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Nat Biotechnol | 工程化AAV衣壳+淋巴递送，实现全脑人胶质祖细胞的高效精准体内靶向！
31 人阅读发布时间：2026-07-30 09:33
在众多中枢神经系统疾病中，脑白质萎缩、少突胶质细胞丢失与髓鞘损伤是核心病理特征之一。比如从进展型多发性硬化（PMS）、亨廷顿病（HD），到青少年起病的精神分裂症、脑瘫相关的脑室周围白质软化，这类疾病的共同特点是：脑内本就存在胶质祖细胞（glial progenitor cells, GPCs），却因增殖与分化能力受损，无法完成代偿性髓鞘修复。作为少突胶质细胞与星形胶质细胞的共同前体，GPCs是胶质相关疾病基因治疗的理想靶点，但长期以来，领域内始终缺乏能够精准靶向人神经胶质祖细胞（hGPC）、同时高效穿越血脑屏障、实现全脑分布的安全递送工具。
重组腺相关病毒载体（recombinant Adeno-associated virus, rAAV）因低免疫原性和长期稳定的基因表达能力而成为基因治疗和神经科学前沿研究的热门载体。然而，传统AAV血清型的细胞靶向性有限，同时，系统给药需要突破血脑屏障，高剂量带来的肝毒性、背根神经节毒性等安全问题也制约了临床应用。更关键的是，现有AAV衣壳改造大多在转基因小鼠或体外培养的人源细胞中完成，既无法完全模拟人源细胞在体内的真实表面表位，也难以筛选出兼具胶质特异性与人源偏好性的载体。
2026年7月8日，罗切斯特大学医学中心（URMC）和哥本哈根大学的Steven A. Goldman教授团队联合Maiken Nedergaard、Abdellatif Benraiss等团队在学术期刊《Nature Biotechnology》发表了题为"Efficient targeting of human glial progenitor cells in vivo with engineered AAV vectors and glymphatic delivery"的前沿研究成果，该研究搭建了基于人胶质嵌合小鼠的体内衣壳筛选平台，以AAV5为骨架定向进化得到优先靶向hGPC及其子代的衣壳变体，同时结合小脑延髓池注射与类淋巴增强策略，绕过血脑屏障实现了全脑范围的高效胶质转导，且全身脱靶风险极低。研究团队成功开发出了一套“全新工程化AAV衣壳 + 脑脊液转淋巴递送”的组合拳技术。为胶质相关神经疾病的基因治疗提供了突破性的工具与递送方案。
·结果·
基于人源化小鼠模型进行AAV衣壳定向筛选策略
首先，研究团队构建了一种极具创新性的活体衣壳筛选范式。研究人员基于CRISPR同源重组技术在人胚胎干细胞的内源PDGFRA位点敲入Cre，使Cre的特异性表达受PDGFRA（特异性在脑内hGPC中表达）的驱动，随后将这些细胞诱导分化为hGPC，并移植至新生免疫缺陷小鼠脑内，成功建立了具有“人类胶质细胞网络”的嵌合体小鼠模型。
随后，研究团队基于肽段插入的方式构建了Cre依赖的AAV5衣壳突变文库，当病毒感染表达Cre的hGPC时，Cre会介导Lox位点序列发生翻转进行特异性重构，因此，可以通过不同引物组合排除了感染非靶细胞的病毒，并以高通量测序技术剔除了在外周肝脏中富集的衣壳，最终成功锁定了20种对hGPC具有高亲和力且具备肝脏逃逸特性的全新衣壳（命名为CM1至CM20）。
图1 靶向hGPC的AAV定向筛选
类淋巴系统递送的有效性及安全性
为了更高效的递送，研究团队采用了类淋巴系统增强的递送方案：通过腹腔注射高渗盐水，利用高渗状态增强脑脊液沿血管周围间隙的流入效率；随后，通过小脑延髓池注射AAV载体进入脑脊液循环，绕过血脑屏障，并在注射后使动物保持特定的头低臀高俯卧位（Trendelenburg Position）维持30分钟，借助流体静力学与重力协同效应，显著提高AAV在全脑的转导效率，而且相比传统静脉高剂量注射，不仅大幅降低了所需的病毒总剂量，更将外周器官（如肝、脾、肾和背根神经节）的非靶向率降至极低水平，显著减少了病毒的全身暴露风险。
候选衣壳的细胞亲嗜性与临床转化前景
为验证筛选得到的衣壳，研究人员分别在野生鼠、移植了hGPC的嵌合小鼠和已经出现髓鞘化的人胶质嵌合的shiverer小鼠中通过小脑延髓池注射AAV变体，借助多种小鼠模型结果发现，AAV-CM1与AAV-CM6相较于AAV5均表现出显著的胶质细胞亲嗜性，且表现出不同的细胞偏好性：
AAV-CM1表现出少突胶质谱系偏向性，能够高效、特异地转导由Olig2标记的胶质祖细胞及其分化成熟的少突胶质细胞，其转导效率较AAV5实现了数倍的提升。这一特性使其成为进行性多发性硬化症等以髓鞘丧失为主要病理特征的疾病的理想基因修复载体。
与此不同，AAV-CM6在保持对hGPC高效感染的同时，展现出对Sox9定义的星形胶质细胞谱系的高度靶向特异性，为以星形胶质细胞萎缩或功能障碍为核心病理的神经退行性疾病（如亨廷顿舞蹈症）提供了精准靶向的可能性。值得注意的是，这两款新AAV血清型对神经元的转导率均低于1%。
图2 野生鼠脑部AAV-CM1和CM6的细胞亲嗜性
图3 人源嵌合小鼠脑部AAV-CM1和CM6的胶质细胞亲嗜性
图4 AAV-CM1在人胶质嵌合的 shiverer 小鼠中表现出整个少突胶质谱系靶向
由于筛选是在人鼠细胞共存的嵌合脑中完成，一个关键问题是：改造后的载体是否仅仅是胶质靶向，还是同时具备对人源细胞的物种偏好性？为了回答这一问题，研究团队利用16-17周龄髓鞘缺陷的shiverer免疫缺陷嵌合小鼠进行了验证。结果显示，在完全相同的微环境中，AAV-CM1对人源Olig2阳性细胞的转导率是对鼠源同类细胞的六倍左右，这提示了AAV-CM1特异性识别的是hGPC表面的特有表位，而非泛胶质的通用靶点，具备人源物种偏好性。
图5 AAV-CM1具备人源物种偏好性
·结论·
本研究首次建立了基于人胶质嵌合小鼠的AAV衣壳体内定向进化平台，结合类淋巴系统增强的小脑延髓池递送策略，开发出一系列能够高效、选择性靶向人胶质祖细胞及其子代细胞的AAV5变体，为中枢神经系统相关疾病的基因治疗突破了递送工具的核心瓶颈。同时，这种兼具细胞精准靶向与全脑空间覆盖能力的治疗策略具备高度可拓展性，为整个中枢神经系统基因治疗领域提供了通用型的工具开发框架，未来这类低剂量、高安全性、高靶向性的工程化AAV载体有望推动更多难治性神经疾病的基因治疗走向临床转化。
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和元生物成立于2013年，作为深耕细胞和基因治疗核心领域的高新技术企业，专注于为细胞和基因治疗的基础研究提供基因治疗载体研制、基因功能研究、药物靶点及药效研究等CRO服务，可提供①组学服务：常规转录组、单细胞转录组、基因组、代谢组及蛋白组等。②载体构建和病毒包装：质粒、siRNA、腺相关病毒（AAV）、腺病毒（ADV）、慢病毒（LVV）、逆转录病毒（RV）、单纯疱疹病毒（HSV）等病毒载体生产服务，提供R&D、实验室级别、GMP级别满足研发、小动物、大动物NHP到临床的不同研究阶段的使用需求。③细胞实验服务：过表达、干扰稳定株构建，单克隆细胞株构建服务及细胞功能学、药效学实验服务。④动物实验及机制研究：神经、代谢、肿瘤动物模型、药效药代、病理切片及蛋白、核酸检测服务。⑤特色项目服务：CRISPR文库筛选服务，外泌体整体研究服务，AAV衣壳筛选服务、听力研究整体项目服务，满足客户定制化或一站式项目服务，助力基础科学研究，促进基础研究到临床转化应用，推动细胞和基因治疗行业发展。