遺傳性眼科疾病總論

視網膜疾病的基因治療

前言
眼部疾病的基因治療可依據治療的區域如結膜、角膜、水晶體、脈絡膜、視網膜和視神經等進行劃分。目前的研究以視網膜疾病佔大宗，且多集中於RPE-65介導之遺傳性視網膜失養症(RPE65-mediated inherited retinal dystrophy)。基因治療的病理機轉標的以發炎、免疫反應、血管生成和退化為主1。根據基因治療臨床試驗全球數據庫(Gene Therapy Clinical Trials Worldwide Database)資料，全球基因治療臨床試驗68.2％ 與癌症相關，眼科疾病僅占其中的1.5％2。儘管如此基因治療仍然在眼科領域中具有重要地位，因為許多由基因缺陷引起的遺傳性眼部或具眼睛症狀的全身性疾病如X染色體串聯視網膜裂損症(X-linked retinoschisis)、視網膜色素變性(retinitis pigmentosa)和先天性白內障(congenital cataract)等，均無法使用傳統藥物治療。唯有從根本糾正基因上的缺陷，方能改善其所引起之病理變化和臨床表現。

視網膜疾病
目前有超過300個基因與遺傳性視網膜失養症(inherited retinal degenerations, IRDs)相關3，這些基因導致光感受器或視網膜色素上皮（retinal pigmented epithelium, RPE）功能異常和退化。IRDs通常以體染色體顯性、體染色体隱性和X性聯方式遺傳。此外，亦有報告顯示IRDs具有多基因和粒線體遺傳的特性。IRDs有很大的異質性，既有先天或幼年發病的疾病，如萊伯氏先天性黑曚症（Leber's Congenital Amaurosis, LCA）和斯特格氏黃斑失養症（Stargardt disease）；亦有成年發病的疾病例如部分形式的視網膜色素變性（retinitis pigmentosa）、錐-桿狀細胞失養症（Cone-Rod dystrophy）和桿-錐狀細胞失養症（Rod-Cone dystrophy）4。目前研究最為廣泛的LCA在全球之盛行率約介於1/81000到1/30000，佔所有IRDs 5%。但由於其早發特性約20% 的失明學齡兒童為此病所致。LCA多為體隱性遺傳，且至今已有超過20個基因可能與其相關。盛行率較高的基因為GUCY2D、RPE65、CRB1、CEP290及RDH125。光感受器功能異常引起的視網膜退化在體染色體隱性疾病，如尤塞氏症候群(Usher Syndrome)、Bardet–Biedl症候群和Senior-Loken症候群亦十分常見。IRDs基因傳遞的成功將有助於緩解這些致盲性疾病的不良影響，改善患者的生活品質4。

視網膜基因治療歷史
視網膜長期以來一直被視為基因治療的理想目標，因為視網膜為受到視網膜血管屏障(blood-retina barrier)保護、具有免疫特權的封閉環境。視網膜體積小且成年後缺乏細胞增殖，因此治療視網膜疾病只需少量載體。而光學相干斷層掃描(optical coherence tomography)和眼底成像可以輕鬆地實時監測動物模型和臨床試驗受試者的療效6。儘管有上述優勢且基因治療的最早可追溯到1950年代，視網膜基因治療的研究卻從1990年代才開始。1994年科學界首次嘗試在小鼠身上使用腺病毒載體傳遞視網膜基因，研究顯示通過視網膜下注射(subretinal injection)能對 RPE進行有效率的轉導(transduction)7。然而，光感受器的轉導難度較高需要更高的治療劑量。接著，1996年時研究成功在隱性視網膜退化的rd1小鼠模型中使用腺病毒載體進行基因治療8。同一時期其他研究使用來自人類免疫缺乏病毒（human immunodeficiency virus, HIV）的慢病毒載體和AAVs載體，亦實現了對光感受器和RPE的高效轉導9,10。上述研究亦指出在退化發生前及早接受治療則基因轉移至光感受器的情形較為理想。

眼科基因開始發展不久即遭遇挫敗，1999年患有鳥胺酸氨甲醯基轉移酶缺乏症（ornithine transcarbamylase deficiency）的Jesse Gelsinger，在接受基因治療後以死亡收場。隨後，接受反轉錄病毒基因治療的嚴重聯合免疫缺乏症（severe combined immunodeficiency, SCID）-X1患者亦有部分在治療後2到6年內患上T細胞白血病11。上述悲劇使得基因治療受到沈重打擊、減緩了基因治療的發展。不過隨著技術的進步很快就迎來了復甦，2017年一項第三期臨床試驗結果顯示Voretigene neparvovec (Luxturna) 基因替代治療能夠改善先前無法治療的RPE-65介導之遺傳性視網膜失養症患者的功能視力12。同年，美國FDA即核准其成為第一個IRDs的基因治療藥物。

視網膜疾病基因治療方法
視網膜基因治療方法根據基因突變性質而有所不同，涵蓋了基因的替換(replacement)或增強，靜默(silencing)或編輯(editing)突變的基因，以及提供缺陷基因上下游路徑基因的修飾基因治療(modifier gene therapy)(圖一)13。首先，基因替換是最直接的方法，提供損壞或無功能基因的功能性複本以增加功能性蛋白質的生成。這種治療方法在不改變損壞基因的前提下解決了問題。基因替換適用於單基因隱性遺傳病例如LCA。

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圖一 基因治療的方法。由左至右分別為基因的替換或增強、基因編輯、基因靜默和修飾基因治療

最後，一項基因治療核可用於糖尿病患者，即異體胰島細胞LANTIDRA(donislecel-jujn)，適用於已接受密集糖尿病處置和教育後仍反覆發生嚴重低血糖，無法達到HbA1c目標的第一型糖尿病成人患者34。

LCA中CEP290的基因突變約佔15-20%，然而針對CEP290基因的治療研究仍在進行當中。目前唯一批准應用於LCA的基因治療為Luxturna，能夠提供RPE65基因突變(約佔5-10%)的患者具功能的RPE65基因。然非所有基因突變都適合基因替代，若為顯性突變、無法嵌入現行載體的大基因、或多基因突變則不適合。第二種基因治療方法為利用以VEGF為目標的小分子干擾核糖核酸（small interfering RNA, siRNA）或微型核糖核酸（microRNA, miRNA）進行基因沉默。目前針對老年黃斑部病變（age-related macular degeneration, AMD）、青光眼和其他眼部疾病的研究均在進行當中。 上述技術面臨的挑戰包含RNA不穩定、生體可用率低以及非特異性靶向導致的脫靶效應（off-target）。第三種方式為基因編輯，直接修正基因中的突變或減少突變蛋白的表現13。

目前基因編輯技術包含CRISPR/Cas9、類轉錄活化因子核酸酶（Transcription activator-like effector nucleases, TALENs）、鋅指核酸酶(zinc-finger nucleases, ZFN)、內源核酸内切酶(homing endonuclease)和巨核酸酶(meganucleases)。 LCA第10型的患者因IVS26突變導致第26和27外顯子之間的錯誤剪接，生成過短無功能的CEP290基因。EDIT-101即為使用CRISPR/Cas9技術使IVS26突變刪除或倒置，恢復正常的CEP290功能。最後，修飾基因能藉由影響缺陷基因的上游或下游路徑，改變基因突變表型的嚴重度，因此不用知道確切的基因診斷可以基因未知(gene agnostic)的方式著手。此外，研究顯示修改基因治療具有改變光感受器的發育、光傳導、代謝、錐細胞發育、發炎和細胞存活等方面，藉此恢復視網膜健康平衡的潛力。OCU400即為一種基於核激素受體(nuclear hormone receptor-based)的基因治療，目前正進行應用於視網膜色素變性的臨床試驗13。修飾基因療法重度仰賴是否能成功識別出特定疾病表型的修飾基因，但具有基因未知的好處，有望減少針對每個突變開發產品的需求，進而降低開發和商業化成本、擴大能受惠的患者群體。

結語
儘管近年來基因治療取得了一些成就，但不可否認的是基因治療仍然存在限制，包含如何確保給藥過程的順利、治療結果未達預期應如何因應、和治療成本高昂等。再者，眼科基因治療常需藉由侵入性處置如眼內注射達成，可能會增加額外的風險，產生併發症如中心凹變薄(foveal thinning)、黃斑裂孔(macular holes)、眼內炎(endophthalmitis)和視網膜脫落(retinal detachment )14。因此，眼部基因治療仍需進一步探討療效和安全性。

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