视网膜色素变性（RP）是一类重要的眼科疾病，以视网膜感光细胞渐进性死亡为特征，是人类遗传性致盲的主要原因。这类疾病发病原因复杂，目前发现几十个致病基因突变均可引起视网膜色素变性，但这些基因突变引起RP的相同和不同的病理机制目前尚不清楚，临床上对该病也没有有效的治疗方法。

由于人作为研究对象存在着固有的缺陷，建立合适的动物模型，揭示该病发生发展的分子病理机制，成为这一重要疾病开展精准医疗研究的关键所在。刘木根教授课题组近年来通过建立斑马鱼模型，研究视网膜色素变性这一眼科遗传病。他们应用先进的基因编辑技术，选取了15个视网膜色素变性致病基因进行靶向敲除，初步建立了世界上最丰富的不同RP基因敲除的视网膜色素变性斑马鱼品系。

RP2是一个X连锁的视网膜色素变性基因，具有发病时间早、进展速度快的特征。课题组于珊珊同学，应用TALEN技术成功获得RP2基因敲除的斑马鱼模型。这是世界上第一个应用该技术靶向敲除建立的视网膜色素变性斑马鱼模型。RP2病人早期症状以夜盲为主，外周视觉首先受累，发展为典型的管状视野，最后中央视觉也丧失。而在最近报道的小鼠模型中，RP2基因缺陷小鼠以视锥细胞受累为主。于珊珊和刘飞等建立的斑马鱼模型，则呈现与人类RP症状一致的视网膜色素变性临床特征。在机制研究中，发现RP2缺陷可导致视杆特异的光转导蛋白的运输异常和表达量降低。该成果发表在国际遗传学权威期刊Hum Mol Genet （人类分子遗传学）杂志上，博士生刘飞、于珊珊和陈家祥为并列第一作者（Hum Mol Genet. 2015 Aug 15;24(16):4648-59），刘木根为通讯作者。

今年2月16日J Biol Chem（生物化学杂志）在线发表题为 “Pathogenic Mutations in Retinitis Pigmentosa 2 Predominantly Result in Loss of RP2 Protein Stability in Humans and Zebrafish”的文章。课题组在RP2基因靶向敲除的斑马鱼中，得到一种12bp缺失的RP2品系，该突变品系具有和RP2基因敲除斑马鱼类似的视网膜病变症状，但出乎研究者意料，这一非移码缺失引起RP2在蛋白水平上发生了降解。刘飞等对这一框内突变引起蛋白降解的分子机制进行了深入研究，发现RP2蛋白缺失4个氨基酸可引起构象改变，而这些视网膜中的构象异常蛋白被蛋白酶途径降解。进一步刘飞等对导致人类视网膜色素变性的所有共22个RP2错义突变以及小缺失进行分析，发现绝大多数突变均可引起RP2在蛋白水平降解。这一发现为RP2突变引起的视网膜色素变性患者的基因治疗指明了研究方向。刘飞、秦亚运、于珊珊，以及合作者英国爱丁堡大学的计算生物学专家Soares博士为并列第一作者（J Biol Chem. 2017 Feb 16），刘木根为通讯作者。

4月7日在Hum Mol Genet在线发表另一篇课题组重要文章，题为“CERKL gene knockout disturbs photoreceptor outer segment phagocytosis and causes rod-cone dystrophy in zebrafish”。CERKL是课题组重点研究的视网膜色素变性基因。该基因功能复杂，国际上几个研究小组研究该基因功能及其突变引起RP的病理机制均未取得重要突破。两个课题组在小鼠中敲除CERKL基因，但意外的是敲除该基因均并未观察到小鼠患有类似于人类的视网膜变性表型。刘木根课题组对这个基因突变引起RP的机制进行系列研究，发现该基因在视网膜中受到精细的调控，并在感光细胞清除代谢产生的ROS过程中发挥重要功能（Li et al., BBA,2014; Chen et al.,Cell Signal. 2015）。课题组博士生于珊珊应用TALEN技术首次在斑马鱼中敲除CERKL基因，发现该基因缺陷导致斑马鱼呈现视杆视锥营养不良表型，并在发育早期即发生光反应障碍。通过电镜观察，确定CERKL突变引起视网膜色素上皮细胞吞噬能力缺陷，进一步的机制研究发现CERKL可以通过正调控merTK，在RPE吞噬过程中发挥关键作用。博士生于珊珊和博士后李畅为该论文的并列通讯作者，刘木根和唐朝晖老师为共同通讯作者（Hum Mol Genet. 2017 Apr 7. doi: 10.1093/hmg/ddx137）。

EYS另一个人类重要的RP致病基因，有趣的是该基因在大鼠和小鼠中都没有同源基因，建立其它动物模型对于理解人类该病的发生发展过程，阐明其发病分子机制显得尤为重要。课题组博士生陆兆静等同学在斑马鱼中成功敲除了EYS并得到多种EYS突变的斑马鱼品系。通过组织学观察和病理学分析，鉴定突变斑马鱼呈现视锥视杆萎缩的病理特征。机制研究发现EYS突变导致视网膜外节蛋白错误定位，以及F-actin结构蛋白分布紊乱。这一成果“Ablation of EYS in zebrafish causes mislocalisation of outer segment proteins, F-actin disruption and cone-rod dystrophy”，已于4月5日正式发表在Sci Rep杂志（Sci Rep. 2017 Apr 5;7:46098），博士生陆兆静和胡雪斌是论文的并列第一作者，刘木根教授和唐朝晖老师为共同通讯作者。

视网膜色素变性这一疾病为研究精准医疗的提供了绝佳模型，课题组已在这一领域率先迈出坚实的步伐。建立不同RP基因突变的斑马鱼模型，可提供大量用于研究的病理和对照样本，用以直接观察和分析不同基因突变引起的该病发生的早、中、晚各期临床症状，分析和阐明不同基因突变引起该病发生的不同或共同的分子病理机制，进而寻找针对这类疾病的相同的和不同的预防和治疗手段。刘木根认为，建立不同基因突变的动物模型这一过程，是未来实现视网膜色素变性和其它遗传性疾病精准医疗的必由之路。

上述研究得到国家自然科学基金的大力支持。2004年以来，课题组刘木根和唐朝晖持续获得国基金面上项目资助，博士后李畅和刘飞也各获得1项青年项目支持。