上??萍即髮W鐘桂生課題組與合作者開發出新型腺相關病毒(AAV)血清型

ON2019-08-27CATEGORY科研進展

2019年8月19日,上??萍即髮WiHuman研究所/生命學院鐘桂生課題組、東南大學柴人杰課題組與復旦大學附屬眼耳鼻喉科醫院李華偉課題組合作在《Nature Communications》在線發表了題為“AAV-ie enables safe and ef?cient gene transfer to inner ear cells”的最新研究成果。該研究開發出一種可用于耳聾基因治療的AAV新變體,命名為AAV-ie (AAV-inner ear)。相較傳統的血清型AAV,AAV-ie能夠高效且安全地靶向小鼠內耳的各種組織細胞且在支持細胞(Supporting cell)上顯示出優于其它AAV的感染率。而且,AAV-ie也能高效感染人的內耳組織細胞,表明其具有臨床應用的潛力。

目前,相關研究已經鑒定出超過3000個基因的突變會導致符合孟德爾遺傳的疾病[1]?;蛑委熇幂d體將外源正?;蚧蛘呋蚓庉嫻ぞ邔氚屑毎?,從而達到糾正基因缺陷的目的。該方法能在根源上解決基因突變所導致的疾病。腺相關病毒(AAV)以其高細胞感染性和低免疫原性成為現階段基因治療的理想載體。美國FDA2017年和2019年批準了兩個基于AAV載體的基因治療藥物,分別用于視網膜營養性萎縮癥和脊髓性肌肉萎縮癥(SMA)的治療。截至2018年底,大約有145AAV介導的基因治療在進行臨床試驗[1]。但是,尚未有針對聽力損失的AAV基因治療進入臨床,部分原因是由于缺少合適的AAV血清型。

聽力損失是最常見的感官障礙之一,影響到世界6.8% 以上的人口(約5億人)。大多數情況下,聽力損失是由于耳蝸毛細胞(Hair cell)的損傷所致。耳蝸毛細胞負責感知和傳遞聲音,而支持細胞則起到支撐毛細胞并維持微環境的作用。目前,已經有100多個耳聾基因的突變被發現[2]。大多數耳聾基因在毛細胞中表達,也有一些關鍵耳聾基因如GJB2 等則主要表達在支持細胞中[3]。耳蝸支持細胞能在一定條件下轉分化為毛細胞。因此,靶向支持細胞的基因治療對于修正耳聾基因以及耳蝸毛細胞的再生具有重要意義。

現階段傳統的AAV血清型已經在內耳中被廣泛嘗試,常見的AAV型如AAV1、AAV2、AAV6、AAV8、AAV9等均顯示出對內耳各種細胞的低感染率[4]。為解決現有AAV型對內耳組織細胞感染率不高的問題,鐘桂生課題組及其合作者對現有的一種AAV載體AAV-DJ進行了改造,通過在AAV-DJ的衣殼蛋白中插入一些特定的短肽得到了AAV突變體,并將這些AAV突變體包裝綠色熒光蛋白mNeonGreen,然后體內注射感染小鼠耳蝸,得到了一個能高效感染Sox2陽性支持細胞(品紅色)的AAV新突變體AAV-ie(圖1)。結果顯示,AAV-ie對支持細胞的感染率優于其他AAV血清型。同時,研究人員也對AAV-ie的安全性進行了驗證,通過掃描電鏡和聽力測試等手段,研究人員發現AAV-ie并不影響毛細胞的形態和小鼠聽力(圖2)。這些結果表明AAV-ie是一個安全且高效的載體。


1. AAV-ie高效感染小鼠耳蝸支持細胞


2. AAV-ie是一個安全的病毒載體

為探索AAV-ie的臨床應用的可能性,鐘桂生組與復旦大學附屬眼耳鼻喉科醫院李華偉課題組合作,用AAV-ie-mNeonGreen感染病人的內耳組織樣本。結果顯示其也能高效的感染人的毛細胞和支持細胞(圖3)。


3. AAV-ie高效感染人橢圓囊組織樣本

雖然AAV-ie能高效感染耳蝸支持細胞,但其基因治療的潛力還需驗證。因此,研究人員將帶有耳蝸毛細胞再生因子Atoh1的AAV-ie病毒注射入小鼠內耳,發現AAV-ie–Atoh1能大量再生Myo7a陽性(品紅色)的毛細胞(圖4),提示AAV-ie具有再生應用的潛能。

 

4. AAV-ie-Atoh1促進毛細胞再生

據悉,AAV-ie是第一個在耳蝸中能高效感染支持細胞的AAV載體,該研究也首次在小鼠耳蝸中利用AAV載體實現了毛細胞再生。而且,對人樣本的高感染率也顯示AAV-ie可能具有臨床應用價值。AAV-ie血清型以及其在基因治療中的應用已經申請國家專利和國際專利。

   本研究由上??萍即髮WiHuman研究所/生命學院鐘桂生課題組、東南大學柴人杰課題組與復旦大學附屬眼耳鼻喉科醫院李華偉課題組合作完成,上科大為第一完成單位。鐘桂生組的博士后談方志、儲岑鳳博士、東南大學齊潔玉博士以及復旦大學附屬眼耳鼻喉科醫院李文妍醫生為共同第一作者。鐘桂生教授、柴人杰教授、李華偉教授和談方志為共同通訊作者。

 

   原文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-019-11687-8

 

   參考文獻

   1. Wang, D., Tai, P.W.L. & Gao, G.P. Adeno-associated virus vector as a platform for gene therapy delivery. Nat Rev Drug Discov 18, 358-378 (2019).

   2. Stamatiou,G. A., Stankovic, K. M., A Comprehensive Network and Pathway Analysis of Human Deafness Genes. Otol Neurotol 34, 961 (2013).

   3. Estivill, X. et al., Connexin-26 mutations in sporadic and inherited sensorineural deafness. Lancet 351, 394 (1998).

   4. Shu, Y.L. et al. Identification of Adeno-Associated Viral Vectors That Target Neonatal and Adult Mammalian Inner Ear Cell Subtypes. Human gene therapy 27, 687-699 (2016).