Stargardt-Makuladystrophie und Therapieansätze

Die Stargardt-Makuladystrophie oder Morbus Stargardt (STGD1; OMIM: 248200) ist eine der häufigsten Makuladystrophien [1–8]. Die STGD1 wurde erstmals 1909 von Karl Stargardt beschrieben und ist durch einen beidseitigen progredienten Verlust der Sehschärfe (VA) und des zentralen Sehens gekennzeichnet [9]. Es gibt 3 Manifestationen von STGD1: Beginn in der Kindheit, Beginn im Erwachsenenalter und später Beginn, wobei ein früher Beginn mit einer schlechteren Prognose verbunden ist [3, 7, 10–20].

STGD1 manifestiert sich typischerweise mit einer Makulaatrophie und gelb-weißen Flecken auf der Ebene des retinalen Pigmentepithels (RPE) (Abb 1) [8, 10, 11, 14, 21]. Es gibt jedoch ein breites Spektrum an Manifestationen, was zu einer großen Bandbreite an klinischer Präsentation, Beginn, Verlauf, psychophysiologischen und elektrophysiologischen Befunden und einer variablen Prognose führt [6, 10–13, 15–20, 22–32].

Die weltweite Prävalenz von STGD1 wird auf 1:6578 geschätzt [33]. Aufgrund des progressiven Verlaufs und des oft frühen Auftretens von STGD1 haben die Patienten in der Regel mit langfristigen finanziellen, emotionalen und psychologischen Auswirkungen in Bezug auf ihre Gesundheit zu kämpfen. Obwohl keine Informationen über die wirtschaftliche Belastung durch STGD1 allein vorliegen, wurden diese Auswirkungen bei einer Vielzahl von erblichen Netzhauterkrankungen (IRD) untersucht [34]. Einige Studien haben die Gesamtkosten für Menschen mit Augenerkrankungen im Alter von bis zu 40 Jahren auf mehr als 27,5 Milliarden US-Dollar pro Jahr geschätzt [35, 36].

1997 wurden krankheitsverursachende Sequenzvarianten im ABCA4-Gen (ATP binding cassette subfamily A member 4; OMIM: 601691) als Ursache für STGD1 [37] identifiziert, und bis heute wurden mehr als 2000 Varianten gefunden. Die Trägerhäufigkeit für eine krankheitsverursachende ABCA4-Variante kann bis zu 1:20 betragen. Die tatsächliche Prävalenz der durch ABCA4-Varianten verursachten Retinopathie ist jedoch wahrscheinlich viel höher als die von STGD1, da das Gen auch andere Phänotypen verursachen kann, einschließlich Zapfendystrophie, Zapfen-Stäbchen-Dystrophie und Stäbchen-Zapfen-Dystrophie [1, 3, 6, 7, 22, 38]. Darüber hinaus wird die Pigmentierung der Knochenkörperchen bei der ABCA-assoziierten Retinopathie, die einer schweren Zapfen-Stäbchen-Dystrophie (früher Retinitis pigmentosa inversa) zugeschrieben wurde, heute allgemein als Zeichen einer Zapfen-Stäbchen-Dystrophie im Spätstadium und einer peripheren Degeneration und nicht einer Stäbchen-Zapfen-Dystrophie anerkannt [39].

In den letzten 15 Jahren hat die klinische und molekulargenetische Forschung zu STGD1/ABCA4 zugenommen. Dies hat zu einem besseren Verständnis der zugrunde liegenden Pathophysiologie geführt, was sich in abgeschlossenen und laufenden Studien sowie in einer Vielzahl geplanter klinischer Studien niederschlägt [6, 7, 40–42]. Viele Arten von Interventionen zur Behandlung von STGD1 wurden erforscht, einschließlich pharmakologischer Behandlungen, regenerativer Zelltherapien [43, 44] und Genersatz-/Gensupplementierungstherapien [45, 46]. Zunehmende Aufmerksamkeit wird der Präzisionsmedizin geschenkt, die sich auf spezifische Varianten und Mechanismen (einschließlich Gen-Editing) konzentriert [7, 42, 47].

Ziel dieser Übersichtsarbeit ist es, die phänotypischen und genotypischen Merkmale, die bildgebenden Befunde, den Krankheitsverlauf und die Pathogenese der Krankheit zu beschreiben. Darüber hinaus werden die Merkmale spezifischer ABCA4-Varianten, eine Bewertung der Pathogenität und ein kurzer Überblick über die therapeutische Landschaft – Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft – vorgestellt.

Das ABCA4-Gen ist ein großes, hoch polymorphes Gen mit einer geschätzten Größe von 6819 bp, das für ein Protein mit 2273 Aminosäuren einschließlich 50 Exons kodiert [37]. ABCA4, früher als ABCR bezeichnet, gehört zur Superfamilie der ABC-Transportergene und kodiert für das retinaspezifische Transmembranprotein, ein Mitglied der Superfamilie der ABC-Transporter, mit ABC = ATP-bindende Kassette [3, 6, 48]. ABCA4 enthält 2 Transmembrandomänen, 2 glykosylierte extrazelluläre Domänen und 2 Nukleotidbindungsdomänen (Abb 2A) [3, 6, 48].

ABCA4 befindet sich am Rand der Membranscheiben der Außensegmente der Stäbchen und Zapfen und ist am aktiven Transport von Retinoiden vom Photorezeptor zum RPE im Retinoidzyklus beteiligt [48–51]. Der Seh-/Retinoidzyklus umfasst eine Reihe von enzymkatalysierten Reaktionen, die das durch Photobleichung von Rhodopsin/Zapfen-Opsin gebildete All-trans-Retinal in 11-cis-Retinal zurückverwandeln [48, 50–53]. All-trans-Retinal wird von lichtaktiviertem Rhodopsin/Zapfen-Opsin in die Außensegmente der Stäbchen/Zapfen freigesetzt und bildet dort mit Phosphatidylethanolamin (PE) einen Komplex: N-Retinyliden-PE (N-Ret-PE) [6, 48, 54]. Dieser Komplex wird dann aktiv durch ABCA4 zur Oberfläche der Papille transportiert (Abb 2B, C). Es wurde gezeigt, dass ABCA4 in geringeren Mengen auch im RPE exprimiert wird, wo es möglicherweise eine ähnliche Rolle beim Retinaldehyd-Recycling spielt [54].

Die enorme allelische Heterogenität von ABCA4 wird durch die Anzahl der bisher berichteten Sequenzvariationen (> 2000) deutlich, die zu Makuladystrophie, Zapfendystrophie, Zapfen-Stäbchen- und Stäbchen-Zapfen-Dystrophie führen [3, 6–8]. Aufgrund dieser Heterogenität ist es äußerst schwierig, Genotyp-Phänotyp-Korrelationen zu erstellen. Auch die Identifizierung von genetischen ABCA4-Merkmalen, die mit intronischen Varianten assoziiert sind, bleibt trotz der Fortschritte in der Gensequenzierung weitgehend unerreicht. Es konnte gezeigt werden, dass tiefe Intronvarianten für einen erheblichen Teil der fehlenden Heritabilität bei STGD1 verantwortlich sind und mit einem späten Ausbruch der Krankheit und einem milden Phänotyp assoziiert sind [55–57]. Aufgrund der hohen Polymorphie des ABCA4-Gens sind die genetischen und pathogenen Eigenschaften tiefer Intronvarianten jedoch nach wie vor schwer zu charakterisieren.

Null-Varianten oder Varianten, von denen angenommen wird, dass sie schädlicher sind, werden im Allgemeinen mit einem früheren Ausbruch der Krankheit in Verbindung gebracht und sind durch einen schwereren, rasch fortschreitenden Phänotyp gekennzeichnet, der häufig eine stärkere Netzhautbeteiligung aufweist [6, 8, 11–13, 16, 25, 26, 32]. Mildere Varianten, wie z.B. Missense-Varianten, werden häufig mit einem späteren Beginn der Erkrankung in Verbindung gebracht, die typischerweise milder ist, langsamer fortschreitet und eher auf die Makula beschränkt ist [58]. Obwohl einige Missense-Varianten schwerwiegende funktionelle Auswirkungen haben können, die denen von Null-Varianten ähnlich sind (z.B. p.Leu541Pro/p.Ala1038Val (Komplex), p.Glu1022Lys, p.Cys1490Tyr, p.Glu1087Lys, p.Thr1526Met, p.Arg1640Trp und p.Cys2150Tyr) [13, 16, 25, 26, 58], kann auch die Interaktion zwischen Varianten (einschließlich krankheitsverursachender und gutartiger Varianten) die Funktion beeinflussen [59]. Bestimmte Missense-Varianten, einschließlich p.Arg2030Gln, werden jedoch häufig beim mildesten ABCA4-assoziierten Phänotyp, der späten/Fovea verschonenden STGD1 (FS-STGD1), beobachtet [14, 26].

Während die allelische Heterogenität von ABCA4 hoch ist, gibt es STGD1-assoziierte Basenvarianten in verschiedenen rassischen und ethnischen Gruppen sowie Unterschiede in den klinischen Merkmalen, die mit der ABCA4-Retinopathie assoziiert sind [6]. Es gibt große Kohortenstudien zu STGD1, die das genotypische Profil und die phänotypischen Korrelationen für europäische/nordamerikanische kaukasische Populationen zeigen, obwohl es nur eine begrenzte Anzahl von Studien für lateinamerikanische, asiatische, afrikanische und andere Populationen gibt [5, 8, 32, 60, 61]. Weitere Studien sind erforderlich, um die klinischen Unterschiede und Auswirkungen in verschiedenen ethnischen Gruppen besser zu verstehen.

Eine Kategorie seltener hypomorpher Allele, die typischerweise bei milderen Phänotypen mit besserer Prognose beobachtet werden, wurde ebenfalls charakterisiert [62]. Lee et al. [62] zeigten, dass diese hypomorphen Varianten den Schweregrad des Phänotyps unabhängig vom Schweregrad des Transallels modulieren können. Der Mechanismus der hypomorphen Allele oder milderen Varianten wurde entweder auf eine verminderte Funktion des in normalen Mengen produzierten ABCA4-Proteins (d.h. Missense-Varianten) oder auf eine verminderte Produktion eines normal funktionierenden Proteins (d.h. Spleißvarianten) zurückgeführt. Das abweichende Spleißen im ABCA4-Gen und die daraus resultierenden Varianten, deren Pathogenität bisher unbekannt war, wurden vor kurzem auf der Grundlage von Midi-Gen- und Fibroblasten-Tests als pathogen eingestuft [63, 64].

Das Versagen des Transports aufgrund einer Fehlfunktion oder einer Fehllokalisation von ABCA4 führt zu einer ineffizienten Entfernung von N-Ret-PE aus den Außensegmenten der Photorezeptoren, was zu einer Akkumulation von Bisretinoid-Verbindungen in den Membranscheiben der Außensegmente und schließlich zu toxischen Mengen des Bisretinoids A2PE in den Photorezeptormembranen führt [48, 49]. A2PE wird zu dem hochtoxischen Metaboliten N-Retinyliden-N-Retinylethanolamin (A2E) hydrolysiert, der sich als Hauptbestandteil von Lipofuszin in den RPE-Zellen anreichert und schließlich zu einer Funktionsstörung und zum Absterben des RPE führt, was wiederum zu einer Funktionsstörung bzw. zum Verlust der Photorezeptoren führt (Abb 2D) [53].

Frühere Studien mit STGD1-Mausmodellen (d.h. ABCA4-Knockout) unterstützen die oben beschriebene Pathogenese. Es gibt jedoch Einschränkungen, wie das Fehlen der Makula bei Mäusen und der milde Phänotyp bei Mausmodellen, die einen späteren Krankheitsbeginn und eine langsamere Degeneration als typische STGD1-Patienten zeigen [51, 65]. Darüber hinaus gibt es Daten aus multimodalen hochauflösenden Bildgebungsstudien beim Menschen, die zeigen, dass der Verlust von Photorezeptorzellen in einigen Fällen der Dysfunktion bzw. dem Verlust von RPE-Zellen vorausgehen kann [17, 19, 20, 66, 67].

Patienten mit STGD1 zeigen in der Regel einen progressiven, beidseitigen zentralen Sehverlust. Der Krankheitsbeginn liegt häufig im ersten oder zweiten Lebensjahrzehnt [11, 12, 24]. Der Krankheitsbeginn ist mit dem Schweregrad der Erkrankung assoziiert; ein früher Krankheitsbeginn ist mit schädlicheren Varianten assoziiert, im Vergleich zu einer Erkrankung im Erwachsenenalter, die häufiger auf Missense-Varianten zurückzuführen ist [11–14, 16, 25–27].

Umfassende Untersuchungen sind für die klinische Diagnose und Überwachung unerlässlich, einschließlich Fundusfotografie, Fundusautofluoreszenz (FAF)-Bildgebung, spektraler optischer Kohärenztomografie (SD-OCT) und elektrophysiologischer Messungen [1, 3, 6, 7]. Ebenso sind klinische Klassifizierungen nützlich, um den Schweregrad der Erkrankung in Verbindung mit einer bestimmten Genotypgruppe zu beurteilen [11, 12, 19, 20, 23, 25, 32].

In den frühen Stadien kann die Ophthalmoskopie eine normale Netzhaut oder minimale Netzhautanomalien zeigen, einschließlich fovealer Reflexanomalien, weißer Makulaflecken und RPE-Störungen, mit oder ohne Sehverlust [15–17]. Netzhautbilder wie FAF, die SD-OCT und elektrophysiologische Untersuchungen (einschließlich Muster- (PERG), Ganzfeld- (FFERG) und multifokaler Elektroretinogramme (mfERG)) sind hilfreich bei der Diagnose [42, 68–70]. Es ist bemerkenswert, dass Kinder mit STGD1 in den frühen Stadien keine retinalen Flecken in der Funduskopie oder FAF zeigen, diese aber im Laufe der Zeit in Verbindung mit einer fortschreitenden Makulaatrophie entwickeln können [15, 16]. Bei sehr frühem Beginn der Erkrankung im Kindesalter mit relativ erhaltenem Sehvermögen betrifft die Makulaatrophie die Parafovea und verschont die Foveola, und diesen Veränderungen gehen in einigen Fällen feine, symmetrische, gelblich-weiße Flecken in der zentralen Makula und/oder ein charakteristischer Verlust der Transparenz der äußeren zentralen Schicht in der SD-OCT voraus [15–17].

Die elektrophysiologische Beurteilung ist besonders hilfreich, um eine fundiertere Prognose zu stellen [11]. Eine Klassifikation von 3 funktionellen Phänotypen auf der Basis elektrophysiologischer Befunde ist gut etabliert: Gruppe 1 – schwere PERG-Anomalie (Makulafunktionsstörung) mit normalen FFERG, Gruppe 2 – schwere PERG-Anomalie mit zusätzlicher generalisierter Zapfenfunktionsstörung auf FFERG, Gruppe 3 – schwere PERG-Anomalie mit zusätzlicher generalisierter Zapfen- und Stäbchenfunktionsstörung auf FFERG [11, 22]. Eine longitudinale ERG-Studie bestätigte die prognostischen Auswirkungen der oben genannten ERG-Gruppen, wobei Gruppe 1 die beste Prognose, Gruppe 2 eine mittlere oder variable Prognose und Gruppe 3 die schlechteste Prognose hatte [11]. Alle Patienten mit anfänglicher Beeinträchtigung des Stäbchen-ERG zeigten eine klinisch signifikante elektrophysiologische Verschlechterung, wohingegen nur 20% der Patienten mit anfänglich normalem FFERG eine klinisch signifikante Progression im Laufe der Zeit zeigten [11]. Diese Ergebnisse werden durch die Assoziation mit der Genotypgruppe unterstützt (z.B. ist Gruppe 3 mit einer höheren Prävalenz von Null-Varianten assoziiert) und sind auch für das Design, die Patientenauswahl und die Überwachung möglicher therapeutischer Interventionen relevant [11, 16, 20].

STGD1 mit einem späteren Alter des Auftretens wird zunehmend anerkannt. Patienten mit spät einsetzender STGD1 entwickeln häufig den FS-Phänotyp (FS-STGD1) [10, 14, 71]. FS-STGD1 ist gekennzeichnet durch eine relativ gut erhaltene VA sowie foveale Struktur und Funktion in frühen und mittleren Krankheitsstadien [14]. Der SD-OCT-Scan zeigt häufig äußere retinale Tubuli am Rand der Atrophie, was darauf hindeutet, dass der primäre Ort der Degeneration bei diesem Phänotyp das RPE und die Aderhaut ist [14]. Andererseits können Patienten mit fovealer Atrophie in den frühen Stadien einen Verlust von Photorezeptorzellen in der Fovea aufweisen. Daher deutet das Vorhandensein von zwei verschiedenen Phänotypen – Nicht-FS-STGD1, bei dem es sich hauptsächlich um STGD1 in der Kindheit und im Erwachsenenalter handelt, und FS-STGD1 – auf mehr als einen Pathomechanismus bei der ABCA4-assoziierten Retinopathie hin [14]. Die Tatsache, dass die krankheitsverursachenden Varianten zwischen diesen beiden Phänotypen unterschiedlich verteilt sind, scheint diese Hypothese zu unterstützen [14, 26].

Studien über den natürlichen Krankheitsverlauf spielen eine Schlüsselrolle für das Verständnis der Krankheitsprogression [20, 24]. In den letzten 8 Jahren wurden multizentrische, internationale, große Kohortenstudien (> 250 Teilnehmer) durchgeführt: die retrospektiven und prospektiven Studien «Natural History of the Progression of Atrophy Secondary to Stargardt Disease» (ProgStar) [24]. Ziel war es, den natürlichen Verlauf zu charakterisieren und sensitive, zuverlässige und klinisch relevante Messgrößen zu identifizieren, die in klinischen Studien verwendet werden können [24, 27–31]. Wir konzentrieren uns hier auf die FAF, da sie als Endpunkt für klinische Studien priorisiert wurde [24, 72, 73].

In einer retrospektiven ProgStar-Studie an einer Untergruppe von 224 Augen (Durchschnittsalter 33,0 ± 15,1 Jahre) betrug die mittlere Gesamtfläche der definitiv verminderten Autofluoreszenz (DDAF) zu Studienbeginn 2,6 mm² und die mittlere DDAF-Progression 0,51 mm²/Jahr [72]. In einer prospektiven 12-Monats-Studie betrug die mittlere DDAF-Fläche 3,93 mm² und die geschätzte DDAF-Progression 0,76 mm²/Jahr [73]. In beiden Studien hing die Progressionsrate von der anfänglichen Läsionsgröße ab, wie bereits in anderen Längsschnittstudien berichtet wurde [12, 74].

Die FAF-Bildgebung kann als Monitoring-Instrument für interventionelle klinische Studien zur Verlangsamung der anatomischen Progression der Erkrankung dienen [20, 42, 67]. Die Größe der Läsion zu Beginn der Studie scheint ein starker Prädiktor für das Läsionswachstum zu sein und kann teilweise durch die Quadratwurzeltransformation erklärt werden [12, 20, 42, 67, 75].

Studien mit SD-OCT und OCT-Angiografie (OCTA) haben gezeigt, dass die Fläche des Verlustes der ellipsoiden Zone (EZ) der Photorezeptoren 1,6-mal größer war als die Fläche der RPE-Atrophie, was darauf hindeutet, dass die Degeneration der Photorezeptoren dem RPE-Verlust bei STGD1 vorausgehen kann [76]. Darüber hinaus zeigte die OCTA, dass die choriokapilläre Gefäßdichte auch außerhalb der Bereiche mit Photorezeptor-EZ- und RPE-Verlust abnormal war, was auf eine komplexe choriokapilläre RPE-Pathophysiologie aufgrund einer ABCA4-Dysfunktion hindeutet [76]. Diese Ergebnisse könnten auch bei der Entwicklung von Endpunkten für klinische Studien hilfreich sein.

Obwohl es derzeit keine nachgewiesene Heilung für STGD1 gibt, werden verschiedene Behandlungsmöglichkeiten untersucht. Neben Netzhautprothesen [77] gibt es klinische Studien mit pharmakologischen Wirkstoffen, Stammzelltherapie und Gentherapie (zusammengefasst in Tab 1) [3, 6–8, 40–42, 45]. Die pharmakologischen Therapien sind wahrscheinlich am weitesten fortgeschritten und stehen kurz vor einer möglichen Zulassung als sinnvolle Behandlung [6, 7, 42].

Es wurden mehrere pharmakologische Wirkstoffe entwickelt, die spezifisch auf verschiedene Aspekte des Retinoidzyklus abzielen und möglicherweise das Fortschreiten der STGD verlangsamen oder verhindern (Abb 3A), wobei einige Studien auch über Verbesserungen der Netzhaut- und/oder Sehfunktion berichten (Tab 1) [3, 6, 8, 42].

Diese Substanzen zielen darauf ab, entweder 1) die Bildung toxischer Produkte des Retinoidzyklus zu reduzieren, indem sie die Vitamin-A-Zufuhr verringern oder verschiedene Enzyme hemmen, die an diesem Zyklus beteiligt sind, darunter Medikamente wie Emixustat [78–80], ALK-001, LBS-008, STG-001, Fenretinid und A1120, oder 2) direkt auf toxische Metaboliten wie A2E oder durch diese Metaboliten aktivierte Stoffwechselwege (z.B. die Komplementkaskade) einzuwirken, einschließlich Soraprazan und Avacincaptad Pegol.

Diese Medikamente zielen darauf ab, die Bildung von A2E und Lipofuszin zu hemmen, indem sie entweder die Geschwindigkeit der Vitamin-A-Dimerisierung verlangsamen (ALK-001) [81, 82], die Lipofuszin-Clearance verbessern (Soraprazan), kompetitive Hemmmechanismen auf RBP4 ausüben (LBS-008 (Tinlarebant), STG-001, Fenretinid, Vutrisiran und A1120) oder die Aktivität von RPE65 modulieren (Emixustat) [78].

Viele dieser Wirkstoffe wurden oder werden derzeit in Phase-1/2- oder Phase-3-Studien untersucht (LBS-008: NCT03735810, Emixustat: NCT03772665 und NCT03033108, ALK-001: NCT02402660) (Tab 1).

Avacincaptad Pegol, ein C5-Komplementinhibitor, wird ebenfalls in einer Phase-2-Studie untersucht (NCT03364153). Weitere pharmakotherapeutische Wirkstoffe wurden entwickelt, die direkt oder indirekt auf den Sehzyklus abzielen, einschließlich der Komplement-vermittelten Reaktion auf akkumulierte Nebenprodukte des Sehzyklus [83].

Zellersatzstrategien bieten potenzielle Vorteile bei der Behandlung fortgeschrittener Erkrankungen. Eine klinische Phase-1/2-Studie (NCT01469832) zur Behandlung von schwerer fortgeschrittener STGD1 mit RPE-Zellen, die aus humanen embryonalen Stammzellen (hESC) gewonnen wurden, wurde abgeschlossen [43, 84]. Die Ergebnisse der in Großbritannien durchgeführten Studie zeigten eine subretinale Hyperpigmentierung, die mit dem Überleben lebensfähiger transplantierter hESC-RPE-Zellen korrelierte [84]. Bei 4 von 12 Patienten wurde eine grenzwertige Verbesserung der Sehschärfe beobachtet, jedoch zeigte die Mikroperimetrie nach 12 Monaten keinen Hinweis auf einen funktionellen Nutzen [84]. Eine klinische Phase-1-Studie, in der die langfristige Sicherheit und Verträglichkeit von aus hESC gewonnenem RPE untersucht wurde (NCT01625559), zeigte keine unerwünschten Ereignisse bei günstigen Ergebnissen [85]. Weitere Studien sind geplant, darunter die Bewertung von kombinierten RPE- und Photorezeptor-Transplantaten, die entweder aus hESC oder aus induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSC) gewonnen werden.

Studien mit autologen, aus dem Knochenmark gewonnenen Stammzellen (BMSC; NCT01920867, NCT03011541, NCT03772938) befinden sich in unterschiedlichen Stadien. Eine Studie (NCT01920867) zeigte eine Verbesserung bei 61,8% der behandelten Augen, wobei 76,9% der Patienten eine Verbesserung des Sehvermögens zeigten. Andere Studien mit BMSC-Behandlung (NCT03772938, NCT03011541) laufen noch und haben noch keine Ergebnisse vorgelegt.

Die Genersatztherapie wird zunehmend bei Photorezeptorerkrankungen eingesetzt, um die weitere Degeneration zu verlangsamen oder zu verhindern und/oder die Funktion in frühen bis mittleren Krankheitsstadien zu verbessern [7, 40–42, 86]. Präklinische Genersatzstudien, die eine phänotypische Verbesserung in abca4^−/−-Mäusen zeigten, haben die Entwicklung von Gentherapie-Studien am Menschen gefördert [87, 88]. Adeno-assoziierte Virusvektoren (AAV-Vektoren) sind die erste Wahl für den Gentransfer in der Gentherapie beim Menschen. AAV-Kapside haben jedoch eine begrenzte Beladungskapazität. Das ABCA4-Gen ist viel größer als die derzeitige Kapazität von AAV-Vektoren [87]. Angesichts der größeren Beladungskapazität von Lentiviren wurde die subretinale Injektion eines lentiviralen Vektors für ABCA4 (SAR422459) entwickelt. Die Phase-1/2-Studie von StarGen zu dieser Therapie (NCT01367444) wurde vorzeitig abgebrochen, eine längerfristige Folgestudie läuft jedoch noch (NCT01736592) [89]. In beiden Studien traten keine Sicherheitsbedenken auf, doch konnte keine Verbesserung des Sehvermögens nachgewiesen werden [46, 90].

Bei der Optogenetik handelt es sich um eine Gentherapie für fortgeschrittene Erkrankungen, bei der die verbliebenen Nicht-Photorezeptorzellen mithilfe von AAV, die ein Opsin-verwandtes Photopigment produzieren, lichtempfindlich gemacht werden [91]. Dieser Ansatz wird in einer klinischen Phase-2-Studie bei STGD1 mit AAV2 untersucht, das eine MCO-Genexpressionskassette (MCO = multicharacteristic opsin, Opsin mit mehreren Merkmalen) trägt (NCT05417126) [92].

Zusätzlich zu den Behandlungen, die sich derzeit in der klinischen Untersuchung befinden, gibt es mehrere therapeutische Ansätze für STGD1 [93]. Behandlungen mit Antisense-Oligonukleotiden (AON) haben ein großes Potenzial für die personalisierte Behandlung von Patienten gezeigt, die Träger einer der ABCA4-Spleißvarianten sind [55, 57]. Klinische Phase-1/2-Studien zur therapeutischen intravitrealen Injektion auf AON-Basis zur Behandlung der Leber’schen kongenitalen Amaurose (NCT03140969, NCT03913130), der Retinitis pigmentosa und des Usher-Syndroms (NCT05085964) wurden durchgeführt. Zwei dieser Studien (NCT03913130, NCT05085964) wurden jedoch aus Gründen, die nicht mit der Sicherheit zusammenhingen, vorzeitig abgebrochen. Die Forschung zu AON-basierten Therapien hat vor kurzem gezeigt, dass diese vielversprechend sind, um eine weitere Verschlechterung in STGD-Modellen zu verhindern [94]. Andere Behandlungsmethoden, die derzeit untersucht werden, umfassen gentherapeutische Systeme mit alternativen Übertragungsvektoren. Wie bereits erwähnt, unterliegt die Verwendung von AAV-Vektoren bei STGD1 grundlegenden Beschränkungen, insbesondere in Bezug auf die Beladungskapazität und Bedenken hinsichtlich Immunreaktionen auf den viralen Vektor selbst [95, 96]. Daher könnten zukünftige Behandlungsmethoden mit nichtviralen Vektoren – wie kationische Lipide und Lipid-Nanopartikel (LNP) – potenziell sicherer sein als virale Vektoroptionen, da sie keine immunogenen viralen Proteine enthalten. LNP haben auch gezeigt, dass sie in der Lage sind, verschiedene Nukleinsäuremoleküle mit bis zu mehreren Millionen Nukleotiden [97] zu kondensieren und zu transportieren und dabei die DNA/RNA-Fracht vor unbekannten Effekten der chromosomalen Position zu schützen [98, 99]. Allerdings sind die Expressionsniveaus und die Transfektionseffizienz nichtviraler Vektoren in der Regel viel geringer als die viraler Vektoren. Neuere Strategien wie die PEGylierung von LNP oder die Verwendung eines pH-sensitiven Aminolipids haben gezeigt, dass sie die Effizienz und das Targeting der okulären Verabreichung deutlich verbessern [100, 101].

Andere Ansätze, die derzeit entwickelt werden, beinhalten die Verwendung von doppelten oder dreifachen AAV-Vektoren, um ABCA4 in voller Länge durch Spleißen von cDNA-Fragmenten in den Zellkern einzuschleusen [102–104].

Neue molekulare Werkzeuge auf CRISPR-Basis haben sich auch als therapeutische Option für STGD1 erwiesen (Abb 3B) [105]. Vor kurzem wurde das CRISPR/Cas9-Gen-Editing eingesetzt, um pathogene Varianten von ABCA4 in humanen iPSC (hiPSC) von STGD1-Patienten zu korrigieren [106]. Es gibt jedoch potenzielle Sicherheitsbedenken im Zusammenhang mit den für STGD1 entwickelten Gen-Editing-Verfahren, nämlich die Einführung von Doppelstrangbrüchen (DSB) in das Genom während des Editierens. Gen-Editing-Systeme wie CRISPR/Cas9 erzeugen DSB, die das Risiko bergen, fehleranfällige körpereigene DNA-Reparaturmechanismen auszulösen, die dann zu unerwünschten Effekten führen könnten [107, 108]. Systeme, die auf Transposon-Mutagenese basieren – wie Sleeping Beauty bei Fischen [109, 110] und PiggyBac bei Insekten [111] – könnten dieses Problem umgehen. Ein potenzieller Nachteil solcher Methoden ist, dass die DNA-Erkennungssequenz im gesamten menschlichen Genom vorkommen kann und das Gen somit nicht auf eine bestimmte Stelle ausgerichtet wäre. Ein ideales Transposonsystem wäre daher eines, das von Säugetieren abstammt, nicht immunogen ist und genetisches Material unbegrenzter Größe an einem ortsspezifischen genomischen Zielort einfügen kann.

Durch die Kombination der Eigenschaften der oben genannten Systeme besteht die Möglichkeit, dringend benötigte neue Gentherapien zu entwickeln, die eine höhere DNA-Fracht (und die Vermeidung von DSB) für STGD1 und andere häufige IRD wie die USH2A-assoziierte Retinitis pigmentosa und das Usher-Syndrom liefern können. Eine neuartige DNA-Integrationsplattform, die von SalioGen Therapeutics entwickelt wurde – Gene Coding – kombiniert viele der oben genannten Eigenschaften (Abb 3B). Die Technologie nutzt gewebe- und zellspezifische Nanopartikel (NP), um mRNA, die für eine synthetische, biotechnologisch hergestellte Säugetiertransposase kodiert, und ein DNA-Element, das das für ein bestimmtes Krankheitstarget interessante Gen enthält, gemeinsam einzukapseln. Das DNA-Element kann insbesondere eine große genetische Fracht wie ABCA4 oder eine Kombination genetischer Faktoren enthalten, da die NP keine Größenbeschränkung haben.

Mehrere potenzielle Vorteile dieser Art von Technologie werden derzeit untersucht. Erstens werden NP entwickelt, die auf bestimmte Zelltypen wie Photorezeptoren und RPE abzielen [112]. Zweitens wird die Fähigkeit von NP, große Genladungen zu transportieren, genutzt, um einzelne oder mehrere genetische Komponenten und regulatorische Elemente zur Kontrolle der Genexpression zu transportieren. Drittens kann die nichtvirale Natur des DNA-Integrationssystems die Immunogenität reduzieren, die bei viralen Trägersystemen auftritt. Schließlich vermeidet die Transposase im Gegensatz zu AAV-Therapien und nichtviralen Gen-Editing-Technologien und Gentherapien unerwünschte genomische Effekte, indem sie DSB vermeidet [113], während sie therapeutische Gene an Polynukleotidstellen in das Genom integriert. Alle diese potenziellen Eigenschaften könnten für die Behandlung degenerativer Netzhauterkrankungen wie STGD1, die durch mehrere pathogene Varianten in großen Genen verursacht werden, von Bedeutung sein.

STGD1 ist eine der häufigsten IRD, die in der Kindheit, im frühen Erwachsenenalter und im höheren Lebensalter auftritt. Diese ABCA4-assoziierte Retinopathie ist klinisch und genetisch sehr heterogen. Die eingehende klinische und genetische Charakterisierung in den letzten 15 Jahren hat zu einem besseren Verständnis der zugrunde liegenden Krankheitsmechanismen, des Krankheitsverlaufs und der Outcome-Kriterien geführt. Weitere Studien, darunter pharmakologische Studien, sind in naher Zukunft zu erwarten und Innovationen zur Entwicklung neuer gentherapeutischer Ansätze zeichnen sich ab.

Die Autoren danken Yu Fujinami-Yokokawa für die Unterstützung bei der Erstellung der Abbildungen und Kathryn Verhoeven für die redaktionelle Unterstützung bei der Erstellung des Manuskripts.

Wesentliche Beiträge zur Konzeption oder Gestaltung der Arbeit oder zur Sammlung, Analyse oder Auswertung von Daten für die Arbeit: KF, NW, YL, PY, YF-Y, JJH, JTL, DC, CC und MM. Erstellung der Arbeit oder kritische Durchsicht auf wichtige intellektuelle Inhalte: KF, NW, YL, PY, YF-Y, JJH, JTL, DC, CC und MM. Endgültige Genehmigung der einzureichenden Fassung: KF, NW, YL, PY, YF-Y, JJH, JTL, DC, CC und MM. Vereinbarung, für alle Aspekte der Arbeit verantwortlich zu sein, um sicherzustellen, dass Fragen bezüglich der Genauigkeit oder Integrität eines Teils der Arbeit angemessen untersucht und gelöst werden: KF, NW, YL, PY, YF-Y, JJH, JTL, DC, CC und MM.

KF, MM, YL und YF-Y werden durch Zuschüsse des National Institute for Health Research Biomedical Research Centre am Moorfields Eye Hospital NHS Foundation Trust und des UCL Institute of Ophthalmology gefördert. MM wird von The Wellcome Trust 2 (099173/Z/12/Z) gefördert. NW wird von der Tufts University School of Medicine gefördert. PY wird gefördert durch den Foundation Fighting Blindness TRAP1 Award TA-NMT-0521-0803-OHSU-TRAP, den Grant P30 EY010572 der National Institutes of Health (Bethesda, MD), den Malcolm M. Marquis, MD Endowed Fund for Innovation und durch uneingeschränkte Abteilungsmittel von Research to Prevent Blindness (New York, NY). DC ist Vollzeitangestellter von AGTC. JJH und JTL sind Vollzeitangestellte von SalioGen Therapeutics.

Offenlegung/Interessenkonflikte: KF: Berater (Kategorie C): Astellas Pharma, Kubota Pharmaceutical, Acucela, Novartis, Janssen, Sanofi, NightstaRx, Stargazer, SalioGen Therapeutics, Belite Bio, Alnylam, Restore Vision, FREST; KF: Unterstützung klinischer Studien/Forschung (Kategorie F): National Institute for Health and Care Research, Foundation Fighting Blindness, Janssen, Novartis, Janssen, Astellas; PY: Berater (Kategorie C): 4D Molecular Therapeutics, Adverum, AGTC, Annexon Bio, EcoR1, Exegenesis Bio, ExpertConnect, Foundation Fighting Blindness (SAB), Guidepoint, Iveric Bio, Janssen, MeiraGTx, Nanoscope Therapeutics (SAB), Otonomy, ProQR, Saliogen Therapeutics, TeamedOn, Vedere; PY: Unterstützung klinischer Studien/Forschung (Kategorie F): 4D Molecular Therapeutics, Acucela, Atsena, AGTC, Biogen, Editas, Foundation Fighting Blindness, Iveric bio, Ocugen, ProQR, Reneuron, Sanofi, Spark; NW: Berater (Kategorie C): Complement Therapeutics, Nidek, SalioGen Therapeutics, Stealth, Syncona, Topcon; NW: Unterstützung klinischer Studien/Forschung (Kategorie F): Carl Zeiss Meditec, Heidelberg, Nidek. NW: NW ist Mitglied des Verwaltungsrats von Iolyx Therapeutics, Aktionär von Ocudyne und ehemaliger Aktionär von Gyroscope Therapeutics. JH, JTL und CC: JH und JTL sind derzeit Vollzeitangestellte und Inhaber von Aktienoptionen von SalioGen Therapeutics. CC ist ein ehemaliger Angestellter von SalioGen Therapeutics. DC ist ein Vollzeitangestellter und Inhaber von Aktienoptionen von AGTC. YL, YF-Y: YL und YF-Y haben keine Interessenkonflikte zu melden. MM: Berater (Kategorie C): Acucela, MeiraGTx, Janssen, Stargazer, Claris Bio, SalioGen Therapeutics, Belite Bio und Alnylam. MM hält Anteile an MeiraGTx.

Fujinami K, Waheed N, Laich Y, Yang P, Fujinami-Yokokawa Y, Higgins JJ, Lu JT, Curtiss D, Clary C, Michaelides M: Stargardt macular dystrophy and therapeutic approaches. Br J Ophthalmol 2024;108:495–505, DOI: 10.1136/bjo-2022-323071. © 2024 Author(s) (or their employer(s)) (Übersetzung; Twitter, Patient consent for publication, Provenance and peer review, Data availability statement, Open access, ORCID IDs gekürzt), lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.de).