Kailun Fang等研究者来自中国科学院上海神经科学研究所（Institute of Neuroscience, Chinese Academy of Sciences）和Huidagene Therapeutics Inc.，于2025年3月在期刊《Molecular Therapy: Methods & Clinical Development》发表了一项关于腺相关病毒（AAV, adeno-associated virus）跨物种嗜性（tropism）差异的系统研究。这项研究聚焦于21种AAV衣壳变体（capsid variants）在C57BL/6小鼠、BALB/c小鼠和食蟹猴（crab-eating macaques）中的基因递送效率差异，揭示了不同物种间AAV嗜性的显著异质性，为基因治疗中靶向组织的衣壳选择提供了关键依据。

学术背景

AAV是基因治疗中广泛应用的载体，但既往研究发现，某些AAV血清型（serotypes）在小鼠与非人灵长类动物（NHPs）间的转导模式存在差异。例如，AAV-PHP.B在C57BL/6小鼠中枢神经系统（CNS）中高效转导，但在BALB/c小鼠和NHPs中效率低下。这种差异使得跨物种应用时的衣壳选择复杂化。此外，AAV在灵长类肝脏中的转基因表达稳定性低于啮齿类动物，凸显了系统性比较AAV嗜性的必要性。本研究旨在通过条形码标记的AAV文库（barcoded AAV libraries）全面分析21种衣壳变体在三种模型中的嗜性差异，为临床前研究提供指导。

研究流程

1. AAV文库构建与验证

   • 设计包含双7nt条形码（barcode1/barcode2）的AAV载体，构建21种衣壳变体的混合文库，涵盖天然血清型（AAV1-AAV9、RH10、RH74）和工程化变体（如PHP.B、CAP-B10、MyoAAV-2A）。
     
   • 通过高通量测序验证文库的均一性，排除PCR扩增偏倚（图S1）。
     

2. 动物实验与样本处理

   • 小鼠模型：5周龄雄性C57BL/6和BALB/c小鼠（各3只）静脉注射5×10¹² vg/kg的AAV文库，3周后采集20种组织，通过qPCR和条形码测序分析DNA/RNA丰度及tdTomato报告基因表达（图1b）。
     
   • 食蟹猴模型：3只雄性食蟹猴接受相同剂量AAV文库注射，并联合利妥昔单抗（rituximab）和雷帕霉素（rapamycin）抑制免疫反应（图2a），3周后采集28种组织进行类似分析。
     

3. 数据分析

   • 通过Pearson相关系数比较不同物种间各衣壳的转导模式差异。
     
   • 采用免疫组化（IHC）验证靶组织的蛋白表达水平，如肺、胰岛和肾小球中的tdTomato阳性细胞比例（图5g-i）。
     

主要结果

1. 小鼠品系间差异

   • BALB/c小鼠在脑、脊髓、肺和骨髓中的AAV RNA丰度显著低于C57BL/6小鼠（p<0.001）（图1d）。例如，AAV-PHP.B在BALB/c小鼠CNS中的转导效率降低，且肝脏、心脏等组织的全局表达水平下降（图1j-k）。
     

2. 跨物种差异

   • 食蟹猴的AAV RNA丰度在28种组织中有20种显著低于C57BL/6小鼠（图2c），尤其是肝脏、心脏和肌肉（p<0.001）（图2d-f）。
     
   • AAV4在食蟹猴中呈现均匀低表达，而在小鼠中具有显著的肝脏脱靶（liver-detargeting）特性，且在肺、胰岛和肾小球中高效转导（图3d, 5b）。
     

3. 组织特异性衣壳筛选

   • 肝脏：AAVrh10和AAVrh74在两种小鼠和食蟹猴中均高效（图4a）。
     
   • 肌肉：MyoAAV-2A跨物种表现最佳（图4b）。
     
   • CNS：AAV9和PHP.S在食蟹猴脑中效率较高，而工程化变体（如PHP.B）未显著优于天然AAV9（图4c）。
     

结论与价值

本研究首次系统性揭示了AAV嗜性在品系和物种间的差异，并建立了跨物种靶向组织的衣壳选择框架。关键发现包括：
1. AAV4的独特特性：其肝脏脱靶性和肺/胰岛靶向性为降低肝毒性提供了新策略。
2. 物种特异性优化需求：例如AAV-DJ仅在小鼠肝中高效，而LK03仅在食蟹猴中有效（图4a），提示临床前研究需验证多模型。
3. 免疫抑制方案：联合利妥昔单抗和雷帕霉素可部分克服食蟹猴中预存抗体（NABs）对转导的影响（表S1）。

研究亮点

• 方法创新：双条形码文库设计提高了高通量筛选的准确性。
  
• 跨物种验证：覆盖小鼠和灵长类，填补了临床转化中的数据鸿沟。
  
• 应用指导：明确推荐了针对肝、CNS等组织的优选衣壳，加速基因治疗开发。
  

其他价值

研究还发现AAV4在胰腺胰岛中的高效转导（图5h）可能为糖尿病基因治疗提供新工具，而预存抗体对AAV2/8的抑制（图S6a）提示了载体个性化筛选的必要性。局限性包括低丰度组织中条形码测序的敏感性不足，以及CAG启动子（ubiquitous promoter）可能掩盖组织特异性表达差异。

该研究为基因治疗的载体选择提供了跨物种数据库，并强调了从小鼠到灵长类转化研究的谨慎性。