網膜色素変性症（RP）動物モデルへの新たな洞察

網膜色素変性症（RP）は、ヒトの臨床発症率が1/4000といわれる慢性失明疾患です。その治療効果や予後が悪く、最終的には失明に至ることもあり、患者やその家族に大きな精神的ストレスをもたらしています。今や、世界中の眼科医や研究者がこの病気に注目し、治療法の開発に取り組んでいます。

病理学的研究

網膜色素変性症（RP）は、視細胞の進行性変性を主な特徴とする疾患です。視細胞には、桿体双極細胞（Rod bipolar cell）と錐体双極細胞（Cone bipolar cell）があります。図1に示すように、まず桿体細胞が変性に関与し、次いで生体エネルギー供給障害や酸化ストレスにより錐体細胞の二次変性が起こり、最終的にこの2つの細胞の減少が組織学的に発現します。

図1. 健常者の網膜（左）と中期のRP患者の網膜（右）の組織学的外観

RPの初期症状は夜間視力の低下で、その後、視野欠損やトンネル視が進行します（図2）。

図2. トンネル視（病状が進行するにつれて、周辺視野が狭くなっていきます）

やがて視力は徐々に低下し、失明寸前や完全失明に至ります（図3）。

図3. RPの臨床症状の進行に伴う変化

眼底症状として、通常、骨芽細胞様の色素沈着、網膜血管閉塞、視神経乳頭の蒼白化の三徴候が見られます（図4）。

図4. 健常者（左）、RP患者（右）の眼底写真

RPの主な臨床症状は、夜盲症、進行性視野欠損、視力低下、眼底退行性変化、色覚異常などです。また、白内障、緑内障などの症状を呈する患者もいます。

病因遺伝子

1990年に、網膜色素変性症（RP）の病因遺伝子が初めて発見されました。現在までに、少なくとも79の遺伝子の変異がこの疾患の原因として報告されています（表1）。

表1. RPを引き起こす変異遺伝子^[4]

集団が異なれば、個々の遺伝子の変異の割合も若干異なりますが、RPの原因となる主要な遺伝子は類似しています。中国におけるRP症例（遺伝子変異による）のうち、2/3はCYP4V2、RHO、USH2A、RPGR、CRB1、RP2、CHMの7遺伝子の変異によって誘発されています。

既知の遺伝情報から構築されたトランスジェニックモデルやノックアウト動物モデルは、変異の病原的役割を確認するだけでなく、疾患の病態生理を解明するために、RPの研究において貴重な手段となっています。しかし、同じ突然変異でもマウスとヒトでは表現型が異なる場合があることに注意が必要です。

動物モデル

RPを研究するための動物モデルには、自然発症するものと、トランスジェニック技術によって人工的に構築されたもの、2種類があります。

自然発症モデル

No.1 rdマウス

rdマウスは、常染色体劣性遺伝のRPを研究するための動物モデルです。常染色体劣性遺伝の原発性RP患者と同じ遺伝子変異を持ち、表現型も似ているため、他のRP動物モデルより優れており、本疾患の病態を探る上で理想的な研究ツールとなります。Pde6b遺伝子をホモ接合で持つrdマウスは、Pde6b遺伝omeのナンセンス突然変異により、細胞内のホスホジエステラーゼのβサブユニットが機能不全となり、早期に重度のRPを発症します。

No.2 RCSラット

RCSラットは、常染色体劣性網膜色素変性症の研究に用いられる動物モデルで、RPの病因および治療法の研究に初めて応用された比較的成熟した動物モデルでもあります。RCSラットは、生後2週間まで正常に行動し、17日目に網膜視細胞が発達します。生後20～30日目に網膜外核層の細胞の変性が始まり、35日目に多数の視細胞がアポトーシスを起こし、8週目に後極の網膜色素上皮細胞（RPE）が消失し始めます。60日目には約99％の視細胞が変性し、70日目にはRPE欠損部で毛細血管内皮細胞が厚くなり、有窓内皮が消失します。この多中心性の変性変化が網膜の各部位で起こり、生後約3ヶ月で全ての視細胞が消滅します。変性視細胞に隣接する網膜色素上皮細胞は、同年齢の正常RPE細胞よりも数が多く、細胞質内のミトコンドリアが増加しており、基底面のひだが著しく多くなっています。

NO.3 rdsマウス

rdsマウスは、常染色体優性遺伝のRP動物モデルであり、RP研究の典型的な動物モデルです。このマウスは、Peripherin/rds遺伝子のエキソンに、9.2kbのゲノム反復配列が挿入されているため、正常にタンパク質を産生できなくなっています。Peripherin/rds遺伝子の発現産物は、脊椎動物視細胞の外節円板膜の構造タンパク質であり、円板膜の安定性と正常な形状を維持するために重要な機能を有しています。

Peripherin/rds遺伝子のホモ接合体変異は、正常な円板膜タンパク質の産生を阻害し、それによって視細胞外節の円板膜の形成をさらに阻害し、ヒトではRPや遺伝性黄斑変性などの網膜症を引き起こす可能性があります。ホモ接合体マウスでは視細胞外節が発達せず、生後2週間から徐々に叢状外層と核外層が薄くなり、生後約12カ月で網膜視細胞が消失しますが、網膜内層にはほとんど影響がありません。

No.4 ネコとイヌの動物モデル

ネコの目は、人間の目の黄斑部にある網膜の中心部分と似た構造をしていることが分かっています。研究により、ネコの薬物投与に対する感受性が霊長類のそれと近いことから、霊長類を用いた実験がより容易になっています。アビシニアン（Abyssinian）は、常染色体劣性遺伝のRPの動物モデルであり、優性遺伝の遺伝様式を持つと主張する学者もいます。アビシニアンのモデルでは、RPの初期には桿体が、後期には桿体と錐体の両方に障害が見られますが、その遺伝子型はまだ確認されてません。イヌの実験動物モデルについては、ごく少数のX連鎖遺伝を除き、ほとんどが常染色体劣性遺伝です。現在までに、研究者は多くのイヌのRPモデルを発見し、実験研究のためにいくつかの系統を確立しています。

人工トランスジェニック動物モデル

NO.1 RHOノックアウトマウス

RHOは、RP発症に関連する遺伝子と考えられてます。RHO遺伝子変異、さらに常染色体優性遺伝のRP発症に関する多くの研究が世界的に報告されています。100以上のRHO遺伝子変異が見つかっており、そのうち、ミスセンス突然変異が大半を占めています。

NO.2 RPE-65ノックアウトマウス

RPE-65 がコードする網膜色素上皮特異的タンパク質は、分子量 65,000 で、網膜色素上皮の表面に広く発現しています。このタンパク質は網膜色素上皮におけるビタミンAの代謝に関係し、主にビタミンAの代謝とRHOの再生に関与しています。RPE-65 遺伝子をノックアウトすると、マウスの網膜色素上皮細胞の機能不全が引き起こされ、all trans-レチナールの過剰蓄積と 11-cis-レチノールの脂質欠乏が起こります。RPE-65 は、視覚サイクルにおける 11-cis-レチノールの再異性化に重要な役割を担っています。RPE-65 ノックアウトマウスの遺伝様式は、主に常染色体劣性遺伝です。

RP動物モデルリスト（一部）

表2. RP動物モデルリスト（一部）^[5]

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参考文献と出典：

[1]  Zhang, Q. . "Retinitis Pigmentosa: Progress and Perspective." Asia Pac J Ophthalmol 5(2016).

[2] Wen Simin, Shao Yi, Zhou Qiong. "Progress in the pathogenesis and treatment of retinitis pigmentosa." New Advances in Ophthalmology 40.3(2020):6.

[3]  A, Dyonne T Hartong ,  P. E. L. B. B , and  P. T. P. D. A . "Retinitis pigmentosa." Lancet 368.9549(2006):1795-1809.

[4]Zhang, Q. . "Retinitis Pigmentosa: Progress and Perspective." Asia Pac J Ophthalmol 5(2016).

[5]Agurtzane Rivas, Miren, and Elena Vecino. "Animal models and different therapies for treatment of retinitis pigmentosa." Histology and histopathology (2009).

[6] Yuan Fuxiang et al. "Research progress of retinitis pigmentosa." Journal of Qingdao University: Medical Edition 55.6(2019):5.