盤點(diǎn)神經(jīng)研究中常用的AAV血清型

作為基因治療的首選載體，腺相關(guān)病毒（AAV）擁有許多的特點(diǎn)，特別是天然的AAV衣殼有成百上千種，這也就是文獻(xiàn)中常提到的AAV血清型。不同的衣殼蛋白（Cap）或AAV血清型提供了多樣性的組織侵染能力的選擇，并且為避開基因治療宿主已有的對(duì)某些衣殼蛋白的免疫抗性提供了可能。

現(xiàn)階段研究人員已發(fā)現(xiàn)12種人類AAV血清型（AAV1至AAV12）和100多種非人類靈長動(dòng)物AAV血清型，不同血清型的AAV具有不同的特性。圖1所列為人類AAV1至AAV9識(shí)別的細(xì)胞表面受體，圖2所列為AAV1至AAV9的不同組織親噬性。

圖1、人類AAV1至AAV9識(shí)別的細(xì)胞表面受體

圖2、AAV1至AAV9的不同組織親噬性

今天我們重點(diǎn)盤點(diǎn)一下，在神經(jīng)研究中有哪些常用且好用的AAV血清型。

據(jù)報(bào)道，目前適用于神經(jīng)系統(tǒng)的AAV血清型有：1、2、5、6、8、9、PHP.B、PHP.eB、PHP.S、DJ、Retro、rh10等十幾種，不同的血清型在神經(jīng)系統(tǒng)不同部位的感染效率及擴(kuò)散能力不同，合適的血清型關(guān)乎基因是否能夠?qū)崿F(xiàn)高效穩(wěn)定表達(dá)，甚至關(guān)乎最終的研究結(jié)果，因此綜合標(biāo)記的細(xì)胞和每種AAV血清型的特性等因素來選擇合適的AAV血清型至關(guān)重要。

那么，面對(duì)琳瑯滿目的血清型，該如何選擇適合自己的那個(gè)呢？

利用AAV實(shí)現(xiàn)對(duì)神經(jīng)環(huán)路的精確標(biāo)記，主要涉及兩大基本問題即方向性（順向、逆向）和是否跨突觸的問題。順向(Anterograde)是由注射部位的神經(jīng)元胞體經(jīng)軸突下行至末梢，逆向(Retrograde)是由軸突末梢傳到細(xì)胞體；順向跨突觸（Anterograde transneuronal）是從胞體傳到軸突末梢后跨過突觸傳遞至下一級(jí)神經(jīng)元，逆向跨突觸（Retrograde transneuronal）跟順向跨突觸相反，是由胞體逆向跨突觸傳遞至上一級(jí)神經(jīng)元的軸突。如下圖所示：

圖3. AAV標(biāo)記神經(jīng)元的方式 （Strick P L et al. eLS, 2011）

可逆向示蹤的血清型

常見的AAV病毒載體都是順向標(biāo)記，極少能進(jìn)行逆行傳遞，這大大限制了AAV載體在神經(jīng)環(huán)路示蹤中的應(yīng)用。直到2016年，研究人員在AAV2的基礎(chǔ)上，通過定向進(jìn)化的方式改造出一種具有逆向示蹤功能的AAV2突變體——AAV2-retro，該載體能夠在小鼠大腦中進(jìn)行有效的神經(jīng)環(huán)路逆向標(biāo)記，且其逆行示蹤能力和效率與傳統(tǒng)的逆行示蹤劑相當(dāng)。圖4所示為rAAV2-retro的開發(fā)過程及應(yīng)用實(shí)例：

圖4、rAAV2-retro（逆向非跨突觸標(biāo)記） （Tervo et al., Neuron, 2016）

可順向跨單級(jí)突觸的血清型

2017年張礪教授團(tuán)隊(duì)研究報(bào)道AAV1能在高滴度條件下呈順向跨突觸傳播，與Cre依賴的報(bào)告系統(tǒng)相結(jié)合，可高效和特異性地驅(qū)動(dòng)Cre依賴的外源基因在突觸后神經(jīng)元中的表達(dá)，以標(biāo)記突觸后神經(jīng)元。2020年該研究團(tuán)隊(duì)再次深入研究了AAV1順向跨突觸標(biāo)記的作用機(jī)制——依賴于突觸囊泡的釋放，同時(shí)揭示了其在多種神經(jīng)環(huán)路中的廣泛應(yīng)用，為AAV1作為順向跨突觸示蹤病毒工具對(duì)神經(jīng)元及其投射腦區(qū)進(jìn)行標(biāo)記提供了諸多證據(jù)，如圖5所示。

圖5、AAV1順向跨突觸標(biāo)記 （Zingg B et al. J Neurosci, 2020）

可跨血腦屏障的血清型

血腦屏障的存在對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)有很強(qiáng)的保護(hù)作用，但同時(shí)它也能阻隔藥物的傳遞和吸收，使神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療變得異常困難，如圖6所示，AAV9 & AAVPHP.B& AAVPHP.eB& AAVPHP.S 可以有效介導(dǎo)基因由外周向中樞神經(jīng)系統(tǒng)的跨越，繼而將遺傳物質(zhì)遞送至大腦或脊髓中。

圖6、可跨血腦屏障的血清型(Ken Y Chanet al, Nat Neurosci, 2017)

不知如何選擇血清型？用血清型篩選試劑盒！

雖然目前已經(jīng)有一些血清型表現(xiàn)出了在中樞/外周神經(jīng)系統(tǒng)中較強(qiáng)的特異性，但是仍然有很多的待研細(xì)胞的合適血清型是未知的。為了幫助各位研究人員篩選到更合適的血清型，內(nèi)含多種血清型的AAV篩選試劑盒“應(yīng)時(shí)而生”，使用該“魔盒”只需一次感染就能檢測(cè)與驗(yàn)證AAV血清型對(duì)靶組織的侵染特異性，進(jìn)而幫助受此困擾的研究人員快速篩選到親嗜性更好的AAV血清型，以實(shí)現(xiàn)基因高效表達(dá)的目的。

下圖為使用血清型篩選試劑盒檢測(cè)多種AAV血清型對(duì)小鼠腦神經(jīng)細(xì)胞的感染情況，從中篩選出感染小鼠大腦神經(jīng)元細(xì)胞的更適血清型，如圖7所示，AAVPHP.EB較其他幾種血清型對(duì)小鼠大腦神經(jīng)元的侵染效率更高。

圖7、AAV血清型篩選試劑盒檢測(cè)多種AAV血清型對(duì)小鼠腦神經(jīng)細(xì)胞的感染情況