新型变体AAV.CPP.16 | 高效穿透啮齿类和非人灵长类动物血脑屏障！

时间：2022-10-21 14:16

腺相关病毒（AAV）已成为基因治疗中枢神经系统 (CNS) 疾病的重要工具载体，目前能够有效通过血脑屏障（BBB）的腺相关病毒种类有限，极大的阻碍了CNS基因治疗发展。中枢血脑屏障的存在，一方面保护大脑免受外界物质的入侵，另一方面也阻碍了病毒载体的靶向递送。早先研究发现一些天然AAV的血清型具有一定的跨血脑屏障能力，如AAV9、AAVrh.10和AAVHSC，并通过进一步改造其衣壳蛋白，提高了AAV突变体穿透啮齿类动物血脑屏障的能力，如AAV-AS、Anc80L65、AAV.PHP.B、AAV.PHP.eB和AAV-F，然而AAV突变体病毒在非人灵长类动物的跨血脑屏障能力仍有待提高。

细胞穿透肽（CPP）是一类有助于大分子物质被细胞吸收的短肽。目前一些研究已经将CPP作为偶联剂结合到纳米颗粒上，促进纳米颗粒透过血脑屏障。将AAV病毒载体和CPP共孵育后通过尾静脉注射到小鼠上可增强AAV穿透血脑屏障的能力，但是该方案是否可以用于非人灵长类动物，目前尚不清楚。

2022年10月10日，来自哈佛大学医学院的Bei Fengfeng团队在nature biomedical engineering上发表题为“Variants of the adeno-associated virus serotype 9 with enhanced penetration of the blood–brain barrier in rodents and primates”的研究论文，通过对AAV9病毒衣壳进行合理改造和筛选，开发出能高效穿透啮齿类和非人灵长类（食蟹猴）动物血脑屏障的病毒载体—AAV.CPP.16。同时AAV.CPP.16也是胶质细胞瘤小鼠模型中递送抗肿瘤因子的有效载体。

1.高效跨血脑屏障AAV.CPP.16和 AAV.CPP.21的开发

通过将不同的CPP的编码基因插入AAV9的 VR-VIII 衣壳凸起588/589位点后，获得一系列表达CPP的AAV突变载体。随后通过尾静脉的方式，将改造后的AAV突变体注射到C57BL/6J小鼠中，表达三周后，检测AAV突变体在脑组织中表达荧光的情况，发现AAV.CPP.11与AAV.CPP.12有良好的血脑屏障穿透能力。

AAV.CPP.11与AAV.CPP.12分别表达穿透肽Bip1和Bip2，进一步将Bip1和Bip2序列进行优化并重新插入AAV载体中，合成新的突变体库，经筛选后发现AAV.CPP.16和 AAV.CPP.21不仅具有良好的跨血脑屏障能力，且感染效率比AAV9高出近几十倍。在不同品系小鼠中，AAV.CPP.16和 AAV.CPP.21的跨血脑屏障效率比AAV9高出近百倍。

图1、改造后的AAV.CPP.16和AAV.CPP.21表现出良好的跨血脑屏障能力

2. AAV.CPP.16在非人灵长类动物中表现出良好的跨血脑屏障能力

为了研究改造后的AAV.CPPs是否在非人灵长类动物中存在良好的跨血脑屏障能力，研究人员将AAV.CPP.16和 AAV.CPP.21注射到幼年和成年食蟹猴中，发现注射AAV.CPP.16和 AAV.CPP.21的动物并未表现出行为异常或者体重减轻。随后对病毒的中枢表达进行分析，发现在幼年和成年食蟹猴中，仅有AAV.CPP.16展现出良好的跨血脑屏障能力。

进一步对AAV.CPP.16感染的细胞类型进行检测，发现在AAV.CPP.16感染的细胞中，大约80%的细胞为神经元，大约15%的细胞为星形胶质细胞，大约1%的细胞为少突胶质细胞。表明AAV.CPP.16对中枢系统神经元存在高度的亲和性。

图2、AAV.CPP.16对中枢系统神经元有高度的亲和性

3. AAV.CPP.16是治疗神经胶质瘤有效载体

为了检测AAV.CPP.16的临床运用潜力，研究人员在胶质瘤模型鼠的尾静脉注射AAV.CPP.16，荧光检测发现AAV.CPP.16能富集在胶质瘤附近，表明AAV.CPP.16对胶质瘤有良好的感染能力。随后使用AAV.CPP.16载体将程序性死亡配体（PD-L1）靶向递送到小鼠的胶质瘤，发现PD-L1特异性表达在胶质瘤附近，展现出良好的肿瘤细胞杀伤能力，大大延长胶质瘤小鼠的存活时间。