有希望的基因疗法可以恢复人类的视力

这简直太简单了。加利福尼亚大学伯克利分校的科学家们将一种绿光受体基因插入到盲人的眼睛中，一个月后，他们像没有视力问题的老鼠一样在障碍物周围航行。他们能够在iPad上看到运动，亮度变化超过千倍的范围和细节，足以区分字母。

研究人员表示，在短短三年内，基因治疗 - 通过灭活病毒传播 - 可以用于因视网膜变性而失明的人，理想情况下给予他们足够的视力来移动并可能恢复他们阅读或观看视频的能力。加州大学伯克利分校和细胞生物学教授，海伦威尔斯神经科学研究所所长埃胡德·伊萨科夫说：“你会把这种病毒注射到一个人的眼中，几个月之后，他们会看到一些东西。”“对于视网膜的神经退行性疾病，通常所有人都试图停止或减缓进一步的退化。但是在几个月内恢复形象的东西 - 这是一件值得思考的事情。”

全世界约有1.7亿人患有与年龄相关的黄斑变性，其中每10人中就有一人超过55岁，而全世界有170万人患有最常见的遗传性失明症 - 视网膜色素变性，这通常会使人失明40。

加州大学伯克利分校和细胞生物学教授约翰弗兰纳里说：“我有没有光感的朋友，他们的生活方式让人心痛。”“他们必须考虑看到的人认为理所当然。例如，每次他们去酒店时，每个房间的布局都有点不同，他们需要有人在他们头脑中制作3D地图的同时在房间里走动日常用品，如低矮的咖啡桌，可能是一种堕落的危险。严重的，致残性视力丧失的患者的疾病负担是巨大的，他们可能是这种治疗的第一批候选人。

目前，此类患者的选择仅限于连接到坐在一副眼镜上的摄像机的电子眼植入物 - 一种笨拙，侵入性和昂贵的设置，在视网膜上产生图像，目前相当于一些百像素。正常，锐利的视觉涉及数百万像素。纠正导致视网膜变性的遗传缺陷也不是直截了当的，因为仅有250多种不同的基因突变导致视网膜色素变性。其中约90%会杀死视网膜的感光细胞 - 对昏暗的光敏感的视杆和视锥细胞，用于日光色彩感知。但视网膜变性通常会使视网膜细胞的其他层面不受影响，包括双极和视网膜神经节细胞，这些细胞在人们完全失明后数十年才能保持健康，虽然对光线不敏感。

在他们的小鼠试验中，加州大学伯克利分校的团队成功地使90%的神经节细胞对光敏感。Isacoff，Flannery及其加州大学伯克利分校的同事将在3月15日的“自然通讯”网络版上发表一篇文章报道他们的成功。

“你可以在20年前做到这一点”

为了逆转这些小鼠的失明，研究人员设计了一种靶向视网膜神经节细胞的病毒，并将其加载到光敏感受体的基因中，绿色(中等波长)视锥细胞视蛋白。通常，该视蛋白仅由视锥感光细胞表达，并使其对绿黄色光敏感。当注射到眼睛中时，病毒将基因携带到通常对光不敏感的神经节细胞中，并使它们对光敏感并且能够向大脑发送被解释为视觉的信号。

“对于我们可以测试小鼠的极限，你不能告诉光学处理小鼠的行为来自没有特殊设备的正常老鼠，”弗兰纳里说。“还有待观察病人的转化情况。”

在小鼠中，研究人员能够将视蛋白传递给视网膜中的大多数神经节细胞。为了治疗人类，他们需要注射更多的病毒颗粒，因为人眼比小鼠眼睛含有数千倍的神经节细胞。但加州大学伯克利分校的团队已经开发出增强病毒传递的方法，并希望将新的光传感器插入到同样高百分比的神经节细胞中，这相当于相机中非常高的像素数。

经过十多年的尝试更复杂的方案，包括插入遗传工程神经递质受体和光敏化学开关的幸存视网膜细胞组合，Isacoff和Flannery得出了简单的解决办法。这些工作，但没有达到正常视力的敏感性。来自其他地方测试的微生物的Opsins也具有较低的灵敏度，需要使用光放大护目镜。

为了捕捉自然视觉的高灵敏度，Isacoff和Flannery转向光感受器细胞的光受体视蛋白。使用天然感染神经节细胞的腺相关病毒(AAV)，Flannery和Isacoff成功地将视网膜视蛋白的基因传递到神经节细胞的基因组中。先前失明的老鼠获得持续一生的视力。

“这个系统真的非常令人满意，部分原因在于它也非常简单，”Isacoff说道。“具有讽刺意味的是，你可以在20年前做到这一点。”Isacoff和Flannery正筹集资金，在三年内将基因疗法纳入人体试验。类似的AAV递送系统已被FDA批准用于患有退行性视网膜病症且没有医学替代品的人的眼病。

它不可能奏效

根据Flannery和Isacoff的说法，视力领域的大多数人都会质疑视蛋白是否可以在他们专门的视杆细胞和锥形感光细胞之外工作。感光器的表面装饰有视蛋白 - 棒中的视紫红质和视锥细胞中的红色，绿色和蓝色视蛋白 - 嵌入在复杂的分子机器中。分子中继--G蛋白偶联受体信号级联 - 有效地放大信号，使我们能够检测单个光子。一旦酶检测到光子并且变为“漂白”，酶系统就会对视蛋白进行再充电。反馈调节使系统适应不同的背景亮度。并且专门的离子通道产生有效的电压信号。如果不移植整个系统，怀疑操作不起作用是合理的。

但Isacoff专门研究神经系统中的G蛋白偶联受体，他知道所有细胞中都存在许多这些部位。他怀疑视蛋白会自动连接到视网膜神经节细胞的信号系统。他和Flannery最初一起尝试了视紫红质，它比光视蛋白更敏感。

令他们高兴的是，当视紫红质被引入小鼠的神经节细胞时，它们的杆和视锥细胞完全退化，并且因此失明，这些动物重新获得了从光线中暗示黑暗的能力 - 甚至是微弱的室内光线。但视紫红质结果太慢，在图像和物体识别方面都失败了。

然后他们尝试了绿色锥形视蛋白，其响应速度比视紫红质快10倍。值得注意的是，这些老鼠能够区分平行线和水平线，线间距离较远(标准人类视敏度任务)，移动线与静止线。恢复的视野非常敏感，iPad可以用于视觉显示而不是更亮的LED。

“这有力地将信息带回家，”伊萨科夫说。“毕竟，盲人重新获得阅读标准电脑显示器，通过视频进行交流，观看电影的能力是多么美妙。”

这些成功使得Isacoff和Flannery想要更进一步，并找出动物是否可以在视力恢复的世界中航行。引人注目的是，绿锥视觉也是成功的。盲目的老鼠重新获得了执行其最自然行为的能力：识别和探索三维物体。

然后他们问了一个问题，“如果视力恢复的人到户外进入更明亮的光线会怎么样?他们会被光线蒙蔽吗?”在这里，该系统的另一个显着特征出现，Isacoff说：绿锥视网膜信号通路适应。以前盲目适应亮度变化的动物可以像看见动物一样完成任务。这种适应性工作在大约一千倍的范围内 - 差别在于平均室内和室外照明之间的差异。

弗兰纳里说：“当每个人都说它永远不会起作用而且你疯了，通常这就意味着你要做点什么。”实际上，这相当于使用LCD计算机屏幕首次成功恢复图案视觉，第一个适应环境光的变化，第一个恢复自然物体视觉。加州大学伯克利分校的团队现在正在测试主题的变化，这些变化可以恢复色彩视觉并进一步提高敏锐度和适应性。