研究人员重新编程基因治疗病毒载体以结合特定的蛋白质靶标

科学家们已经设计出腺相关病毒(AAV)来包装并向体内细胞传递基因疗法。但该领域一直在努力开发能够有效靶向不同细胞类型和大脑等器官的AAV，这促使科学家们寻找开发新病毒载体的更好方法。

麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所的一组研究人员建立了一种更有针对性和更有效的AAV工程方法。以前的方法将数百万个AAV衣壳(与目标蛋白结合的病毒外壳)引入动物体内，并依靠迭代筛选来找到到达特定细胞的AAV。

这种新方法是由Broad研究所科学家兼载体工程高级总监BenDeverman的实验室开发的，它寻找与靶细胞或器官表面已知蛋白质结合的AAV。

利用他们的方法，研究小组发现AAV能够与大脑血管细胞表面的两种蛋白质结合，从而使它们能够穿过小鼠的血脑屏障。研究人员的方法发表在《PLOSBiology》上，可用于设计靶向人类细胞蛋白质的AAV，从而有可能加速基因疗法的开发。

“这是一个非常好的证明，当我们通过设计AAV与某些蛋白质相互作用来设计AAV时，我们能够更好地预测它们在体内递送时的活性，”Deverman说。德弗曼团队的高级研究科学家黄钦是该研究的第一作者。

蛋白质结合

现有的AAV工程方法不仅是劳动密集型的，而且没有揭示特定的AAV如何能够到达特定的细胞，通常导致AAV只在某些物种中起作用。

“体内选择非常简单，但小鼠数据并不一定能产生对人类有效的东西，如果你想将其用于基因治疗，这是一个问题，”黄说。

2019年，Deverman的团队鉴定了作为AAV-PHP.B受体的蛋白质，AAV-PHP.B是一种可以有效穿过血脑屏障的衣壳。这让他们想知道是否可以开发一种筛选方法，找到更多与他们已知在特定细胞上表达的蛋白质相互作用的AAV。

作为概念验证，研究人员旨在通过靶向LY6A和LY6C1将AAV递送至小鼠大脑，LY6A和LY6C1是细胞表面的蛋白质，这些蛋白质排列在大脑血管中，并构成小鼠血脑屏障的一部分。

在试管中，Huang和她的同事将AAV衣壳混合文库与他们想要靶向的蛋白质混合。然后，他们寻找与目标蛋白结合的衣壳，并识别衣壳氨基酸序列的模式。这使得他们能够将相似的衣壳聚集在一起。

接下来，他们在小鼠中测试了表现最好的群体的代表性衣壳，看看哪些衣壳到达了大脑。他们鉴定了数百个与LY6A或LY6C1结合的衣壳，并将其货物输送到小鼠的中枢神经系统，比AAV9更有效。AAV9是一种穿过血脑屏障的衣壳，用于FDA批准的基因治疗，但在输送到大脑方面效率低下。

“我们要回到首要原则——我们不是在体内筛选随机文库，而是专注于我们想要参与的细胞类型，并针对这些细胞表面存在的特定蛋白质，”德弗曼说。“这种方法的好处是，我们在试管中发现了很多例子，可以在小鼠身上进行测试。这使我们能够比体内筛选进行更多的射门。”

AAV的可能性

在第二轮衣壳筛选中，研究人员向库中添加了26个衣壳，他们和其他人之前在动物模型中发现这些衣壳绕过了血脑屏障。研究人员发现，这26个衣壳中有24个以LY6A或LY6C1为目标，表明这两种蛋白质确实是通过小鼠常规文库选择鉴定出的AAV的关键目标。

然而，这些蛋白质没有人类对应的蛋白质，但研究人员表示，他们的筛选方法将帮助科学家设计AAV来更有效地靶向人类蛋白质。

Deverman、Huang和实验室的其他人已经开始使用他们的筛选方法来追踪与血脑屏障上存在的人类蛋白质结合的AAV。随着时间的推移，该团队的目标是利用他们的实验结果来确定规则，帮助预测哪些蛋白质具有作为AAV受体的正确特征，并指导AAV的新应用设计。