精准基因操作，突破血脑屏障！定制化设计的AAV载体为治疗神经系统疾病带来新变革

AAV载体因其卓越的性能，在基因治疗领域展现出广阔的应用前景。其高效性体现在能够在包括分化和未分化细胞在内的多种细胞类型中，实现高效的基因传递，为治疗遗传性疾病、神经退行性疾病以及某些癌症等提供了可能。

 

更值得一提的是，AAV是一种非致病性的病毒载体，具有低免疫原性，不会引发明显的免疫反应或毒性。其安全性在过往的研究中得到了较为充分的验证，AAV主要以附加体的形式存在，对宿主基因组无害，这使其成为基因治疗的首-选递送载体。此外，AAV载体的应用范围广泛，结合CRISPR基因编辑系统，可以直接将基因编辑工具递送到目标细胞内，实现精确的基因修饰。

 

突破血脑屏障

 

有许多研究发现AAV还能突破血脑屏障（BBB），不过这些实验多局限于动物模型，直到最近来自美国布罗德研究所的研究人员才真正实现了在人脑中的这一重大突破。他们开发了一种新型AAV载体，通过靶向人转铁蛋白受体1（TfR1）高效地将基因递送到整个人类中枢神经系统（CNS）。研究团队之所以关注到TfR1，是因为它在血脑屏障上高表达，并能够在中枢神经系统血管中介导转胞吞作用。为了设计AAV的衣壳，他们筛选了具有随机7聚体肽插入的基于AAV9的文库，以寻找能够结合人TfR1的衣壳。这一过程找到了四种有前景的衣壳变体，其中一种被称为BI-hTFR1的变体成为了主要候选者。

 

 

对BI-hTFR1的体外特性分析显示，与标准AAV9载体相比，它在表达人TfR1的细胞中具有优越的结合和转导能力。研究人员使用了包括表达不同物种TfR1的CHO细胞和人脑内皮细胞在内的多种细胞类型，以证明BI-hTFR1的特异性和效率。

 

他们发现BI-hTFR1能够结合TfR1的顶端结构域，使其能够结合TfR1与转铁蛋白形成的复合体。这一特性至关重要，因为它使载体在一定浓度的生理转铁蛋白存在时仍能有效工作。抗体竞争测定和生物层干涉实验为该结合机制提供了强有力的证据。

 

为了评估载体穿越BBB的能力，研究团队使用人类脑内皮细胞开发了一个transwell模型。与AAV9和AAV2相比，BI-hTFR1在此屏障上的主动转运能力得到了显著增强。细胞内转运研究表明，BI-hTFR1遵循TfR1的受体介导的转胞吞途径。

 

▲图注：靶向人TfR1的载体通过与TfR1的顶端结构域相互作用，将基因递送到大脑内皮细胞中

 

BI-hTFR1的潜力在使用表达人鼠嵌合TfR1的TFRC基因敲入（KI）小鼠的体内研究时得到充分体现。当通过静脉注射时，BI-hTFR1在中枢神经系统中的报告基因表达量相比AAV9高出了40-50倍。重要的是，这种增强的趋向性是特定于中枢神经系统的，并且在野生型小鼠中不存在，这证实了载体对人TfR1的依赖性。\

 

研究人员还探索了该载体在递送具有治疗作用的载荷方面的潜力。他们使用BI-hTFR1递送了人GBA1基因，该基因的突变与戈谢病（Gaucher disease）和帕金森病相关。结果显示，与使用AAV9递送相比，大脑和脑脊液中的葡糖脑苷脂酶活性显著增加，突出了该载体的治疗潜力。这项研究代表了中枢神经系统靶向基因疗法领域的重大进展。通过设计一种适用于人体的AAV衣壳，研究人员创造了一种富有应用前景的载体，用于未来的临床应用。

 

靶向视交叉上核组织

 

AAV载体正在被越来越多地应用于对神经系统的研究和相关疾病的治疗。此前，加州大学旧金山分校的研究人员利用AAV载体来研究视交叉上核（SCN），这是负责调节我们身体24小时节律的大脑区域。长期以来，人们都知道体内生物钟对温度变化的适应性。然而，生物钟与温度敏感基因之间的相互作用仍不清楚。

 

 

而这项研究揭示了这些系统之间的相互作用。研究团队使用云舟生物的载体个性化定制平台，专门设计了pAAV1 [Exp]-{RBM3promoter}>Luciferase:WPRE载体（Vectorbuilder id: VB200519-1118txj），将生物荧光基因引入SCN组织，从而能够实时观察基因对温度波动的反应。他们专注于一种名为Rbm3的基因，该基因在冷应激反应和神经保护中起着重要作用。

 

值得注意的是，尽管核心生物钟基因Per2在温度变化中保持稳定，但Rbm3却转录增强。然而，这种反应依赖于另一种生物钟基因Bmal1的存在。当使用病毒载体降低Bmal1水平时，Rbm3响应消失。这表明Bmal1在昼夜节律时钟和温度感应机制之间起着桥梁作用。

 

这些发现可能对理解昼夜节律紊乱以及潜在地开发治疗神经退行性疾病的新疗法具有深远的影响。随着这一领域的不断发展，它可能会为应对时差反应、倒班工作障碍和其他与昼夜节律相关的健康问题提供新的策略。像这样使用AAV载体可以在特定脑细胞中以前所-未有的精确度进行基因操作，为神经科学研究开辟了新途径。

 

神经系统疾病的基因治疗

 

AAV载体已经在多种遗传性和获得性中枢神经系统疾病中得到应用，包括遗传性失明、运动神经元疾病、帕金森病和阿尔茨海默症等。例如，一种基于AAV9载体的疗法已经用于治疗5岁以下患者的IDUA缺乏症，显示出积极的疗效。此外，一些AAV基因治疗已经通过了临床试验阶段，展示了安全性和有效性。

 

许多血清型AAV具有天然的嗜神经性，并且通过人工改造和筛选的新型AAV载体能够更精准地靶向特定的脑区和细胞类型，从而减少副作用。例如，AAV2.1-A载体在灵长类大脑中展现了更高的神经元特异性。

 

AAV载体不仅在基因治疗中表现出色，还在神经科学研究中得到了广泛应用。例如，AAV载体被用于将钙指示剂基因导入神经元中，实现对神经元活动的实时成像。此外，AAV载体还被用于研究基因在神经系统中的功能作用，因其免疫原性低、安全性高而受到青睐。

 

尽管AAV基因治疗在神经系统疾病中取得了显著进展，但仍面临一些挑战，如组织特异的免疫反应和潜在的毒性问题。未来的研究需要不断技术创新改进和优化AAV载体特性，以更好地造福人类。