病毒载体作为一种外源基因导入工具已经被广泛使用,可以在哺乳动物细胞中高效导入和表达目标外源基因,尤其对于不适用阳离子脂质体、阳离子聚合物等转染试剂的细胞类型,病毒载体不失为一种理想选择。目前常用的病毒载体有慢病毒、逆转录病毒、腺相关病毒、腺病毒等等。不同病毒载体的关键属性不同,基于实验目标选择合适的病毒基因递送系统通常具有一定的挑战性,需要根据病毒载体的关键属性去做选择。
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病毒载体的关键属性
宿主细胞范围:大多数病毒载体都是经过改造优化的,能够感染广泛的细胞类型。对于依赖于宿主细胞表面受体来感染的病毒载体,可感染的宿主细胞通常具有一定的特异性。
能否有效感染分裂和不分裂的细胞:对应依赖细胞分裂周期感染宿主细胞的病毒载体,只有细胞有丝分裂活跃的细胞类型才能被有效感染,而不能有效感染静止细胞或者分裂缓慢的细胞。
基因组是否发生整合:能够在宿主细胞基因组中发生整合的病毒载体,有利于构建稳转细胞,让外源基因可以持续稳定地在宿主细胞中存在。不能整合的病毒载体导入的外源基因,游离存在于宿主细胞中,外源基因的存在也会随着细胞分裂增殖而被稀释。经过人工改造的AAV载体基因组,虽然以游离体的形式存在于细胞内,但有文献发表也会观察到随机的整合。(Deyle D. R. and Russell, D. W. Adeno-associated virus vector integration. Curr. Opin. Mol. Ther. 11, 442–447 [2009].)
表达外源蛋白质的水平如何:不同病毒载体蛋白质表达能力不同,像慢病毒、逆转录病毒、腺相关病毒这些病毒类型通常外源蛋白质的表达能力相对较低,而腺病毒的表达水平就要更高一些,在HEK 293细胞中可以达到总蛋白质水平的10-20%,这是因为腺病毒在宿主细胞中具备非常高的拷贝数。不过,如果慢病毒在高MOIs情况下,也能实现高的表达水平。
各种病毒载体特点简介
慢病毒(Lentivirus)
逆转录病毒(Retrovirus)
腺相关病毒(Adeno-Associated Virus)
由于AAV免疫原性和细胞毒性低,能够转导非分裂细胞,并且整合到宿主基因组中的频率非常低,因此被众多研究学者认为安全性更高。经过重组和改造的AAV拥有不同的血清型,根据血清型不同而具有不同的宿主范围和病毒特征,可以有效作用于特定细胞类型,包括分裂和非分裂细胞类型。使用者需要根据靶标细胞或者组织类型选择适合的血清型,目前使用频率较高的血清型为AAV2,其它血清型也逐渐被广泛使用。
腺病毒(Adenovirus)
腺病毒是将基因导入哺乳动物细胞的可靠平台之一,早先也被应用于基因治疗研究,但现在应用较少。腺病毒的感染不依赖于细胞周期,所以可以将目标基因传递给原代或者经过转化的细胞系。在感染后细胞中,由于重组腺病毒基因组以多拷贝形式存在,目标基因将以高水平瞬时表达,腺病毒具有在哺乳动物细胞中高效生产蛋白质的优势。此外,腺病毒能够感染多种不同动物物种的增殖和静止细胞类型,适用范围广。