Science | 突破血脑屏障：新型AAV载体为大脑疾病基因治疗带来新选择

2024-05-21

基因疗法

引言开发能够有效递送基因至人类中枢神经系统（CNS）的载体将扩大可治疗遗传病的范围。2024年5月16日，博德研究所Bejamine Deverman团队（黄琴、Ken Y. Chan为第一作者）在Science 在线发表题为“An AAV capsid reprogrammed to bind human transferrin receptor mediates brain-wide gene delivery”的研究论文，该研究设计了一种AAV衣壳，BI-hTFR1，它能结合人类转铁蛋白受体（TfR1），这种蛋白在血脑屏障（BBB）上表达。与AAV9相比，BI-hTFR1在穿过人脑内皮细胞层时具有更高的主动运输能力，并且在携带人类TFRC基因敲入的小鼠CNS中提供了40-50倍的报告基因表达增强。这种增强的趋向性是CNS特异性的，在野生型小鼠中并不存在。当用于递送GBA1基因时，该基因的突变会导致戈谢病并与帕金森病有关，BI-hTFR1显著增加了大脑和脑脊液中的葡萄糖脑苷脂酶活性，相比于AAV9。这些发现确立了BI-hTFR1作为人类CNS基因治疗的有前途的载体。在开发更高效的基因治疗递送载体时，一个关键挑战是设计出具有已知作用机制（MOA）且与人类患者相关的载体。传统上，为了增强腺相关病毒（AAV）的趋向性，研究人员主要依赖于在动物体内进行的衣壳库筛选。在过去的二十年中，许多研究小组使用这种方法，因为它可以在不需要预先了解MOA的情况下取得成功。然而，在动物中筛选出的载体大多无法在临床前模型中获得相同的效果。尽管进行了广泛的搜索，但尚未描述出具有明确转化潜力和已知MOA的AAV衣壳，以用于进入CNS。在此，作者从不同的角度出发，首先为特定的MOA（即与人类转铁蛋白受体（TfR1）结合）选择AAV衣壳，并展示了其中一个衣壳可以穿过血脑屏障（BBB），并在整个CNS中进行有效的基因递送。作者选择TfR1作为目标，因为它在人的BBB上高表达，能够介导构成性、配体非依赖性的受体介导的跨细胞运输（RMT）通过CNS血管，并且在增加小鼠、非人灵长类动物（NHP）和人类CNS生物制剂递送中的记录良好。作者首先筛选了7-肽修饰的AAV9衣壳库，以其在体外结合人类TfR1的能力。表现最好的衣壳AAV-BI-hTFR1显示出对人脑内皮细胞更有效的基因递送，并改善了其通过人类血管单层的主动运输。当系统性地注射到携带嵌合Tfrc基因且其胞外域人源化的TFRC敲入（KI）小鼠时，BI-hTFR1转导了多个脑区的大部分神经元和星形胶质细胞。这种增强的趋向性完全依赖于与人源化TfR1的相互作用，因为在野生型（WT）小鼠中我们没有观察到增强效应。这种趋向性在CNS中选择性增强，与TFRC在CNS血管中的高表达水平一致。BI-hTFR1有效递送GBA1并增加TFRC KI小鼠大脑中GCase活性（Credit: Science）为了探索其递送治疗性相关货物的能力，作者将携带人葡糖脑苷脂酶1（GBA1）基因的BI-hTFR1或AAV9静脉注射到TFRC KI小鼠中。GBA1的失活突变是戈谢病的主要原因，这是一种通常影响CNS的溶酶体贮积症，并且GBA1突变是帕金森病和路易体痴呆的遗传风险因素。在成年TFRC KI小鼠中系统性递送BI-hTFR1:GBA1后，整个大脑的表达增加，并且脑和脑脊液（CSF）中的葡糖脑苷脂酶（GCase）活性升高，这在使用AAV9时未观察到。通过直接与TfR1（人类天然蛋白配体及治疗性生物制剂的受体）结合，BI-hTFR1代表了开发针对CNS的人类基因治疗的有前途的载体。原文链接https://www-science-org.libproxy1.nus.edu.sg/doi/10.1126/science.adm8386责编|探索君排版|探索君文章来源|“iNature”End往期精选围观一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版）热文Nature | 破除传统：为何我们需要重新思考肿瘤的命名方式热文Nature | 2024年值得关注的七项技术热文Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望热文CRISPR技术进化史 | 24年Cell综述