治療白內障的眼藥水

刷臉書的時候看到這一篇，說白內障(cataract)未來可望用眼藥水就治療好，不需要手術，於是好奇點進去看。（先說一下這是 2015 年的研究，我後面會提到之後有什麼發展。）

這是怎麼做到的呢？大家可能都知道白內障是因為水晶體變混濁造成的失明，而會變混濁是因為形成水晶體主要的蛋白質 crystallin 結塊沈澱而造成的。crystallin 內有兩大家族：α-crystallin & βγ-crystallin，是結構很穩定且有組織的蛋白質，βγ-crystallin 的結構如果被破壞的話，α-crystallin 會和它結合然後溶解它，類似一個 chaperone 的角色 [註1]。不過如果 βγ-crystallin 結構受損太多的話，就會變成一個大蛋白結塊(aggregates)，然後沈澱使得水晶體變得混濁，不過這一切是怎麼發生的，為什麼會發生，目前還不清楚。

註 1：α-crystallin 由兩條 chains 組成 -- cryAA 和 cryAB，都只有 20kDa 左右，它們是 small heat shock protein (sHSP)，也是 chaperone。

這篇刊在 Nature 的研究顯示 lanosterol -- 動物體內一種膽固醇(cholesterol)和賀爾蒙的前驅物(precursor) -- 可以溶解 crystallin 形成的結塊，這是怎麼發現的呢？UCSD 的實驗室主持人 Dr. Kang Zheng 和其團隊發現有對兄弟有白內障，但是他們的父母並沒有，於是研究了一下，結果發現這對兄弟的 LSS (lanosterol synthase) 基因帶有突變。LSS 的功能是負責把 (S)-2,3-oxidosqualene 轉換成 lanosterol，而這兩個突變使 LSS 喪失了其 catalysis 的功能，於是無法產生 lanosterol。基因檢測結果顯示他們的父母並沒有這種突變，因此作者們認為 lanosterol 和白內障有關。

Lanosterol: PubChem, Drug Bank

在這篇研究中，作者們在細胞中表現了會形成 aggregates 的突變 crystallin，同時也一起表現了正常的 LSS 或是突變的 LSS，結果顯示正常的 LSS 降低了結塊的 crystallin，但是突變的 LSS 並沒有。另外，在培養液中加入 lanosterol 的話，即便細胞中表現的是突變的 LSS，crystallin aggregates 也同樣降低了，但是加膽固醇的話就沒有這種效果。

接著，他們想看看 lansterol 對真正的水晶體有沒有治療效用。他們把有白內障的兔子的水晶體取出，然後泡在 25mM lanosterol 裡面六天，結果原本呈現白色混濁的水晶體變得較清澈透明了。最後，他們試驗在狗身上，被用來試驗的狗是因年紀而患有白內障的，基因檢測顯示牠們的 LSS 沒有任何突變。他們把含有 lanosterol 的 nanoparticles 用針打入狗眼睛裡的玻璃體室(vitreous cavity)，實驗期間每三天打一次，控制組則打入不含 lanosterol 的 nanoparticles。除此之外，治療組的狗也被用點眼藥水的方式治療，每日點三次含有 lanosterol 的眼藥水，每次一滴(50uL)，連點六個禮拜。眼藥水的溶劑為 ddH2O，濃度為 11.4g lansterol/L (25mM)。結果顯示狗的白內障情況好很多，水晶體變清澈了。

如此看起來 lanosterol 的確是有療效的，不過用在人類治療上有個瓶頸，lanosterol 分子不小並且非水溶性 [註2]，因此用點眼藥水的方式是否能有效讓 lanosterol 進入水晶體並不清楚。在狗的實驗中，nanoparticles 和點眼藥水同時進行，無法得知是哪種方式造成的效果。

註 2：在他們的 in vitro 和細胞實驗中，是用 liposome 當載體或是用 DMSO 去溶。

他們的研究發表後沒幾個月，另一組團隊也做了同樣的實驗。Shanmugan et al 取得四十顆白內障患者手術後取出的水晶體，然後用 Zhang 研究裡的狗眼藥水配方去泡這些水晶體，同樣是在 25mM lansterol 裡泡了六天，但是並沒有 Zhang 在兔子實驗中出現的效果，從患者眼中取出的水晶體依然混濁。

之後，Venkatesh et al 對於這個研究發表了一個 comment，表示無法實驗無法複製的原因可能是因為水晶體的狀況不同，lanosterol 應該還是有療效的。

然後，在去年一月，有個義大利團隊發表了一篇人體試驗的研究。因為 Zhang 研究中用的 lanosterol 濃度太高了，所以他們減到 5mM，用橄欖油去溶解 lanosterol 後再用 0.2um filter 過濾消毒。白內障患者在第一週每日點兩次藥水，之後七個禮拜每日點三次，結果顯示沒有任何療效。（怎麼我覺得這個實驗很鬧啊~）

再來，去年年底時 Chen et al 發表了一篇研究表示 lanosterol 和 25-hydroxycholesterol (25HC) 都可以溶解 crystallin aggregates。他們的做法是把三位患者手術後取出的水晶體打碎，準備成濃度為 2mg/ml 的蛋白質結塊，然後加入不同濃度的 lanosterol 或是 25HC [註3]，在常溫下放兩個禮拜後觀察其混濁度。結果顯示加惹 10uM lanosterol 或是 10uM 25HC 的都變清晰了，25HC 的效果比 lanosterol 好些，表示這兩者都可溶解 crystallin aggregates。

註 3：他們用來溶解 lanosterol 和 25HC 的溶劑是 5% DMSO。

雖然這篇研究同樣顯示 lanosterol 可以體外溶解 crystallin aggregates，但是想要以眼藥水的方式治療白內障，仍然有一段距離。Zhang 在自己的學校網頁上表示，他們在人類和動物的臨床試驗上，限於法規都還處於籌備階段。

話雖如此，市面上已經有人在賣了呢。有家公司號稱他們利用奈米科技可以成功把 lanosterol 送進水晶體，不需要打針，只需要滴他們的眼藥水，就可以把狗狗的白內障至好惹。他們在網頁上寫成份含有 2mg/ml lanosterol，但送進水晶體的載體為商業機密不可說。不過剛剛孤狗了一下，現在好像在 Amazon 和 eBay 上已經找不到惹。

他們申請的專利：

WO2016029199A1: Compositions and methods to treat vision disorders
WO2016029197A1: Compositions and methods to treat and/or prevent vision disorders of the lens of the eye


[2021-04-25 update]

發現很多人點這篇看，忘了內容是什麼，就也開來看。心血來潮點了一下 Zhang 的網頁，像看有沒有什麼新進展，卻發現關了，於是孤狗一下看是怎麼回事，結果發現他在 2016 年被 FDA 調查。Zhang 在 2010 年時參加了中國的千人計劃，開了一家公司 CalCyte Therapeutics，但沒跟 UCSD 揭露有 conflict of interest。之後，後來在中國也開了一家公司，同樣沒有揭露。2016 年，FBA 寄了一封警告信給他，表示他的研究計畫有問題，除了沒交代細節外，也違反了臨床試驗原則，很多接受臨床試驗的患者視力正常，並沒有白內障，也沒有患者同意書，違反研究倫理。之後，中美關係開始緊張，美國大舉調查在美的中國籍教授和學者是否有參與中國的千人計劃和外洩研究機密給中國，Zhang 也被調查，後來在 2019 年時和 UCSD 請辭。



Articles:

The Scientist / UCSD Eye Doctor Resigns After Investigation into Ties with China (2019)

UCSD The Guardian / UCSD Eye Doctor Suspended for Objectionable Study Conditions (2019)

Futurism / Goodbye Surgery? Scientists Just Made Eye Drops that Dissolve Cataracts (2015)

Nature / Cataracts dissolved (July 2015)

Science / A new dawn for cataracts


Papers:

G Wistow, The human crystallin gene families. Human Genomics (2012)

L Zhao et al, Lanosterol reverses protein aggregation in cataracts. Nature (2015)

PM Shanmugam et al, Effect of lanosterol on human cataract nucleus. Indian J Opthalmol (2015)

R Venkatesh et al, Comment to: Effect of lanosterol on human nuclei. Indian J Ophthalmol (2016)

A Felici et al, Lanosterol Eye Drops in a Human Juvenile Nuclear Cataract. Open J Clinical Medical Case (2018)

XJ Chen et al, Lanosterol and 25-hydroxycholesterol dissociate crystallin aggregates isolated from cataractous human lens via different mechanisms. Biochem Biophys Res Commun (2018)