AAV2-PDE6B 抑制细胞凋亡拯救Rd10 模型小鼠视网膜色素变性

doi:10.4103/NRR.NRR-D-23-01301

摘要/Abstract

摘要：

AAV是一种安全有效的基因运载工具，其介导的基因治疗已成为遗传性视网膜疾病的治疗的主流方向。动物实验证实AAV介导的PDE6B治疗能显著改善视网膜的结构与功能，然而AAV-PDE6B载体发挥治疗作用的具体分子机制以及分子水平上的变化尚不明确。为了解AAV2-PDE6B 改善视网膜色素变性视网膜功能的潜在分子机制。实验于rd10小鼠视网膜下注射AAV2-PDE6B后，使用暗适应和光适应视网膜电图、光学相干断层扫描和免疫荧光评估了对视网膜功能和结构的治疗效果。实验进一步进行了基于数据独立采集-质谱的蛋白质组分析，以研究蛋白质表达和通路富集，并通过实时 PCR 和 Western blot进一步筛选和验证。发现注射AAV2-PDE6B能显著提高PDE6β的水平，保护rd10小鼠的视网膜电图和核外层厚度。野生型小鼠和rd10小鼠的差异表达蛋白（DEPs）与视觉感知密切相关，AAV2-PDE6B治疗后视觉感知得到恢复。注射AAV2-PDE6B后，KEGG富集的最明显变化途径是光传导。此外，与光传导相关的蛋白 Pde6α，Rom1，Rho，Aldh1a1，Rbp1 表达也发生了逆转。rd10小鼠经AAV2-PDE6B处理后，Bax/Bcl-2，p-ERK/ERK和p-c-Fos/c-Fos水平均下降。实验数据表明，AAV2-PDE6B介导的基因治疗通过促进光传导和抑制 ERK1/2 介导的细胞凋亡发挥保护视网膜色素变性视网膜作用。

https://orcid.org/0000-0002-5497-0905 (Bo Lei)

Abstract: Retinitis pigmentosa is a group of inherited diseases that lead to retinal degeneration and photoreceptor cell death. However, there is no effective treatment for retinitis pigmentosa caused by PDE6B mutation. Adeno-associated virus (AAV)-mediated gene therapy is a promising strategy for treating retinitis pigmentosa. The aim of this study was to explore the molecular mechanisms by which AAV2- PDE6B rescues retinal function. To do this, we injected retinal degeneration 10 (rd10) mice subretinally with AAV2-PDE6B and assessed the therapeutic effects on retinal function and structure using dark- and light-adapted electroretinogram, optical coherence tomography, and immunofluorescence. Data-independent acquisition-mass spectrometry-based proteomic analysis was conducted to investigate protein expression levels and pathway enrichment, and the results from this analysis were verified by real-time polymerase chain reaction and western blotting. AAV2-PDE6B injection significantly upregulated PDE6β expression, preserved electroretinogram responses, and preserved outer nuclear layer thickness in rd10 mice. Differentially expressed proteins between wild-type and rd10 mice were closely related to visual perception, and treating rd10 mice with AAV2-PDE6B restored differentially expressed protein expression to levels similar to those seen in wild-type mice. Kyoto Encyclopedia of Genes and Genome analysis showed that the differentially expressed proteins whose expression was most significantly altered by AAV2-PDE6B injection were enriched in phototransduction pathways. Furthermore, the phototransductionrelated proteins Pde6α, Rom1, Rho, Aldh1a1, and Rbp1 exhibited opposite expression patterns in rd10 mice with or without AAV2-PDE6B treatment. Finally, Bax/Bcl-2, p-ERK/ERK, and p-c-Fos/c-Fos expression levels decreased in rd10 mice following AAV2-PDE6B treatment. Our data suggest that AAV2-PDE6B-mediated gene therapy promotes phototransduction and inhibits apoptosis by inhibiting the ERK signaling pathway and upregulating Bcl-2/Bax expression in retinitis pigmentosa.

Key words: apoptosis, AAV2-PDE6B, ERK1/2, gene therapy, phototransduction, proteomics, rd10, retinitis pigmentosa

. AAV2-PDE6B 抑制细胞凋亡拯救Rd10 模型小鼠视网膜色素变性[J]. 中国神经再生研究(英文版), 2025, 20(8): 2408-2419.

Ruiqi Qiu, Mingzhu Yang, Xiuxiu Jin, Jingyang Liu, Weiping Wang, Xiaoli Zhang, Jinfeng Han, Bo Lei. AAV2-PDE6B restores retinal structure and function in the retinal degeneration 10 mouse model of retinitis pigmentosa by promoting phototransduction and inhibiting apoptosis[J]. Neural Regeneration Research, 2025, 20(8): 2408-2419.

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《中国神经再生研究（英文版）》杂志为SCI、PubMed数据库收录的国际唯一一本专注神经再生领域研究的经同行评议的开放获取期刊，出版来自全球神经再生领域专业学者的前沿性基础研究及临床研究及转化医学、循证医学优秀的最新成果。

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延伸阅读

NRR: 河南省人民医院雷博团队揭示AAV2-PDE6B治疗视网膜色素变性的作用机制

撰文：邱瑞琪雷博

视网膜色素变性（Retinitis pigmentosa, RP）是一种以光感受器功能障碍和死亡为主要特征的遗传性视网膜疾病[1]。RP早期症状为夜盲，随着病情发展视力逐渐丧失直至完全失明。RP可以简单理解为视杆细胞进行性死亡，首先累及视杆细胞影响夜间视力，最终累及视锥细胞集中的中心视网膜 [2]。在常染色体隐性遗传RP患者中，5-8%的患者存在编码视杆细胞特异性环状鸟苷单磷酸（cyclic guanosine monophosphate, cGMP）磷酸二酯酶6β亚基（phosphodiesterase 6β subunits, PDE6β）的基因缺陷[3]。AAV是一种安全有效的基因运载工具，其介导的基因治疗已成为遗传性视网膜疾病的治疗的主流方向。动物实验证实AAV介导的PDE6B治疗能显著改善视网膜的结构与功能[4, 5]，然而AAV-PDE6B载体发挥治疗作用的具体分子机制以及分子水平上的变化尚不明确。

近期，河南省人民医院雷博团队在《中国神经再生研究（英文）》（Neural Regeneration Research）上发表了题为“AAV2-PDE6B restores retinal structure and function in the retinal degeneration 10 mouse model of retinitis pigmentosa by promoting phototransduction and inhibiting apoptosis”的文章。研究发现AAV2-PDE6B能显著改善rd10小鼠视网膜外核层结构和视网膜电生理功能。进一步证实AAV2-PDE6B不仅纠正了PDE6β蛋白的缺失及Rho等光传导蛋白的表达失调，改善了光传导及视觉光传导通路，而且纠正了细胞内钙离子稳态失衡，抑制了ERK1/2通路介导的光感受器细胞凋亡。探索AAV2-PDE6B的起效机制可为进一步提高疗效提供新思路。邱瑞琪和杨名珠为本文的共同第一作者，雷博教授为本文的通讯作者。

Rd10小鼠视网膜中光传导受损，光感受器细胞进行性死亡[6]。因此，研究首先借助蛋白质组学技术分析rd10小鼠视网膜中异常表达的蛋白并进行功能富集分析。结果显示rd10小鼠视网膜中光传导通路、视觉感知及细胞内钙离子稳态等通路异常。AAV2-PDE6B注射后，rd10小鼠视网膜中光传导和视觉光传导通路显著改善，且细胞内钙离子稳态相关蛋白表达水平恢复（图1）。提示AAV2-PDE6B能够增强rd10小鼠视网膜光传导、纠正细胞内钙离子稳态失衡，进而抑制钙离子介导的细胞凋亡。分子生物学验证发现，AAV2-PDE6B显著增加Bcl-2/Bax的比值，抑制ERK1/2通路激活（图2）。

图1 功能富集分析显示AAV2-PDE6B可改善rd10小鼠视网膜内光传导及视觉感知（图源：Qiu et al., Neural Regen Res. 2024）

图2 AAV2-PDE6B可纠正rd10小鼠视网膜内光传导相关蛋白表达，抑制ERK1/2通路激活（图源：Qiu et al., Neural Regen Res. 2024）

综上，AAV2-PDE6B通过纠正PDE6β、Rho等光传导蛋白的表达失调，纠正细胞内钙离子稳态失衡，并抑制ERK1/2通路介导的光感受器细胞凋亡，促进光传导及视觉光传导，改善了rd10小鼠视网膜外核层结构和视网膜电生理功能。然而该研究也存在一定局限性。鉴于rd10小鼠视网膜光感受器细胞的死亡起始于15天龄，本研究选取7天龄的rd10小鼠进行视网膜下注射。未来的研究可选取更早的注射时间点，以进一步探究其早期治疗的效果。此外，视网膜由多种细胞组成，结构复杂。空间蛋白质组学能实现更准确的蛋白质定量与定位。未来希望可以借助蛋白质组学对AAV2-PDE6B的治疗机制有更全面更深入的认识。

原文链接：https://doi.org/10.4103/NRR.NRR-D-23-01301

参考文献：

[1] Sánchez-Cruz A, Hernández-Pinto A, Lillo C, et al. Insulin receptor activation by proinsulin preserves synapses and vision in retinitis pigmentosa. Cell Death Dis. 2022;13:383.

[2] Daiger SP, Sullivan LS, Bowne SJ. Genes and mutations causing retinitis pigmentosa. Clin Genet. 2013;84:132-141.

[3] Kim MS, Joo K, Seong MW, et al. Genetic mutation profiles in korean patients with inherited retinal diseases. J Korean Med Sci. 2019;34:e245.

[4] Allocca M, Manfredi A, Iodice C, et al. AAV-mediated gene replacement, either alone or in combination with physical and pharmacological agents, results in partial and transient protection from photoreceptor degeneration associated with betaPDE deficiency. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2011;52:5713-5719.

[5] Pang JJ, Boye SL, Kumar A, et al. AAV-mediated gene therapy for retinal degeneration in the rd10 mouse containing a recessive PDEbeta mutation. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2008;49:4278-4283.

[6] Weh E, Scott K, Wubben TJ, et al. Dark-reared rd10 mice experience rapid photoreceptor degeneration with short exposure to room-light during in vivo retinal imaging. Exp Eye Res. 2022;215:108913.

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