《Nature Communications》：Optimized AAV capsids for basal ganglia diseases show robust potency and distribution
編輯推薦：
針對亨廷頓�。℉D）等基底神經節疾病藥物遞送難題，研究人員通過在非人靈長類（NHP）中篩選優化腺相關病毒（AAV）衣殼庫，獲高效衣殼 AAV-DB-3。其在多物種中實現深腦及皮層廣泛轉導，為腦基因治療提供新工具。
在神經退行性疾病的治療領域，如何將治療性生物分子精準遞送至深腦結構一直是困擾科學家的難題。以亨廷頓�。℉D）為例，其病變涉及基底神經節的紋狀體、蒼白球等深部核團以及皮層區域，傳統的腦內或血管內給藥方式難以有效覆蓋這些區域。經腦內注射雖能提高靶向性，但組織分布局限于注射部位，面對大體積腦結構需多次注射；靜脈注射雖可通過血腦屏障（BBB）修飾衣殼實現中樞神經系統（CNS）廣泛轉導，卻存在靶向效率低、外周毒性及免疫反應等問題。因此，開發既能高效穿透深腦結構、又具備跨物種適用性的基因治療載體成為迫切需求。
為攻克這一難題，美國費城兒童醫院（The Children’s Hospital of Philadelphia）等機構的研究人員開展了相關研究。他們利用無偏篩選策略，從基于 AAV1、AAV2、AAV9 改造的衣殼庫中，篩選出能通過蒼白球（GP）低劑量注射實現深腦及皮層廣泛轉導的衣殼變體 AAV-DB-3，并在多種動物模型及人類誘導多能干細胞（iPSC）衍生神經元中驗證了其效力與安全性。該研究成果發表在《Nature Communications》，為基底神經節疾病的基因治療提供了突破性解決方案。
研究主要采用了以下關鍵技術方法：一是構建包含約 680 萬種變體的肽修飾 AAV 衣殼庫，通過在非人靈長類（NHP）中進行多輪體內篩選與下一代測序（NGS），富集出高效衣殼變體；二是利用熒光報告基因（如 mTFP1、mNeonGreen）標記衣殼，結合組織學分析（熒光成像、RNA 原位雜交（FISH））評估轉導效率與分布；三是通過逆轉錄數字液滴 PCR（RT-ddPCR）定量檢測轉基因 mRNA 表達；四是在小鼠、恒河猴、非洲綠猴等多物種中驗證衣殼的跨物種性能，并利用人類 iPSC 衍生神經元評估其對人類細胞的轉導能力。
體內衣殼庫篩選與候選驗證
研究人員通過在恒河猴蒼白球注射 AAV 衣殼庫，經兩輪體內篩選后，從初始約 680 萬種變體中富集出 42,487 種候選變體，最終通過跨物種篩選確定 AAV-DB-3 等 3 種高效衣殼。AAV-DB-3 在恒河猴蒼白球注射后，能在紋狀體（尾狀核、殼核）、皮層第 5/6 層投射神經元、黑質等區域實現廣泛轉導，轉導范圍距注射點超 1 厘米，且在低劑量（3.0E+10 vg 或 7.5E+10 vg）下即可達到顯著效果。
與 AAV5 的對比研究
將 AAV-DB-3 與臨床正在評估的 AAV5 進行對比，在相同劑量下，AAV-DB-3 在尾狀核、殼核、運動皮層等區域的轉基因 mRNA 表達量顯著高于 AAV5（最高達 531 倍），且能更廣泛地擴散至遠距離腦區，如丘腦、腦橋等，顯示出更強的轉導效力與擴散能力。
跨物種性能與人類神經元轉導
AAV-DB-3 在 C57BL/6 小鼠的蒼白球外側核（GPe）注射后，能在紋狀體、皮層、丘腦等區域實現與 NHP 相似的廣泛轉導，證明其跨物種機制的保守性。在人類 iPSC 衍生的皮層神經元（如第 5/6 層錐體神經元、第 2/3 層興奮性神經元）中，AAV-DB-3 的轉導效率顯著高于親本血清型 AAV1，在 MOI=1E+3 時，轉導細胞比例提高 10 倍，轉基因表達量提高 60 倍，顯示出對人類神經元的高效轉導能力。
安全性與作用機制初探
通過免疫熒光檢測星形膠質細胞標記物 GFAP 和小膠質細胞標記物 IBA1，發現 AAV-DB-3 注射后神經炎癥反應輕微，與對照組無顯著差異，表明其安全性良好。其轉導模式提示可能通過軸突逆向運輸實現擴散，但具體機制仍需進一步研究。
研究結論表明，AAV-DB-3 是首個能通過單一低劑量蒼白球注射，實現基底神經節與皮層廣泛轉導的 AAV 衣殼，其跨物種有效性（從小鼠到 NHP 再到人類神經元）及安全性為 HD 等深腦疾病的基因治療提供了理想載體。與傳統需多次注射或高劑量靜脈給藥的方式相比，AAV-DB-3 顯著降低了手術負擔與外周毒性風險，為臨床轉化奠定了基礎。未來可進一步探索其在其他神經退行性疾�。ㄈ缗两鹕。┲械膽�，并深入解析其擴散機制，為開發更精準的腦靶向基因治療策略提供理論依據。
