杆状病毒是一种被包膜的双链DNA病毒，包含80至180千碱基对的大基因组。AcMNPV是第一个具有完整序列信息的杆状病毒，其基因组大小为133894个核苷酸，包含154个预测的非重叠开放阅读框。在自然界中，AcMNPV产生两种结构和功能不同的病毒粒子形式，出芽病毒粒子(BVs)和闭塞衍生病毒粒子(ODVs)。BVs主要发生在含有单个核衣壳的松散病毒包膜中，而ODVs在单个包膜中有多个核衣壳。虽然这两种病毒粒子形式可能共享一些共同的核衣壳蛋白，如P39，但包膜成分有很大不同。BVs含有包膜糖蛋白GP64，而ODVs含有多面体包膜蛋白P32-34、多面体蛋白P29和昆虫肠道感染所需的PIFs。BVs捕获细胞膜作为包膜并在宿主内传播。相反，ODVs从核膜获得包膜并在宿主之间传播。BVs通过受体介导的内吞作用进入细胞，而ODVs似乎直接与质膜融合。
与其他包膜病毒一样，包膜糖蛋白与宿主细胞受体之间的相互作用对杆状病毒的进入很重要。GP64和F蛋白是鳞翅目核多角体病毒(NPVs)的主要包膜糖蛋白。在I组NPVs(如AcMNPV)中，GP64作为融合蛋白介导病毒进入宿主细胞，而F蛋白Ac23在昆虫细胞感染中似乎是必不可少的。与I型NPVs不同，II型NPVs不含GP64蛋白，利用F蛋白作为病毒进入的融合蛋白。AcMNPV GP64蛋白是III类融合蛋白，共有512个氨基酸，构成5个结构域或结构不同的区域，其中结构域I包含融合肽和受体结合肽。与I类和II类融合蛋白不同，GP64不进行蛋白水解裂解。AcMNPV的膜融合过程是由GP64可逆的、pH依赖的构象变化触发的，GP64在融合前和融合后状态下保持三聚体。尽管在昆虫细胞中已有研究，但在哺乳动物细胞中结合GP64的细胞受体尚未报道。
EXTL3介导的肝素生物合成在HEK-293T细胞杆状病毒转导中的功能研究（图源自Nature Communications ）
AcMNPV是实验室研究和工业中应用最广泛的杆状病毒之一。杆状病毒表达载体系统(BEVS)是20世纪80年代发展起来的一种将杆状病毒表达载体作为昆虫细胞的转基因传递载体。BEVS目前已成为实验室和工业中最广泛使用的表达系统之一，用于生产重组蛋白、病毒样颗粒和基于杆状病毒的疫苗。除了将基因转移到昆虫细胞外，杆状病毒还被用作哺乳动物细胞的基因传递载体。杆状病毒能够将多种基因组编辑工具传递到人类细胞中。原代神经元和诱导多能干细胞(iPSCs)的基因组编辑也已通过杆状病毒递送CRISPR-Cas9实现。与其他病毒载体相比，杆状病毒的非复制性和非整合性使其成为一种潜在安全的基因治疗载体。杆状病毒作为基因转移载体的另一个显著优势在于其大包装能力，这使得能够在单个病毒粒子中递送大型基因组编辑工具，如引物编辑器。
更重要的是，杆状病毒已被用于哺乳动物体内基因传递。杆状病毒在小鼠和大鼠脑内直接注射可有效转导神经细胞。玻璃体内杆状病毒注射介导小鼠和兔眼的基因转移。在癌症小鼠模型中，瘤内杆状病毒注射被证明能够为癌症治疗提供抗血管生成蛋白。工程研究表明，杆状病毒在哺乳动物细胞内和体外的转导效率可以得到提高。尽管被广泛应用，但杆状病毒在哺乳动物细胞中的转导机制尚不清楚。先前的研究表明，聚烯和肝素可以抑制哺乳动物细胞中杆状病毒的转导，提示静电相互作用在其中起重要作用。Syndecan-1 (SDC-1)也被发现对杆状病毒与哺乳动物细胞的结合很重要。其他研究表明，杆状病毒在哺乳动物细胞上的附着依赖于细胞表面的磷脂和胆固醇。同时，还发现了限制杆状病毒在哺乳动物细胞中转导的限制因子。然而，目前还没有对哺乳动物细胞中杆状病毒宿主因子的系统研究。
利用聚集规则间隔短回文重复序列(CRISPR)进行遗传筛选已广泛应用于宿主-病原体相互作用的解剖。在之前的研究中，建立了一个聚焦于细胞表面蛋白的CRISPR文库，即所谓的表面体CRISPR (SfCRISPR)，并表明该文库可以有效地识别鼻病毒宿主因子。研究利用该sfCRISPR文库对携带EGFP转基因的重组杆状病毒(Bac-EGFP)进行正向遗传筛选。两轮阴性选择确定了杆状病毒在人细胞中转导的几种候选宿主依赖因子，包括外泌素样糖基转移酶3 (EXTL3)和Niemann-Pick C1 (NPC1)。深入分析表明，EXTL3和NPC1在体外和体内杆状病毒在哺乳动物细胞中的转导作用。
参考消息：
https://www.nature.com/articles/s41467-024-52193-w
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