近乎失明 40 年的老人，在某一天 “突然” 能看到人行道，并能計(jì)算斑馬線(xiàn)的數(shù)量。這不是小說(shuō)故事，而是基因治療的新突破。
圖 | 患者在參與實(shí)驗(yàn)（來(lái)源：UPMC）
該患者是一位 58 歲的法國(guó)男性，此前被診斷為色素性視網(wǎng)膜炎（RP，Retinitis Pigmentosa），這種病是一種遺傳性進(jìn)行性疾病，病因與 71 多個(gè)不同基因突變有關(guān)，目前全球已有 200 多萬(wàn)人“深受其害”。
據(jù)估計(jì)，在英國(guó)每 4000 人中就有 1 人患有這種疾病，它會(huì)損傷視網(wǎng)膜的感光細(xì)胞，進(jìn)而導(dǎo)致視力喪失。
斯坦福研究員、2020 《麻省理工科技評(píng)論》“35 歲以下科技創(chuàng)新 35 人” 中國(guó)區(qū)得主唐靜告訴 DeepTech：“色素性視網(wǎng)膜炎是一種神經(jīng)退行性眼病，患者通常在兒童時(shí)期就開(kāi)始視力惡化。由于視網(wǎng)膜上的感光細(xì)胞丟失，最終可導(dǎo)致完全失明?！?/span>
一旦患上這種罕見(jiàn)病，往往意味著視力僅僅局限于對(duì)光的感知，即患者能感受光的存在，也能區(qū)分白天和黑夜，但是眼睛不能分辨其他任何東西。
除了基因替代療法可對(duì)疾病的早期發(fā)作起效之外，目前尚無(wú)得到批準(zhǔn)的色素性視網(wǎng)膜炎治療方法。
而本次患者接受的基因療法叫光遺傳療法（optogenetic therapy），研究人員表示，使用的技術(shù)叫做光遺傳視力恢復(fù)，這也是該技術(shù)首次用于神經(jīng)退行性疾病的部分功能恢復(fù)。
圖 | 參與實(shí)驗(yàn)的患者（來(lái)源：The Irish News）
當(dāng)?shù)貢r(shí)間 5 月 24 日，相關(guān)論文以《光遺傳學(xué)治療后盲人患者視力功能的部分恢復(fù)》（Partial recovery of visual function in a blind patient after optogenetic therapy）為題發(fā)表在?Nature Medicine上，美國(guó)匹茲堡大學(xué)（University of Pittsburgh）眼科專(zhuān)家何塞阿蘭薩赫（José-AlainSahe）教授是該論文的第一作者和共同通訊作者。
圖 | 相關(guān)論文（來(lái)源：Nature Medicine）
在參加相關(guān)先鋒臨床試驗(yàn)時(shí)，這名老人需要佩戴一款特制護(hù)目鏡，上面有專(zhuān)用攝像頭，該攝像頭可檢測(cè)病人周?chē)h(huán)境的光強(qiáng)度變化，還能把拍攝的圖像轉(zhuǎn)換成光脈沖，光脈沖被投射到視網(wǎng)膜之后，被改造的神經(jīng)細(xì)胞即可被激活。
圖 | 護(hù)目鏡工作原理（來(lái)源：UPMC）
通過(guò)結(jié)合護(hù)目鏡、基因療法和光脈沖，患者能用一只眼睛看到部分東西。在測(cè)試期間，其有 92％的時(shí)間能找到、并觸摸在他面前的記事本。
使用光遺傳學(xué)技術(shù)，從基因角度改變視網(wǎng)膜細(xì)胞
研究中，工作人員讓患者視力最差的一只眼睛接受玻璃體腔藥劑注射，注射內(nèi)容是一種腺相關(guān)病毒（AAV），事實(shí)上這也是一種基因治療方法，即讓病毒載體感染人體組織，從而帶來(lái)有益的有效載荷。
圖 | 注射腺相關(guān)病毒示意圖（來(lái)源：UPMC）
對(duì)于這一過(guò)程，唐靜告訴 DeepTech：“科學(xué)家們利用無(wú)害的腺相關(guān)病毒作為載體，將來(lái)自綠藻的可以編碼的光敏蛋白 ChrimsonR 的遺傳指令送入患者的一側(cè)眼睛，目標(biāo)是改造視網(wǎng)膜中央凹的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞?！?/span>
據(jù)了解，上述基因只有藻類(lèi)表達(dá)。其原理是腺相關(guān)病毒使用了一種光敏蛋白組合，可以激活 ChrimsonR 的視紫紅質(zhì)通道蛋白的基因編碼，該蛋白是一種敏感蛋白，能夠感知琥珀色的光。
這時(shí)，被激活的神經(jīng)細(xì)胞會(huì)把信號(hào)通過(guò)視神經(jīng)傳遞到大腦，信息在大腦中會(huì)被處理和合成視覺(jué)感知。
圖 | 大腦合成視覺(jué)信息的過(guò)程（來(lái)源：UPMC）
使用該辦法，患者眼前物體發(fā)出的陣陣光線(xiàn)可以刺激他的眼睛，從而增強(qiáng)此前受損視網(wǎng)膜細(xì)胞的光感知功能。
注射 4 個(gè)半月后，研究人員開(kāi)始使用刺激光的護(hù)目鏡，對(duì)患者進(jìn)行系統(tǒng)的視覺(jué)訓(xùn)練。
研究人員解釋稱(chēng)，刺激光的護(hù)目鏡使用了一種神經(jīng)形態(tài)照相機(jī)，它能從視覺(jué)世界捕捉圖像，這種照相機(jī)可以根據(jù)不同事件的不同像素去檢測(cè)強(qiáng)度的變化。然后，護(hù)目鏡可以把事件轉(zhuǎn)化為單色圖像，并通過(guò)局部 595 納米的光脈沖實(shí)時(shí)投影到視網(wǎng)膜上。
在接受了 7 個(gè)月的治療時(shí)間后，被基因改變的細(xì)胞開(kāi)始穩(wěn)定，病人也開(kāi)始出現(xiàn)視力改善的跡象。首次可以重新看見(jiàn)時(shí)，患者看到的景象是行人過(guò)馬路時(shí)的斑馬線(xiàn)，這讓他 “非常興奮”。
何塞阿蘭薩赫（José-AlainSahe）表示：“我們提出的證據(jù)表明注射一種光基因傳感器表達(dá)的基因治療載體，（并）結(jié)合佩戴光刺激護(hù)目鏡，可以部分恢復(fù)只有光感知視力的色素性視網(wǎng)膜炎患者的視覺(jué)功能，”
圖 | 注射前 4 周視網(wǎng)膜的 OCT 成像（optical coherence tomography，光學(xué)相干斷層成像）（來(lái)源：Nature Medicine）
除了可以看到斑馬線(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)中，在患者面前分別放置一個(gè)筆記本、飯盒和不倒翁，他能成功感知物體的定位、并對(duì)其進(jìn)行觸摸。
這說(shuō)明引起感知的視覺(jué)過(guò)程足夠有效，也就是患者的眼睛可以朝向物體，并能通過(guò)執(zhí)行視覺(jué)運(yùn)動(dòng)任務(wù)來(lái)觀看物體。
在使用護(hù)目鏡的情況下，他還可識(shí)別盤(pán)子、杯子、電話(huà)、走廊里的一扇門(mén)，以及發(fā)現(xiàn)房間里的一件家具。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，患者能以 78％ 的準(zhǔn)確率判斷是否有倒下的杯子。
圖 | 注射后 52 周內(nèi)視網(wǎng)膜的 OCT 成像（來(lái)源：Nature Medicine）
治療前后身體未出現(xiàn)不適，84 周內(nèi)眼睛均具備感知力
如下圖，患者正在戴著護(hù)目鏡來(lái)讓參與治療的眼睛去感知、定位、計(jì)數(shù)和觸摸不同的物體。在視覺(jué)感知過(guò)程中，研究人員還給他戴上一頂非侵入性腦電圖（EEG，Electroencephalogram）帽，實(shí)驗(yàn)中這頂帽子可以讀出大腦皮層的神經(jīng)元活動(dòng)，從而測(cè)量恢復(fù)的部分視力。
圖 | 非侵入性腦電圖（EEG）帽（來(lái)源：Nature Medicine）
患者被指示在實(shí)驗(yàn)前 5 秒閉上眼睛，同時(shí)實(shí)驗(yàn)人員會(huì)把杯子放在桌子上，然后患者被要求睜開(kāi)眼睛，并給他 15 秒以確定玻璃杯是否在桌上。
該論文的作者表示：“腦電圖的記錄表明，視網(wǎng)膜的光遺傳刺激引起的視網(wǎng)膜活動(dòng)會(huì)傳播到初級(jí)視覺(jué)皮層，并對(duì)其活動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，”“這種皮層活動(dòng)會(huì)被量化為局部腦電圖阿爾法能量振幅的變化，當(dāng)傳遞了足夠的信息，就能解碼物體與無(wú)物體的刺激。”
圖 | 注射后 80 周內(nèi)的視網(wǎng)膜光學(xué)相干斷層掃描成像（來(lái)源：Nature Medicine）
在測(cè)試期間，戴上護(hù)目鏡的患者在 92％ 的時(shí)間內(nèi)，能找到并觸摸在他面前的桌子上的筆記本。而在注射前、或者沒(méi)有佩戴護(hù)目鏡、亦或是注射了但不佩戴護(hù)目鏡這三種情況下，他都無(wú)法執(zhí)行任何視覺(jué)任務(wù)。
圖 | 重獲視覺(jué)的過(guò)程（來(lái)源：UPMC）
在注射前和注射后，研究人員對(duì)患者進(jìn)行了眼科檢查，并根據(jù) 84 周的方法評(píng)估了視網(wǎng)膜的解剖結(jié)構(gòu)。
此外，研究人員還評(píng)估了患者每次就診時(shí)的生命體征，并在注射前后對(duì)其進(jìn)行了全身檢查和心電圖。
在隨訪期內(nèi)，患者沒(méi)有出現(xiàn)眼內(nèi)炎癥、視網(wǎng)膜的解剖結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)變化，也沒(méi)有眼部或全身其他部位的不適，經(jīng)過(guò)治療的眼睛在 84 周的測(cè)試中均保持著光線(xiàn)感知。
盡管其視力得到了一定恢復(fù)，但是研究人員預(yù)計(jì)這名病人的視力不會(huì)恢復(fù)到讓他可以閱讀或者識(shí)別面部的地步，因?yàn)樽R(shí)別人臉需要非常高的分辨率。
不過(guò)，對(duì)于患者和家屬來(lái)說(shuō)，本次光遺傳學(xué)的新進(jìn)展必將給許多家庭帶來(lái)新希望。
據(jù)研究人員介紹，除了論文展示的患者案例之外，該療法已幫助部分患者恢復(fù)了失去的視力，他們希望“這一里程碑可讓視力恢復(fù)療法帶來(lái)令人興奮的未來(lái)”。
目前，該方法仍處于實(shí)驗(yàn)階段，實(shí)際治療估計(jì)還需要數(shù)年時(shí)間。即便如此，也已經(jīng)是很大的突破，猶他大學(xué)醫(yī)學(xué)院（University of Utah School of Medicine）的眼科專(zhuān)家保羅伯恩斯坦（Paul Bernstein）評(píng)價(jià)稱(chēng)：“現(xiàn)在發(fā)生的事情就像我在 26 年前剛從業(yè)時(shí)想象的科幻場(chǎng)景。”
