Nat Neurosci：科学家在靶向性基因疗法开发上取得重大进展！

2022年1月7日 讯 /生物谷BIOON/ --基因疗法是一种有望结局多种人类疾病的强大技术，比如，一种名为亨廷顿氏症的神经退行性疾病，就是由单一基因的突变所引起，如果科学家们能进入特定的细胞并纠正这种缺陷的话，理论上这些细胞就能恢复正常功能；然而科学家们面临的主要挑战就是制造合适的“运输”工具，其能将基因和分子带入需要进行治疗的细胞，同时还能避开并不需要接受治疗的细胞。

在体内选择的小鼠机体中，AAV衣壳的多个位点获得大脑的特异性，同时靶向远离肝脏。

图片来源：Goertsen, Flytzanis, Goeden et al., Gradinaru Lab at Caltech;

Nature Neuroscience

近日，一篇发表在国际杂志Nature Neuroscience上题为“AAV capsid variants with brain-wide transgene expression and decreased liver targeting after intravenous delivery in mouse and marmoset”的研究报告中，来自加州理工学院等机构的科学家们通过研究开发了一种基因运输系统，其能特异性地针对脑细胞同时还会避开肝脏，这一点非常重要，因为用于治疗大脑疾病的基因疗法也可能会对肝脏产生毒性免疫反应的副作用，因此科学家们希望找到只针对预定靶点的运输载体，相关研究结果在小鼠和狨猴模型中均得到了证实，而且这也是将该技术转化为人类机体研究的重要一步。

这项技术的关键是适用腺相关病毒（AAVs），长期以来其一直被认为有希望作为运输载体的候选者，在数百年的进化过程中，病毒已经进化出了多种有效的方法来进入人类细胞，而科学家们也开发出了新方法来利用病毒的特洛伊木马样的能力来为人类造福。AAVs由两种主要组分组成，即称之为衣壳的外壳（由蛋白质所组成）和衣壳内的遗传物质；为了利用重组AAVs进行基因疗法，研究者从衣壳中移除了病毒的遗传物质，随后将其替代为所需的“货物”，比如一个特定的基因或小型治疗性分子的编码信息。

研究者David Goertsen说道，重组的AAVs或能剥夺细胞的复制能力，从而就留下了一个强大的工具，在生物学上能被进行设计从而进入细胞，如今我们就能利用这种自然生物学特性为神经科学研究和基因疗法的开发衍生出专门的工具。衣壳的形状和组成是AAV进入细胞的关键部分，近些年来研究人员一直在研究如何工程化修饰AAV的衣壳使其能跨越血脑屏障，同时他们还想开发出新方法来选择和抵御某些特征，从而就会使得病毒载体对大脑中特定的细胞类型变得更加特殊。

在这项最新研究中，研究人员开发出了跨越血脑屏障的衣壳，尤其是名为AAV.CAP-B10的衣壳，其能有效进入到脑细胞中，尤其是神经元细胞，同时还能避免多种系统性的靶点，包括肝细胞等；重要的是，神经元的特异性和肝脏靶向特性的减少不仅会发生在小鼠机体中，还会发生在实验用的狨猴机体中。有了这些新的衣壳，研究人员就能在啮齿类动物和狨猴机体中检测多种基因疗法策略了，并能构建相应的证据将此类策略推向临床；研究人员能够对AAV衣壳进行工程化设计的神经元趋向性和减少肝脏的靶向性或许就是重要的特征，其或许会导致更加安全和有效的治疗大脑疾病的新型疗法选择。

图片来源：https://www.nature.com/articles/s41593-021-00969-4

开发出能在非人类灵长类动物中表现良好的AAV衣壳或许是朝着该技术用于人类临床研究的重要一步，此前研究人员并未实现在非人类灵长类机体中成功使用AAV衣壳的突变体，本文中，研究人员所开发的体内方法就能利用名为定向进化的过程来在多个位点对AAV衣壳进行修饰，这或许就能成功产生跨越多个品系小鼠血脑屏障的突变体，正如在狨猴机体中研究的那样。本文研究结果表明，在AAV衣壳表面的多个位点引入多样性或许就能增加转基因表达的效率和神经元的特异性；AAV工程化技术的力量或许就赋予新的趋向性和组织特异性，正如研究人员对大脑和肝脏研究的那样，这或许就能扩大其潜在的研究和临床前应用价值，从而为治疗大脑疾病提供新的治疗性方法。

综上，研究人员所开发的衣壳结构或能在大脑中产生不同的转基因表达特性，其中一种对神经元表现出了高度的特异性；在啮齿类动物和非人类灵长类动物机体中跨越具有神经元特异性的血脑屏障的能力或许就能为基础研究和治疗性研究提供新的途径，这或许是自然发生的病毒血清型无法达到的。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

Goertsen, D., Flytzanis, N.C., Goeden, N. et al. AAV capsid variants with brain-wide transgene expression and decreased liver targeting after intravenous delivery in mouse and marmoset. Nat Neurosci 25, 106–115 (2022). doi：10.1038/s41593-021-00969-4