AAV载体凭借其高安全性,低免疫原性等优势,可以安全地转导中枢神经系统和感官系统,并在多种疾病的基因治疗中显示出巨大潜力,这为遗传性耳聋的治愈带来了新的希望。目前,已有多项研究表明,使用AAV作为基因治疗载体可以部分或完全恢复遗传性耳聋小鼠模型的听力。上期内容,我们分享了关于AAV在内耳应用中的启动子和注射方式的选择策略:AAV在内耳的靶向应用策略(上),本期我们将继续分享内耳应用中AAV血清型、载体的选择和优秀案例。
01 AAV血清型选择
1 新生小鼠
①传统AAV血清型中,AAV1是新生小鼠内耳基因传递使用最广泛的血清型之一,可转导毛细胞、支持细胞、血管纹、前庭神经上皮多种细胞类型,并且通过圆窗膜注射方式可高效转导内毛细胞。其它血清型AAV2、AAV6、AAV8、AAV9以不同的效率感染新生小鼠耳蜗内毛细胞(图1)。
图1. 相比其它天然AAV,AAV1在体外可高效转导离体培养的小鼠耳蜗毛细胞
(Askew C, et al.Sci Transl Med.2015)
②与传统的AAV血清型相比,变体Anc80L65可介导靶基因在新生小鼠外毛细胞和内毛细胞中的高效稳定传递(图2)。
图2. 相比传统AAV血清型,Anc80L65在体外可高效转导小鼠耳蜗外毛细胞和内毛细胞
(Landegger LD, et al.Nat Biotechnol. 2017)
图3. 相比传统AAV血清型,Anc80L65在体内可高效转导新生小鼠耳蜗内毛和外毛细胞
(Landegger LD, et al.Nat Biotechnol. 2017)
③经后半规管注射后,变体AAV2.7m8可在体内高效转导新生小鼠外毛细胞和内毛细胞,并且在外毛细胞转导方面明显优于Anc80L65(图4)。此外,AAV2.7m8还能够感染支持细胞亚群(内柱细胞和内指细胞)(图5),这些支持细胞亚群被认为能够高效促进毛细胞再生。
图4. AAV2.7m8在体内高效感染新生小鼠耳蜗外毛细胞和内毛细胞
(Isgrig K, et al. Nat Commun. 2019)
图5. AAV2.7m8在体内高效感染新生小鼠内耳支持细胞
(Isgrig K, et al. Nat Commun. 2019)
④经胞囊注射后,相比Anc80L65和AAV2.7m8,AAV9-PHP.B在内毛细胞和外毛细胞中均具有强的转导效率,并在螺旋和前庭神经节神经元中显著转导。
图6. AAV9-PHP.B在体内高效感染新生小鼠耳蜗外毛细胞和内毛细胞
(Lee J, et al. Hear Res. 2020)
⑤通过RWM注射,新型突变体AAV-ie-K558R可以强烈诱导新生小鼠耳蜗中HC样细胞的再生
图7. AAV-ie-K558R-Atoh1可在新生小鼠体内再生HC样细胞
(Tao Y, et al.Signal Transduction and Targeted Therapy. 2022)
2 成年小鼠
在成年小鼠中,相比于AAV1、AAV8、AAV9和Anc80L65血清型,AAV2可同时高效转导内毛细胞和外毛细胞,其次是Anc80L65血清型(图8)。
图8. AAV2高效转导成年小鼠耳蜗毛细胞
(Omichi R, et al.Mol Ther Methods Clin Dev. 2020)
02 双AAV载体选择
AAV有限的包装容量(约4.7kb)使其无法递送一些较大的基因,这在一定程度上限制了其疾病治疗范围,双AAV(或三AAV)载体技术的发展解决了这一难题。双AAV载体递送策略即将要递送的大片段基因拆分并包装到两个AAV载体上,其中一个AAV载体携带启动子元件和5’端外源基因CDS,另外一个AAV载体携带3’端外源基因CDS和polyA尾巴,载体两端为ITR序列。将这两个AAV载体共感染目的细胞后,外源基因的上下游部分根据AAV基因组的聚合能力进行重组,最终产生一个包含完整外源基因的mRNA转录本。目前常用的双AAV载体策略有三种:overlapping、trans-splicing和hybrid。
图9. 双AAV载体策略示意图
(Omar Akil. Hearing Research. 2020)
使用双AAV载体递送技术,可以将超过4 kb的编码序列转导到内耳,这为一系列由较大基因引起的遗传性耳聋的基因治疗开辟了可能性。例如,研究人员利用双AAV载体方法在DFNB9耳聋小鼠模型中成功实现了Otof基因cDNA编码序列(∼6 kb)的完整表达,实现转导细胞中Otof基因表达的持久恢复和耳聋表型的逆转,而且该治疗方法不仅可以在听力发作前预防Otof-/-小鼠的耳聋,而且在听力发作后给药还可以持续逆转耳聋表型,这为未来在DFNB9患者中进行基因治疗试验带来了希望。
图10. 双AAV载体恢复P10 Otof - /- 小鼠otoferlin表达并预防耳聋
(Akil O, et al. Proc Natl Acad Sci U S A. 2019)
· 小结 ·
不同的启动子、注射方式、血清型、病毒用量及载体递送形式等因素均会影响AAV在内耳的基因递送效率,因此以上数据仅供参考,建议您在具体实验之前查阅相关文献或技术资料,选择合适的策略开展实验。
03优秀案例分享
维真生物AAV2/9病毒感染耳蜗毛细胞效果图