-00951-1

通讯作者介绍

管敏鑫，浙江大学求是讲席教授，973首席科学家。1983年毕业于杭州大学生物系，1993年获澳大利亚国立大学博士学位；1993-1999年任加州理工学院博士后；1999-2011年在辛辛那提大学儿童医院任助理教授、副教授、教授；2011年全职回到浙江大学工作，曾任生命科学学院院长、医药学部副主任，现任遗传学研究所所长。曾获5项美国国立卫生研究院RO1基金，主持973计划，科技部重点研发计划，国家自然科学基金重点项目等课题。长期从事遗传性线粒体疾病的基础研究和临床转化，已建立3000余家系的母系遗传性耳聋、2000余家系的遗传性视神经病变的队列，围绕这些线粒体功能障碍所致出生缺陷的致病机制和精准诊治，开拓创新，取得了一系列具有国际领先水平的原创性研究成果并形成重要的理论体系。破解氨基糖苷类抗生素“一针致聋”之谜，发现了3个调控线粒体12S rRNA基因突变耳聋表型表达的核修饰基因TRMU、MTO1、GTPBP3，创新性地提出了核修饰基因和线粒体基因相互作用导致耳聋的新理论；多维度诠释线粒体tRNA突变位点通过影响tRNA结构稳定性、转录前体剪切、核苷酸修饰、氨基酰化以及线粒体DNA复制导致耳聋的新机制；在耳聋患者源的遗传缺陷型组织中实现iPSC的遗传矫正，实现听力功能重塑；授权国家发明专利9件，多项成果得到转化和广泛应用。管敏鑫教授（2011年-2023年）共发表104篇SCI论文，其中以通讯作者发表71篇文章 [Nucleic Acid Research （12篇），Circulation Research （1篇），Journal of Clinical Investigation （1篇），JCI insight（2篇），Journal of Biological Chemistry（11篇），Human Molecular Genetics（8篇），Invest Ophthalmol Vis Sci（5篇）].连续9年（2014-2022年）入选“Elsevier生化、遗传和分子生物学”高被引学者。曾获2次国家科技进步二等奖、谈家桢生命科学创新奖等奖励；授权国家发明专利11件；主编《医学遗传学》等教材；曾担任美洲华人遗传学会主席（2007-2008）和亚洲线粒体医学及研究学会主席（2011-2014）。