首例经光遗传学疗法恢复部分视力的RP病例

光遗传学是一种利用基因工程和光来控制神经细胞的功能的技术，已被证明是一项生物领域的革命性技术。这项技术甚至可以绘制啮齿动物、灵长类动物的神经网络，吸引了许多研究人员投身到这一领域的研究中，希望能借此发现治疗人类某些神经生理疾病的新疗法。

日前，一个欧洲研究小组在一项临床试验的早期结果中发现，一种结合光遗传学、基因疗法和特制发光眼镜的实验疗法，能够恢复患有视网膜色素变性盲人的部分视觉功能。此项研究法发表于Nature Medicine，题为 “首例经光遗传学方法治疗后，恢复部分功能的神经退行性疾病病例”（doi: 10.1038/s41591-021-01351-4）。

图1 一项将光遗传学方法和光刺激眼镜结合的临床试验，使视网膜色素变性（Retinitis Pigmentosa）患者恢复了物体识别和简单视觉成像的能力

一种破坏性疾病：视网膜色素变性

视网膜色素变性是一种罕见的遗传性疾病，主要表现为视网膜感光细胞（即视杆细胞和视锥细胞）的损坏和消失。典型的症状包括：患者的视力从年轻始开始渐进性退化，伴随着夜视能力下降、部分周边视力的丧失，最终在40岁左右完全失明。全世界大约每4000人中就有1人患有这种疾病。这种疾病是一种遗传因素导致的复杂病变，多达100个不同基因中的任何一个发生突变都会导致视网膜色素变性，因此很难找到直接的治疗方法。

此次临床试验结果由包括来自法国、英国、瑞士和美国几所大学的科学家，以及总部位于巴黎的临床阶段生物制药公司GenSight biomedical的团队发表。研究的本意是尝试利用光遗传学技术来减轻视网膜色素变性的症状。光遗传学方法的原理是通过基因疗法，将编码光敏蛋白的基因转移到神经元中，从而能够通过光电传递的光信号远程激发、控制、追踪神经元。

GS030系统

此项特定实验被称为PIonEER I/II期研究，测试了GenSight及其学术合作伙伴开发的GS030光遗传学平台。该系统首先对视网膜内表面附近的视网膜神经节细胞的进行修饰。在健康人的眼球中，这些细胞如同一个交换所，将眼睛的光感受器感知到的视觉信号传递到大脑的处理中心。

图2 临床试验中的系统包括对视网膜细胞进行基因编辑，以编码光敏蛋白，以及直接使用光信号刺激细胞的光电眼镜

基因修饰通过基因治疗技术进行一次注射完成，替代了视网膜神经节中为光敏蛋白ChrimsonR-tdT编码的基因序列。这使得神经节细胞对明亮的590纳米（琥珀色）光有直接的反应，使得神经节细胞可以直接受到590纳米光子的刺激，完全绕过由于视网膜色素变性而被破坏的光感受器。

该疗法的另一个组成部分是一副能够根据视觉刺激发出合适波长光的光电眼镜，这款眼镜使用所谓神经形态视觉传感器（事件相机）捕捉现实世界的图像。与传统相机不同的是，神经形态视觉传感器生成的并非类似于照片的场景图像，而是逐像素检测强度的变化。随后，光电眼镜将其映射成单色图像，通过590纳米的光脉冲实时投射到转基因视网膜细胞上。

临床试验结果

PIONEER试验共有来自各地的十几名患者，但在发表于Nature Medicine论文中仅报道了这些试验对象其中之一。在治疗之前，这位40年前首次被诊断为视网膜色素变性的58岁的男性患者只能区分光线的有无，无法分辨形状或者物体。

试验方案进行了一段时间。患者的“弱势眼”被注射含有光基因修饰基因的病毒载体后，研究人员对患者进行了四个半月的监测以确认无任何副作用，同时留出足够的时间，使得修饰基因在患者的视网膜上稳定。之后，患者配戴GS030眼镜，进行了7个月的系统视觉训练。

图3一位失明的RP患者在GS030系统中进行测试。在接受治疗之前，他只能够感知光线的有无；治疗之后能够识别、计数和触摸物体

在接受视觉训练后（也就是在进行基因治疗大约一年后）病人已经准备好接受测试，以分析视力的改善情况。首先，研究人员询问病人是否能感知、定位和触摸研究人员放在桌子上的小物体（一个笔记本和一盒订书钉），以及他是否能感知、计数和定位几个小玻璃杯。在未佩戴光刺激眼镜的测试中，病人无法辨认任何物体；佩戴眼镜进行的测试中，病人识别、计数和定位物体的几率在36%到92%之间；当受试者被要求挑选出最大的物体（笔记本）时，概率是最高的。

研究人员在测试中同时测量了整个大脑神经元活动水平的脑电图，结果表明光遗传疗法引起的视网膜刺激传播到大脑的初级视觉皮层，影响了成像行为。

实验室外测试

其中更值得注意的是病人在室内实验室之外的测试。研究人员写道，在室外测试中，病人戴着眼镜“识别出了人行横道，并且数出了斑马线的数量”。患者随后描述其“日常视觉活动有了非常大的改善，能看到盘子、杯子、电话，看到房间里的家具、走廊中的门。但以上改善只出现在佩戴眼镜时。”

毋庸置疑的是，此项结果仅来自一个患者，尚未组成一个完整的临床试验。测试中还存在一些小问题：例如，在病人感知一个物体时，即使物体本身没有移动，但病人会有“物体在垂直振动”的感觉。尽管存在这些问题，此项研究的初步结果仍然为光遗传学治疗视网膜色素变性患者（甚至其他神经退行性疾病）的临床潜力提供了一项有力的支撑。

此项研究的参与者来自：索邦大学、巴黎视觉研究所（the Institut de la Vision）、法国国家Quinze-Vingts眼科中心、Rothschild眼科基金会、GenSight生物技术公司；美国匹兹堡大学医学院、英国伦敦的Moorfields眼科医院、伦敦大学学院眼科研究所、瑞士巴塞尔分子和临床眼科研究所以及巴塞尔大学。