【on-target】AAV感染肺臟 | 血清型·啟動子·注射用量 | 一篇就GO了！
肺臟（Lung）是哺乳動物呼吸系統(tǒng)中最重要的器官，其主要功能是將氧氣送入血液，并將二氧化碳排出體外，除呼吸調節(jié)功能外、肺臟還承載著防疫、免疫、肺循環(huán)、造血等多種重要的功能。肺臟包括支氣管、。ㄏ福┲、肺泡管和肺泡，肺泡是支氣管樹的終末部分，是肺部氣體交換的主要部分，也是肺的功能單位。
肺臟結構及主要細胞類型
（Siqin He, et al., J Nanobiotechnology, 2022）
呼吸系統(tǒng)疾病是：θ瀾縟嗣窠】檔某＜膊≈，其中不乏由基因突變導致的肺部疾病，如慢性阻塞性肺疾病、支氣管炎、家族性肺纖維化、囊性纖維化等，這些疾病的遺傳機制已經被深入研究，但仍然缺乏有效的治療方案，導致病情進一步惡化引發(fā)呼吸系統(tǒng)損傷，甚至是死亡。
主要呼吸系統(tǒng)疾病類型
（Jesus Shrestha, et al., Crit Rev Biotechnol, 2020）
重組腺相關病毒載體（recombinant Adeno-associated virus, rAAV）具有血清型種類多樣、免疫原性低、長期穩(wěn)定表達基因、宿主范圍廣等優(yōu)勢，在基因功能研究和基因治療遞送載體中占據(jù)主導地位?；谵D基因動物的局限性，借助rAAV載體高效感染肺臟用于肺部疾病的建：橢瘟撇唄砸殉晌嚼叢蕉嘌芯空叩難≡。
1、AAV血清型的選擇
目前AAV1、AAV2、AAV5、AAV6、AAV6.2ff、AAV9等血清型均被報道可以轉導動物肺臟，基于血清型嗜性、注射方式及研究對象的不同，這些AAV對于肺臟的轉導效率及感染部位也表現(xiàn)出差異。如AAV9經氣管注射主要感染肺泡上皮細胞，對于支氣管上皮細胞的感染極少；AAV6和AAV6.2ff經氣管注射可以高效轉導支氣管和肺泡上皮細胞，且在肺類器官中也表現(xiàn)出良好的感染效率，這幾種AAV也是目前用于肺部基因遞送用的較多的血清型。
肺實質是治療肺部遺傳性疾病如表面活性物質缺乏和間質性肺疾病的關鍵目標，特別是肺泡II型上皮細胞（alveolar type II，ATⅡ），其表達對表面活性劑功能至關重要的蛋白質，參與免疫反應以及轉分化等多種功能，是肺部疾病基因治療的靶細胞群體。最近，由瑋美基因自主創(chuàng)建的AAVmeta載體開發(fā)平臺，開發(fā)了一種具有自主知識產權的新型AAV遞送載體--AAV-LungM3，該血清型在小鼠模型中以低病毒量實現(xiàn)氣管注射高效轉導肺臟、親嗜感染ATII（點擊鏈接，了解詳情）。
AAV不同血清型氣管內注射肺部基因遞送轉導效率比較（低劑量，2.5E+10vg）
AAV-LungM3氣管注射靶向ATII
肺臟是一個高度血管化的器官，主要功能是促進氧氣通過血流的轉移，在這過程中，肺部內皮細胞（endothelial cells, ECs）至關重要。研究發(fā)現(xiàn)，ECs的功能異常往往參與多種肺部疾病的發(fā)生發(fā)展，如慢性阻塞性肺病、肺纖維化、肺動脈高壓、肺炎、急性呼吸窘迫綜合征、自身免疫性疾病等。九游會j9生物自主創(chuàng)建的AAVneO®全新AAV血清型發(fā)現(xiàn)平臺，開發(fā)了一種具有自主知識產權的新型AAV遞送載體--AAV-LungX，該血清型在小鼠模型中以較低劑量的病毒顆粒實現(xiàn)靜脈注射，高效轉導肺臟且精準靶向肺內皮細胞（endothelial cells, ECs），同時基本不會在肝臟富集（點擊鏈接，了解詳情），避免了可能引起的肝毒性等副作用，為研究肺部疾病提供了一種更安全、更有效的遞送載體。
AAV-LungX尾靜脈注射肺臟轉導（5E+11vg/只，左：小動物活體成像結果；右：熒光結果）
AAV-LungX尾靜脈注射靶向ECs
2、啟動子選擇
除了上述提到的基于AAV血清型嗜性外，亦可以借助細胞特異性啟動子完成特異性靶向操作。如對于肺泡II型上皮細胞的特異性感染可以借助SP-C（surfactant protein C）特異啟動子實現(xiàn)，此外，hFLT1或Tie1可以實現(xiàn)內皮細胞的感染，SM22a用于血管平滑肌的特異性感染。
3、注射方式的選擇及病毒注射量
對于肺部的病毒感染，一般遞送途徑包括兩類：系統(tǒng)注射（經血液循環(huán)）、鼻內或氣管內遞送（經呼吸道）。系統(tǒng)注射會同時感染其他臟器，病毒被稀釋，使得靶向肺臟的病毒減少，因此需要考慮血清型的選擇，如AAV-LungX，經靜脈注射可以實現(xiàn)特異靶向肺臟內皮細胞的高效轉導；呼吸道遞送可以實現(xiàn)最大程度的特異性遞送，并實現(xiàn)肺部的高效表達，同時降低病毒劑量，但會有操作難度限制，且可能導致感染不均勻，有手術風險等缺陷。
不同注射方式比較
肺臟基因遞送給藥方式
（Lisa A. Santry et al., BMC Bio. 2017）
肺臟研究”星“手段
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同時，也可用于測試促血管生成和抗血管生成化合物的功效，為逆轉病理過程尋找新的潛在可能。
4、應用案例
慢性阻塞性肺疾。–hronic obstructive pulmonary disease ,COPD）是一種慢性炎癥性疾。殉晌虻謁拇蟪＜酪。2022年華中科技大學同濟醫(yī)學院謝俊剛教授團隊在Oxidative Medicine and Cellular Longevity雜志發(fā)表的工作中，借助rAAV載體介導MTMR14在COPD小鼠肺部過表達，并進一步驗證發(fā)現(xiàn)MTMR14過表達可以抑制小鼠COPD的進展。
AAV經氣管內注射介導MTMR14在小鼠肺部高表達（Yiya Gu, et al., Oxid Med Cell Longev, 2022）
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病毒產品 |
AAV-MTMR14 |
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實驗動物 |
小鼠 |
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注射方式 |
氣管內注射 |
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感染部位 |
肺臟 |
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病毒用量 |
2E+11VG, 50μL |
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檢測時間 |
31天 |
2019冠狀病毒。–OVID-19）是一種由嚴重急性呼吸道綜合征冠狀病毒2型（SARS-CoV-2）引發(fā)的傳染。且懷∪蛐怨參郎；。SARS-CoV-2的核衣殼蛋白（Nucleocapsid，N蛋白）在病毒生命周期的多個步驟中發(fā)揮關鍵作用。2021年8月，Nature Communications雜志刊登了暨南大學吳建國教授團隊的工作，該研究揭示了SARS-CoV-2 N蛋白通過NLRP3炎癥小體誘導肺損傷的新機制。文中，研究團隊借助AAVlung經尾靜脈注射在小鼠肺部高表達N蛋白（AAVlung-N）發(fā)現(xiàn)過表達N蛋白后，可顯著增加IL-1β，IL-6，TNF，CXLC10，CCL2等炎癥因子的表達，且肺部有明顯的炎癥病變及組織損傷。
AAVLung-N尾靜脈注射介導小鼠肺部過表達的N蛋白通過激活NLRP3炎性體誘導小鼠肺損傷
（Pan Pan, et al., Nat Commun, 2021）
2023年5月，暨南大學吳建國教授團隊成員再添力作，由潘攀/李永奎/陳欣聯(lián)合在Signal Transduction and Targeted Therapy雜志發(fā)表最新研究論文。文中，研究團隊再次運用AAVlung血清型在小鼠肺部高表達N蛋白，揭示了新冠病毒通過N蛋白抑制細胞凋亡促進病毒復制的分子機制，為新冠病毒的高效傳播和感染致病機理提供了新的認識。
借助AAVlung血清型尾靜脈注射靶向肺組織
（Pan Pan, et al., Signal Transduct Target Ther, 2023）
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病毒產品 |
AAV-Lung-N-EGFP |
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實驗動物 |
小鼠 |
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注射方式 |
尾靜脈注射 |
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感染部位 |
肺臟 |
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病毒用量 |
5E+11VG |
特發(fā)性肺纖維化(Idiopathic Pulmonary Fibrosis, IPF)是一種常見的肺泡疾。懷譜“不是癌癥的癌癥”。2019年12月，北京生命科學研究所/清華大學生物醫(yī)學交叉研究院湯楠實驗室在Cell雜志上發(fā)表研究論文。文中，作者借助了病毒載體介導的基因表達調控策略，通過氣管內插管的方式將rAAV2/9-Tgfb1 shRNA注射到PNX處理的Cdc42缺失小鼠的肺部，以下調的Tgfb1表達，并配合多種實驗手段發(fā)現(xiàn)，AT2細胞中激活的TGF-b信號對于機械性張力驅動的肺纖維化的進展至關重要。
rAAV載體介導Tgfb1表達下調
（Huijuan Wu, et al., Cell, 2019）
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病毒產品 |
rAAV2/9-Tgfb1 shRNA |
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實驗動物 |
小鼠 |
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注射方式 |
氣管注射 |
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感染部位 |
肺臟 |
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病毒用量 |
1E+11VG,50μL |
新品來襲
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參考文獻
[1] J Nanobiotechnology. 2022 Mar 3;20(1):101.doi: 10.1186/s12951-022-01307-x
[2] Hum Gene Ther. 2020 Sep;31(17-18):996-1009.doi: 10.1089/hum.2020.169
[3] BMC Biotechnol. 2017 May 15;17(1):43.doi: 10.1186/s12896-017-0365-2
[4] Stem Cell Res Ther. 2020 Oct 23;11(1):448.doi: 10.1186/s13287-020-01950-x
[5] Nat Commun. 2020 Aug 6;11(1):3929.doi: 10.1038/s41467-020-17577-8
[6] Nat Commun. 2021 Aug 2;12(1):4664.doi: 10.1038/s41467-021-25015-6
[7] Signal Transduct Target Ther. 2023 May 9;8(1):194.doi: 10.1038/s41392-023-01459-8
[8] Oxid Med Cell Longev. 2022 Jan 7;2022:9300269.doi: 10.1155/2022/9300269
[9] Cell. 2021 Feb 4;184(3):845-846.doi: 10.1016/j.cell.2021.01.020.
