2025年3月5日，浙江大学遗传学研究所管敏鑫教授课题组在国际医学界权威期刊JCI insight在线发表了Leber遗传性视神经病变（LHON）的最新研究成果“Vitamin A treatment restores vision failures arising from Leber’s
hereditary optic neuropathy-linked mtDNA mutation”（原文链接：https://insight.jci.org/articles/view/188962）。该研究首次揭示了LHON相关线粒体ND6基因突变的视网膜细胞特异性致病机制，发现线粒体功能障碍可导致视网膜维生素A代谢异常。维生素A补充可有效恢复线粒体功能，矫正视觉缺失，为LHON患者提供了新的治疗策略。
LHON是一种由线粒体功能异常引起的罕见病，好发于15-35岁的青壮年男性，在我国LHON患者逾10万人。临床表现通常为双眼无痛性的急性或亚急性视力下降，严重者失明。LHON的典型病理特征为特异性的视神经节细胞退行性病变以及视神经萎缩。大多数LHON患者携带线粒体基因突变m.11778G>A（ND4）、m.14484T>C（ND6）和m.3460 G>A(ND1)其中的一个，这些突变改变了保守的氨基酸，引起线粒体呼吸链复合体I结构和功能异常。然而，由于线粒体基因编辑的技术障碍，构建LHON的遗传性动物疾病模型仍然充满挑战。以往LHON的研究大多都是在患者源细胞水平开展，缺乏动物模型层面的深入研究，对其组织/细胞特异性致病机制认知十分有限，尚无有效治疗手段。
管敏鑫教授团队深耕LHON致病机制和临床转化研究已有20多年，建立了近2000个中国人群LHON家系的大队列，鉴定了多个新的LHON相关线粒体基因组突变，绘制了中国人群特有的LHON线粒体基因突变频谱；发现LHON“混合遗传”的遗传新模式，鉴定了核修饰基因PRICKLE3和YARS2，提出LHON致病的“核质互作、双重打击”理论。
在此项研究中，管敏鑫教授团队利用携带LHON患者同源ND6突变的小鼠模型，开展了系统性、多模态的视网膜表型分析，发现突变小鼠不仅重塑了患者视神经节细胞退化的临床表型，还呈现出未曾报道过的视杆细胞和Müller细胞的形态功能退变，为该疾病的精准诊断提供了科学依据。单细胞转录组测序分析显示，视网膜中氧化磷酸化和视觉相关通路发生细胞特异性失调。代谢通路分析揭示了线粒体功能障碍引发维生素A代谢异常，损害视觉功能的全新致病机制。维生素A常用于治疗视网膜色素变性等视觉疾病。本研究中，维生素A补充可显著改善突变小鼠的线粒体功能、缓解视网膜损伤并矫正视觉障碍。此项研究首次系统阐明了从线粒体基因突变到视网膜细胞特异性表型的LHON病理生理机制，提出了维生素A补充这一全新治疗策略，是LHON及其他线粒体遗传性疾病致病机制和干预手段上的重大突破。
图1.致病机制和治疗途径示意图
研究人员首先对小鼠视网膜进行了单细胞转录组测序分析，发现ND6突变导致视网膜细胞特异性障碍，不仅导致视神经节细胞（RGCs）退化，还使包括视杆细胞和Müller细胞在内的其他视网膜细胞功能受损。差异表达通路分析揭示突变视网膜中线粒体氧化磷酸化和视觉信号传导通路存在细胞特异性失调。代谢通路分析显示维生素A代谢异常，而维生素A对于维持视觉功能至关重要。进一步的实验表明，ND6突变导致视网膜维生素A代谢和转运受阻、受体表达下降、含量减少，进而引发细胞特异性功能障碍，损害视觉功能（图2）。
图2. 代谢组分析发现突变视网膜维生素A代谢异常
维生素A常用于治疗视网膜色素变性等视觉疾病，并具有调控线粒体功能的作用。因此，研究人员尝试为突变小鼠补充维生素A。结果显示，维生素A补充显著减少了突变小鼠的眼底病灶和视网膜肿胀，缓解了细胞特异性缺陷，包括增加RGCs、Müller细胞和光感受细胞的数量（图3）。此外，维生素A补充改善了视网膜的维生素A缺乏、光传导和神经递质传输通路以及电生理特性。最后，维生素A补充显著恢复了突变视网膜中异常的线粒体形态和功能，表现为复合体I和IV活性增加、ATP产量上升以及活性氧（ROS）生成减少（图4）。这些发现表明，维生素A补充可能成为治疗LHON及其他线粒体相关眼病的一种潜在疗法。
图3. 维生素A补充缓解视网膜缺陷
图4. 维生素A补充恢复视网膜线粒体功能
综上所述，该研究首次揭示了LHON相关线粒体ND6基因突变的视网膜细胞特异性致病机制，发现线粒体功能障碍可导致视网膜维生素A代谢异常。维生素A补充可有效恢复线粒体功能，矫正视觉缺失，为LHON患者提供了新的治疗策略。
该研究获得国家重点研究发计划和国家自然科学基金项目等项目支持。艾成（浙江大学医学院博士后）和李慧莹（浙江大学2021级博士研究生）为本文的共同第一作者，浙江大学遗传学研究所管敏鑫教授为本文通讯作者。
通讯作者介绍
管敏鑫，浙江大学求是讲席教授。1983年毕业于杭州大学生物系，1993年获澳大利亚国立大学博士学位；1993-1999年任加州理工学院博士后；1999-2011年在辛辛那提大学儿童医院任助理教授、副教授、教授；2011年加盟浙江大学，曾任生命科学学院院长、医药学部副主任，现任遗传学研究所所长、国际医学院遗传医学中心主任。曾获5项美国国立卫生研究院RO1基金，主持973计划，科技部研发计划，国家自然科学基金重点项目等课题。长期从事遗传性线粒体疾病的基础研究和临床转化，特别针对一种典型的母系遗传的严重视觉顽疾——Leber遗传性视神经病变（LHON），从遗传规律、致病机制和精准诊治等方面进行了系统全面的研究，并与国内多家单位合作建立了该病的诊断治疗研究体系，收集了近2000例LHON家系，阐明了中国人群LHON的临床特征、遗传规律，完善了诊断标准，建立了数据库。首次绘制了中国LHON人群线粒体基因组突变频谱；明确了3个线粒体基因突变（11778G>A、14484T>C和3460G>A）是中国LHON人群的主要致病位点；发现了中国人群特有的线粒体突变位点3635G>A、3866T>C、12338T>C，发现了LHON相关的新的线粒体遗传修饰因子3394T>C、4435A>G、14502T>C和15951G>A，诠释了其分子致病机制，被OMIM和MitoMap等国际权威数据库命名为“LHON-modulator”；率先鉴定了影响LHON发生的核修饰基因YARS2和PRICKLE3，提出的核修饰基因和线粒体基因相互作用双重打击致病的理论, 解开了男性好发这一公认的未解之谜；首次鉴定了LHON的染色体显性遗传致病基因CRYAB，确认了LHON不完全是由母系遗传引起的，是LHON致病机制研究的新突破。基于CRISPR/Cas9基因编辑技术和诱导多能干细胞（iPSC）技术，成功实现LHON患者视网膜神经节细胞（RGC）形态和功能重塑，为LHON的治疗带来“新的曙光”; 揭示了线粒体ND6异位表达纠正LHON相关m.14484T>C突变引起的线粒体功能障碍的新机制，为研究LHON基因治疗的有效性和安全性提供了全新视角。发了LHON相关基因突变的检测技术，授权国家发明专利4件，相关成果获国家科技进步二等奖（2007年）。已在国内外专业期刊上发表LHON相关研究论文近90篇(其中J Clin Invest 1篇、JCI Insight 3篇、Ophthalmology 2篇、J Med Sci 1篇、Invest
Ophthalmol Vis Sci 8篇、Hum Mol Genet 7篇、JBC 3篇)；连续10年（2014-2023年）入选“Elsevier生化、遗传和分子生物学”高被引学者。曾获2次国家科技进步二等奖、谈家桢生命科学创新奖等奖励；授权国家发明专利11件；主编《医学遗传学》等教材；曾担任美洲华人遗传学会主席（2007-2008）和亚洲线粒体医学及研究学会主席（2011-2014）。现任中国遗传学会副理事长。
来源：浙江大学医学研究中心
