2024年9月19日，由大连医科大学附属第一医院吴广圳教授为第一通讯作者，大连医科大学博士研究生刘德权为第一作者在《Cytokine & Growth Factor Reviews》杂志在线发表了题目为“Adeno-associated virus therapies: Pioneering solutions for human genetic diseases”的论文，该期刊2023 JCR为1区，2023 IF为9.3。腺相关病毒（AAV）已成为基因治疗领域的重要组成部分，因其在治疗性基因递送中的高效性而广泛认可。基于 AAV 的疗法（如 Luxturna 和 Zolgensma）的成功，凸显了其作为基因治疗主要载体的巨大潜力。本文深入探讨了基于 AAV 载体的疗法发展及其机制，全面分析了 AAV 疗法在中枢神经系统（CNS）疾病、眼部疾病和血友病中的最新临床试验成果。此外，作者还讨论了针对特定疾病的给药方法和血清型选择，旨在展示 AAV 基因治疗的创新应用及其未来潜力，为该领域的持续临床进展奠定基础。
背景介绍
腺相关病毒（AAV）是一种小型无包膜病毒，属于细小病毒科，具有4.7 kb的单链DNA基因组。AAV基因组由两个主要区域组成：rep基因和cap基因，分别编码复制蛋白和衣壳蛋白，用于病毒复制和包装。研究表明，AAV依赖辅助病毒（如腺病毒或单纯疱疹病毒）进行复制，在没有辅助病毒的情况下，AAV会进入宿主基因组，但不会复制。
图1展示了腺相关病毒（AAV）的基因组结构。AAV的基因组由两个关键区域组成：rep基因编码四种复制蛋白（Rep78、Rep68、Rep52和Rep40），参与基因组复制和包装；cap基因编码三种衣壳蛋白（VP1、VP2和VP3），这些蛋白形成二十面体衣壳。另一个开放阅读框编码组装激活蛋白（AAP），帮助衣壳蛋白的正确组装。基因表达由三个启动子（p5、p19和p40）调控。
AAV最早于1965年被发现，随后研究人员逐步揭示了其作为基因治疗载体的潜力。1984年，AAV首次被用于哺乳动物DNA克隆实验，展示了其在基因治疗中的应用前景。90年代初期的研究证实了AAV载体在多种动物模型中能够实现稳定的基因表达，并且相对安全。1996年，AAV载体首次在人类进行临床试验，用于治疗囊性纤维化。之后，AAV载体逐步在单基因遗传疾病（如血友病和肌肉萎缩症）中得到验证，标志性研究包括2008年用于治疗Leber先天性黑矇的成功实验。自2012年起，AAV基因疗法获得了多个监管机构的批准，包括Glybera、Luxturna和Zolgensma等，进一步拓展了AAV载体在罕见单基因遗传病和常见遗传病中的应用。
图2展示了AAV疗法在过去六十年的进展。自1965年AAV被发现以来，经过大量研究，1984年首次展示了AAV作为哺乳动物DNA克隆载体的潜力。1990年代开始了针对单基因遗传病的早期临床试验，随后多个基于AAV的疗法如Luxturna、Zolgensma、Hemgenix和Roctavian相继获得监管批准，标志着AAV疗法的里程碑式进展。
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AAV疗法的作用机制
AAV疗法专门用于将治疗性基因直接递送至体内的目标细胞，主要步骤包括选择合适的AAV血清型、确定最佳给药途径、精准递送载体至目标细胞，并确保治疗基因的持续表达，从而纠正或缓解遗传疾病。常见的给药方式有静脉注射（用于全身性疾病）、鞘内注射（用于中枢神经系统疾病）以及眼部注射（如视网膜疾病）。AAV载体通过结合宿主细胞表面的特定受体进入细胞，随后被运送至细胞核释放其基因组，从而实现长期的基因表达。
图3展示了不同AAV载体的主要给药途径及其特定的靶组织。主要的给药途径包括静脉注射、鞘内注射、脑内注射以及眼部注射，不同途径针对不同的靶组织，如中枢神经系统（CNS）、脑脊液（CSF）和视网膜色素上皮（RPE）。
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针对中枢神经系统（CNS）的AAV疗法
AAV疗法针对中枢神经系统（CNS）疾病具有显著优势，AAV载体通常以非整合的形式存在于细胞核中，减少了插入突变的风险，并支持长期基因表达，特别适用于神经元等非分裂细胞。这种持续表达减少了重复给药的需求。AAV载体的低免疫原性也降低了免疫反应和炎症对神经组织的损害。克服血脑屏障（BBB）是AAV疗法的关键，选择合适的血清型和给药途径，如鞘内注射和静脉注射，可以有效递送AAV载体至CNS。Zolgensma作为一种使用AAV9载体的基因疗法，已成功用于治疗脊髓性肌萎缩症（SMA），并显著提高了患者的生存率和生活质量。
图4展示了AAV的递送机制。AAV通过与宿主细胞表面的糖基化受体结合启动感染，随后进入内吞过程并被运送至细胞核。然而，部分AAV颗粒会被蛋白酶体降解。图中还提到了AAV的不同类型，如单链AAV（ssAAV）和自互补AAV（scAAV），以及倒置末端重复序列（ITR）的作用。
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针对眼部疾病的AAV疗法
AAV载体在眼部基因治疗中表现出精准的靶向能力，尤其适用于视网膜细胞的治疗。AAV疗法在治疗多种遗传性眼病方面展现出巨大潜力，如LCA、脉络膜营养不良、X连锁视网膜劈裂症、视网膜色素变性和老年性黄斑变性。常用的血清型包括AAV2、AAV8和AAV9，AAV2因其靶向视网膜色素上皮（RPE）细胞的能力，广泛应用于眼部基因疗法。AAV8在视网膜转导效率更高，适合大范围视网膜覆盖，而AAV9能跨越血视网膜屏障，适合全身递送。Luxturna是首个获批的AAV眼部基因疗法，通过递送功能性RPE65基因，恢复视网膜功能并改善患者的视觉。
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肝病的血清型选择
AAV疗法在肝病治疗中展现出显著优势，特别是AAV8等血清型对肝细胞具有很强的靶向性，使其能够精确高效地递送治疗性基因。肝脏的免疫耐受环境有助于减少对基因或病毒载体的免疫反应，从而提高疗效。AAV疗法在治疗如血友病等肝脏相关疾病中，因其能产生全身性效果而备受关注。AAV5和AAV8等血清型被广泛用于肝脏靶向基因疗法，具有高转导效率和较低的免疫反应风险。Roctavian和Hemgenix是两种已获批的基因疗法，分别用于治疗血友病A和血友病B，均展现出长期疗效和良好的安全性。
全文总结
这篇文章全面介绍了基于AAV的基因疗法的治疗机制，重点讨论了不同AAV血清型的趋化特性及其针对特定疾病的给药方式选择。文章突出介绍了几种FDA批准的AAV疗法，如Luxturna、Zolgensma、Hemgenix和Roctavian，这些疗法在治疗神经、眼部和肝脏疾病方面表现出显著疗效。尽管疗效显著，但AAV疗法的高成本对其可及性和医疗系统的可持续性构成了挑战，主要原因是开发和制造过程复杂且资源密集。通过扩大AAV疗法的应用范围，有望降低每位患者的治疗成本，并提高遗传病患者的治疗可及性。
原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359610124000789?via%3Dihub
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