小布解读 | 新型变体AAV.cc47来了，可实现高效、跨物种兼容性

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AAV是基因治疗领域最常用的病毒载体之一，近年来，AAV基因疗法已在多种适应症上取得了进展，包括罕见眼科疾病、血友病、罕见肌肉疾病、中枢神经系统疾病、溶酶体贮积症等。AAV作为一种小型无包膜细胞病毒在递送系统中有很多优势，比如无致病性、高效持续表达、易于操作以及免疫原性低等。由于物种间的生物学差异性，但全身给药后的副作用并没有在小鼠或临床前动物模型中观察到。因此，改进病毒载体以应对AAV在不同物种间的转译差异，减轻潜在风险，改善与AAV基因治疗相关的治疗窗口，并且能够更好地预测建模，从而导致有效的临床转化。
<hr/>杜克大学医学院Aravind Asokan团队在“Nature Communications”发表文章“Cross-species evolution of a highly potent AAV variant for therapeutic gene transfer and genome editing”，研发了一种高效的、跨物种兼容的AAV变体（AAV.cc47），实验结果表明在正常小鼠和患病小鼠模型中，相比于AAV9，变体AAV.cc47处理组报告基因和治疗基因表达量更高，Cre重组和CRISPR基因组编辑效率也更高。AAV.cc47载体增强的转导效率在猕猴和猪中得到进一步证实，为潜在临床转化和人类基因治疗提供了强有力的理论依据。



AAV.cc47载体转导效率和基因编辑效率更高
在正常鼠中，比较AAV.cc47和AAV9的转导效率，结果显示心脏、胫骨前肌和大脑中AAV.cc47的转导效率增加，另外AAV.cc47在肝脏转导效率的增加存在统计学意义（图2b，c）。对心脏、胫骨前肌和肝脏的荧光强度进行定量分析，结果显示AAV.cc47的荧光强度分别高出21倍、16倍和2倍（图2d）。相比于AAV9，AAV.cc47在皮层（CTX）、小脑（CB）和海马体（HC）中转导神经元数量更多，转导量分别增加了4倍、3倍和4倍。在Ai9小鼠心脏、胫骨前肌和大脑中，AAV.cc47的转导效率增加，而肝脏的转导效率没有明显差异。研究表明，AAV.cc47和AAV9在各组织中生物分布没有差异（图3e），而组织中载体基因组拷贝数存在载体剂量依赖性。
此外，研究表明AAV.cc47对大脑神经元细胞的靶向性更强。在Ai9小鼠中检测两种AAV血清型的基因组编辑效率，结果显示心脏和骨骼肌中AAV.cc47-CRISPR基因组编辑效率更高。有趣的是，与AAV9相比，AAV.cc47处理组小鼠三种组织中gRNA的表达量都增加了3-4倍。



AAV.cc47在NHP大脑和心脏中转导效率更高
通过脑室注射方式比较AAV.cc47和AAV9在非人灵长类食蟹猴中的转导效率，结果显示在猴子大脑皮质和小脑中AAV.cc47表达和扩散能力更强，而在大脑皮质中AAV.cc47表现出更高的渗透能力。与AAV9相比，AAV.cc47对皮质神经元、胶质细胞和浦肯野细胞有更高的转导效率。为了评估AAV.cc47在其他物种的转导效率，研究人员在新生鼠和猪上进行了测试，结果说明AAV.cc47是一种跨物种兼容的载体，能够在小鼠、猪和NHPs大脑中实现更高的转导效率。



AAV.cc47在疾病模型中转导效率和基因编辑效率更高
庞贝氏症(Pompe disease)是一种罕见疾病，又称为酸性α-葡萄糖苷酶缺乏症 或糖原贮积症Ⅱ型(GSDⅡ)。由于溶酶体内缺乏酸性α-葡萄糖苷酶(GAA)，使糖原及麦芽糖不能转化为葡萄糖而被利用，以致体内大量糖原在骨骼肌、心肌和平滑肌等组织细胞内聚积而致病。为了探究AAV.cc47载体在小鼠疾病模型中递送治疗基因的能力，研究人员在庞贝病（Gaa−/−）小鼠模型中对AAV.cc47和AAV9载体递送能力进行了比较。给药后4周小鼠脑组织中GAA酶水平分析结果显示，AAV.cc47-GAA处理组GAA表达量更高，而且酶活性水平达到WT小鼠的67%，而在AAV9-GAA处理组的小鼠中只有WT水平的16%。在小鼠心脏和胫骨前肌中，只有AAV.cc47-GAA处理组酶活性显著增加。
杜氏肌营养不良是一种进行性的骨骼肌衰弱疾病，本病的发生是由于X染色体上编码肌营养不良蛋白的DMD基因的突变所引起。在mdx小鼠心脏中，AAV.cc47-CRISPR处理组比AAV9组的抗肌肉萎缩蛋白表达高6倍。在mdx小鼠的胫骨前肌，AAV.cc47-CRISPR处理组抗肌萎缩蛋白恢复率比AAV9组高2倍。定量结果表明与AAV9相比，AAV.cc47介导的基因组编辑使心脏和胫骨前肌第23外显子缺失的转录本分别增加了3倍和5倍。



结论
本研究证实了跨物种进化可以产生高效的AAV变体，并且能够在不同临床前动物模型中转导多种组织。在三种不同的动物模型中，通过VR-IV残基饱和诱变进化了衣壳库，显著改善了AAV9的转导谱。这种跨物种方法适用于AAV文库的进化和筛选，当与启动子特异性选择策略结合时，可以提高下一代AAV载体的临床可转译性。
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