一针注射，静脉到脑 | 跨血脑屏障AAV载体总结

中枢神经系统是我们身体的“指挥官”，功能重要，能量消耗巨大，但自身比较脆弱，也没有能量物质储存。因此，我们全身25%的血液都供给我们的脑，然而供养的同时，血液中也存在大量的有害物质可能伤害脑。这时，血脑屏障（blood-brain barrier, BBB）构筑了脑抵御外来伤害性物质的第一道防线。

血脑屏障介于血液和脑组织之间，由脑的连续毛细血管内皮及其细胞间的紧密连接、基膜、周细胞以及星形胶质细胞构成，能够选择性地透过中枢神经系统需要的成分，阻碍有害成分。这一屏障的存在对维持大脑内环境稳定至关重要，但同时也极大地限制了中枢神经系统疾病的治疗，因为大多数药物和治疗分子难以穿越BBB。因此，迫切需要有效突破血脑屏障的药物递送策略。

AAV9 和 AAV-rh10 都是目前已知可以穿过BBB的天然AAV血清型，在小鼠模型和非人灵长类动物中均显示出有效的基因传递能力，然而，它们的跨BBB的穿透性较低，需要高剂量的AAV才能到达靶细胞，且大量的载体会被其他组织吸收，导致不同程度的不良反应。

加州理工学院的Viviana Gradinaru团队与合作者基于AAV9改造，开发出了PHP.S、PHP.B和PHP.eB，其中，AAV-PHP.B和AAV-PHP.eB可以通过静脉注射穿越血脑屏障感染全脑，且PHP.eB表现出更高的BBB穿透效率，因此也是目前优选的应用于全脑感染的血清型。然而，该血清型的问题在于在肝脏有明显富集，因此在实际应用中存在肝毒性的风险，可用特异启动子实现大脑特异表达，同时，PHP.eB在其他品系小鼠及非人灵长类上测试的结果暂不明确。

AAV.CAP-B10和AAV.CAP-B22是Viviana Gradinaru 团队基于M-CREATE方法在PHP.eB的基础上进行筛选开发的新型AAV变体。AAV.CAP-B10在C57Bl/6J小鼠中能够实现静脉注射高效穿越血脑屏障在全脑表达，且靶向神经元（在感染星形胶质细胞和少突胶质细胞的能力上都弱于PHP.eB），同时避免了在肝脏富集，从而减少了可能引起的肝毒性等副作用。类似的结果在狨猴上也得到了验证。

AAV.CAP-B22亦可以高效跨BBB，在狨猴大脑中可以高效穿越血脑屏障广泛感染大脑细胞，尤其对于星胶细胞的感染，但在肝脏中也有部分富集，没有显示出像AAV.CAP-B10那样的肝脏低靶向性。

2022年，同样是Viviana Gradinaru 团队基于AAV9筛选开发出AAV-MaCPNS1和AAV-MaCPNS2，提高了在啮齿类动物和非人灵长类动物的神经系统中的基因递送效率。在成年大小鼠中，MaCPNS1/2能够通过系统注射高效转导外周神经系统（PNS），且具有一定的肝脏低靶向性，此外MaCPNS2对于肠神经系统（ENS）的转导也增强。在成年狨猴和幼年恒河猴中，MaCPNS1/2可以穿过血脑屏障，高效感染CNS和PNS，且表现出一定的细胞选择性，MaCPNS1更倾向于神经元转导；MaCPNS2则更倾向于神经元和星形胶质细胞。

2023年，Viviana Gradinaru 团队在成年狨猴中筛选开发出AAV.CAP-Mac，提高了在多种非人灵长类动物大脑中的递送效率。通过静脉注射，CAP-Mac在新生旧世界灵长类动物（Old World primates, OWPs，如恒河猴，猕猴，绿猴)中倾向于大脑神经元转导，在成年恒河猴中表现出广泛感染特性，在成年狨猴中倾向于大脑内皮细胞。

2024年，博德研究所Bejamine Deverman团队设计开发了一种新AAV衣壳，BI-hTFR1，通过与人血脑屏障中高表达的人转铁蛋白受体（hTfR1）结合，能够有效穿越血脑屏障，在表达人转铁蛋白受体的人源化小鼠中，BI-hTFR1在大脑的表达比AAV9高40-50倍。

2016年，德国奥格斯堡大学附属医院Martin Trepel团队基于AAV2筛选开发的AAV-BR1，可以通过静脉注射高效特异的转导脑微血管内皮细胞。

2022年，Benjamin E. Deverman团队与合作者基于AAV9筛选出AAV-BI30，可以通过静脉注射高效特异转导小鼠、大鼠CNS的内皮细胞，包括大脑、视网膜和脊髓中的大多数动脉、毛细血管和静脉内皮细胞。

除上述AAV新血清型外，越来越多的跨血脑屏障的新型AAV载体的研究正在不断取得进展，比如，由哈佛大学医学院的Bei Fengfeng团队筛选开发AAV.CPP.16，其通过结合细胞穿膜肽（CPP）提高了穿越BBB的效率，在多品系小鼠和食蟹猴模型中显示出高效的跨血脑屏障的能力，显著提高的脑部感染效率。由Viviana Gradinaru团队开发的新型载体AAV-X1能够通过系统注射高效特异转导啮齿类动物大脑内皮。此外还有AAV-M6和AAV-M8等新型跨BBB载体被开发出来。这些跨血脑屏障的新型AAV血清型的开发，不仅提高了靶向神经系统的基因递送效率和精确度，也为基因疗法治疗各种脑部疾病提供了新的可能。

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