突破血脑屏障！中国学者一作Science论文，开发新型AAV载体，为大脑疾病基因治疗带来新选择蛋白

iNature · 公众号 · · 2024-05-19 00:00

主要观点总结

文章介绍了关于新型基因治疗载体的最新研究。BI-hTFR1作为有效递送基因至人类中枢神经系统的载体具有广泛的应用前景。研究设计了一种新型AAV衣壳，其能够结合人类转铁蛋白受体（TfR1），从而提高了穿过血脑屏障的能力，实现了大脑和脑脊液中的基因高效表达。这种新载体在治疗遗传病特别是戈谢病方面具有显著潜力。

关键观点总结

关键观点1: 新型基因治疗载体的设计

研究团队设计了一种新型AAV衣壳BI-hTFR1，它能够结合人类转铁蛋白受体（TfR1），提高了穿过血脑屏障的能力。

关键观点2: BI-hTFR1的高效基因传递特性

与传统的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，并且提供了报告基因表达的显著增强。

关键观点3: 治疗遗传病的潜力

BI-hTFR1在治疗遗传病如戈谢病方面表现出巨大潜力。通过递送治疗性相关货物如GBA1基因，能够有效增加大脑和脑脊液中的酶活性，对帕金森病和路易体痴呆的治疗风险也有积极影响。

关键观点4: 研究方法的创新性

该研究采用了一种创新的方法，即通过选择特定的MOA（即与人类转铁蛋白受体结合）来选择AAV衣壳，进而开发了一种能够高效进入CNS的载体。

关键观点5: 研究成果的广泛应用前景

该研究为未来开发针对人类中枢神经系统疾病的基因治疗提供了新的途径和工具，具有广泛的应用前景。

正文

iNature

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（图源自 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/doi/ 10.1126/science.adm8386

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