時間：2023-08-17 熱度：

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(diào)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(jié)構(gòu)及主要細(xì)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(dǎo)致的肺部疾。緶宰樅苑渭膊、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(jī)制已經(jīng)被深入研究，但仍然缺乏有效的治療方案，導(dǎo)致病情進(jìn)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(guān)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(dá)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(dǎo)地位?；谵D(zhuǎn)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≡。

 

01  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(zhuǎn)導(dǎo)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(zhuǎn)導(dǎo)效率及感染部位也表現(xiàn)出差異。如AAV9經(jīng)氣管注射主要感染肺泡上皮細(xì)胞，對于支氣管上皮細(xì)胞的感染極少；AAV6和AAV6.2ff經(jīng)氣管注射可以高效轉(zhuǎn)導(dǎo)支氣管和肺泡上皮細(xì)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(zhì)是治療肺部遺傳性疾病如表面活性物質(zhì)缺乏和間質(zhì)性肺疾病的關(guān)鍵目標(biāo)，特別是肺泡II型上皮細(xì)胞（alveolar type II，ATⅡ），其表達(dá)對表面活性劑功能至關(guān)重要的蛋白質(zhì)，參與免疫反應(yīng)以及轉(zhuǎn)分化等多種功能，是肺部疾病基因治療的靶細(xì)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(chǎn)權(quán)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(zhuǎn)導(dǎo)肺臟、精準(zhǔn)靶向ATII（點(diǎn)擊鏈接，了解詳情）。
 

 

AAV不同血清型氣管內(nèi)注射肺部基因遞送轉(zhuǎn)導(dǎo)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(jìn)氧氣通過血流的轉(zhuǎn)移，在這過程中，肺部內(nèi)皮細(xì)胞（endothelial cells, ECs）至關(guān)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(chǎn)權(quán)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(zhuǎn)導(dǎo)肺臟且精準(zhǔn)靶向肺內(nèi)皮細(xì)胞（endothelial cells, ECs），同時基本不會在肝臟富集（點(diǎn)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(zhuǎn)導(dǎo)（5E+11vg/只，左：小動物活體成像結(jié)果；右：熒光結(jié)果）

 

AAV-LungX尾靜脈注射靶向ECs

 

02  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(xì)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(xì)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(nèi)皮細(xì)胞的感染，SM22a用于血管平滑肌的特異性感染。

 

03  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(jīng)血液循環(huán)）、鼻內(nèi)或氣管內(nèi)遞送（經(jīng)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(jīng)靜脈注射可以實現(xiàn)特異靶向肺臟內(nèi)皮細(xì)胞的高效轉(zhuǎn)導(dǎo)；呼吸道遞送可以實現(xiàn)大程度的特異性遞送，并實現(xiàn)肺部的高效表達(dá)，同時降低病毒劑量，但會有操作難度限制，且可能導(dǎo)致感染不均勻，有手術(shù)風(fēng)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）

 

04  應(yīng)用案例

 

慢性阻塞性肺疾。–hronic obstructive pulmonary disease ,COPD）是一種慢性炎癥性疾病，已成為全球第四大常見死因。2022年華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院謝俊剛教授團(tuán)隊在Oxidative Medicine and Cellular Longevity雜志發(fā)表的工作中，借助rAAV載體介導(dǎo)MTMR14在COPD小鼠肺部過表達(dá)，并進(jìn)一步驗證發(fā)現(xiàn)MTMR14過表達(dá)可以抑制小鼠COPD的進(jìn)展。

 

AAV經(jīng)氣管內(nèi)注射介導(dǎo)MTMR14在小鼠肺部高表達(dá)（Yiya Gu, et al., Oxid Med Cell Longev, 2022）

 

病毒產(chǎn)品	AAV-MTMR14
實驗動物	小鼠
注射方式	氣管內(nèi)注射
感染部位	肺臟
病毒用量	2E+11VG, 50μL
檢測時間	31天

 

2019冠狀病毒。–OVID-19）是一種由嚴(yán)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(guān)鍵作用。2021年8月，Nature Communications雜志刊登了暨南大學(xué)吳建國教授團(tuán)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(dǎo)肺損傷的新機(jī)制。文中，研究團(tuán)隊借助AAVlung經(jīng)尾靜脈注射在小鼠肺部高表達(dá)N蛋白（AAVlung-N）發(fā)現(xiàn)過表達(dá)N蛋白后，可顯著增加IL-1β，IL-6，TNF，CXLC10，CCL2等炎癥因子的表達(dá)，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(dǎo)小鼠肺部過表達(dá)的N蛋白通過激活NLRP3炎性體誘導(dǎo)小鼠肺損傷

（Pan Pan, et al., Nat Commun, 2021）

 

2023年5月，暨南大學(xué)吳建國教授團(tuán)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)表研究論文。文中，研究團(tuán)隊再次運(yùn)用AAVlung血清型在小鼠肺部高表達(dá)N蛋白，揭示了新冠病毒通過N蛋白抑制細(xì)胞凋亡促進(jìn)病毒復(fù)制的分子機(jī)制，為新冠病毒的高效傳播和感染致病機(jī)理提供了新的認(rèn)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）

 

病毒產(chǎn)品	AAV-Lung-N-EGFP
實驗動物	小鼠
注射方式	尾靜脈注射
感染部位	肺臟
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病，被稱作“不是癌癥的癌癥”。2019年12月，北京生命科學(xué)研究所/清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)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(dǎo)的基因表達(dá)調(diào)控策略，通過氣管內(nèi)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(diào)的Tgfb1表達(dá)，并配合多種實驗手段發(fā)現(xiàn)，AT2細(xì)胞中激活的TGF-b信號對于機(jī)械性張力驅(qū)動的肺纖維化的進(jìn)展至關(guān)重要。

 

rAAV載體介導(dǎo)Tgfb1表達(dá)下調(diào)

（Huijuan Wu, et al., Cell, 2019）

 

病毒產(chǎn)品	rAAV2/9-Tgfb1 shRNA
實驗動物	小鼠
注射方式	氣管注射
感染部位	肺臟
病毒用量	1E+11VG,50μL

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參考文獻(xiàn)

[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.