AAV 在神经科学研究中的应用策略

rAAV 在神经科学研究中的应用方向

 

用于神经元示踪的血清型⸺AAV2-retro、AAV1、AAV9

使用 AAV 精确标记神经回路需要考虑可逆性，包括神经元的顺行和逆行标记，以及是否跨突触（图 2）。目前，只有两种血清型可 以用于神经元顺行标记，即 AAV1(图 3）和 AAV9，高滴度的 AAV9 可顺向跨突触。唯一可用于逆行标记是 AAV2-retro(图 4）。

图 2 AAV 等工具病毒在神经环路示踪应用中的传播方向和层级 [Neurosci Bull，2020, 36(3):199‒201]

图 3 AAV1 顺向跨突触标记 [J Neurosci，2020，Apr 15;40(16):3250-3267]

图 4 rAAV2-retro 逆行非跨突触标记 [Neuron, 2016, 92(2):372-382]

 

可跨血脑屏障的 AAV 血清型⸺AAV-PHP.S、AAV-PHP.B、AAV-PHP.eB、PG008、AAV9P801、VCAP-101、VCAP-102

血脑屏障（BBB）的存在对中枢神经系统（CNS）具有强大的保护作用，但它也可能阻碍药物的传输和吸收。AAV9、AAVPHP.B、 AAVPHP.eB、AAVPHP.S、AAV9P801 等血清型能够有效介导基因从外围向 CNS 的转移，然后将遗传物质递送到大脑或脊髓。 2017 年，Gradinaru 团队通过 CREATE 筛选技术，开发了两种新型 AAV 衣壳变体：AAV-PHP.eB（用于中枢神经系统）和 AAV-PHP.S（用于外周神经系统）（图 5）。AAV-PHP.eB 在 AAV-PHP.B 基础上进化而来，在低剂量（1×10¹¹ vg）下，可高效转导大 脑皮层、纹状体、小脑 Purkinje 细胞等 CNS 神经元，转导率高达 69%（皮层）和 76%（Purkinje 细胞），比 AAV-PHP.B 效率提升 2.5 倍以上。 AAV-PHP.S 基于 AAV9 进化，可高效转导背根神经节（DRG）、心脏神经节、肠道神经系统（ENS）等 PNS 神经元，DRG 神经元转导 率高达 82%。

图 5 AAVPHP.B、AAVPHP.eB、AAVPHP.S 可实现外周和中枢神经系统的转导 [Nat Neurosci, 2017, 20(8): 1172-1179]

派真生物基于自主研发的π-Icosa 血清型筛选平台，通过在 AAV9 衣壳中随机插入肽段构建 AAV 衣壳变体库，经过多轮动物体 内筛选，获得了比 AAV-PHP.eB 更高效的血清型—PG008，已被证实在小鼠中可以穿透血脑屏障，靶向神经元细胞、星形胶质细 胞、小胶质细胞，且肝脏毒性较小（图 6）。

图 6 AAV-PG008 可有效穿透血脑屏障，靶向中枢神经系统 [Cell & Gene Therapy Insights, 2024; 10(11): 1413‒1429]

研究人员发现，很多 AAV 变体（如 AAV-PHP.eB）虽然在小鼠中表现优异，但是无法应用到灵长类动物等大型动物模型。这种物 种差异性严重限制了在小鼠中筛选得到的 AAV 变体向临床应用的转化。因此，直接在与人更近的非人灵长类体内做定向进化 筛选，成了提高临床可转化性的关键路径。 AAV9P801 是 Voyager Therapeutics 通过 TRACER™（Translationally Optimized Capsid Evolution via RNA）平台开发的新 型 AAV 衣壳变体。在灵长类动物中，AAV9P801 表现出显著优于 AAV9 的中枢神经系统转导能力，在脑干、丘脑、苍白球和纹状 体等区域显示出强烈的神经转导特性。在剂量为 2 x 1012 vg/kg 的低剂量下，AAV9P801 实现了超生理水平的转基因表达，而 AAV9 达到相同表达水平需要更高剂量。同时，AAV9P801 在低剂量下表现出显著的肝脏去靶向性，减少了潜在的肝脏副作用（图 7）。

图 7 AAV9P801 表现出显著优于 AAV9 的中枢神经系统转导能力和肝脏去靶向性 (Voyager-ASGCT-2023)

随后，Voyager Therapeutics 又通过在食蟹猴体内进行 AAV9 衣壳的定向进化筛选，获得了两个高性能变体：VCAP-101 和 VCAP-102。令人惊喜的是，这两个在灵长类动物中筛选出的变体，在小鼠中同样展现出优异的血脑屏障穿透能力（图 8）。

图 8 VCAP-101 和 VCAP-102 在小鼠脑部表现出更强的中枢神经系统靶向性 [Molecular Therapy. 2025;33(8)]

 

可高效靶向神经元的血清型⸺AAV-EP+

神经元作为中枢神经系统的核心功能单元，负责信息处理、传递和存储，是维持认知、运动和感觉功能的基础。随着阿尔茨海默 病、帕金森病、亨廷顿病等神经退行性疾病发病率的不断上升，神经元已成为基因治疗领域的重要靶点。然而，针对大脑神经元 的基因递送面临着独特的挑战：血脑屏障的严密保护、神经元亚型的高度异质性、以及对外源载体的敏感性都限制了传统基因 治疗载体的应用效果。传统 AAV 血清型在跨越血脑屏障和实现神经元特异性转导方面存在效率低、脱靶效应明显等问题。 2025 年 5 月，来自美国宾夕法尼亚大学和俄亥俄州立大学的研究团队通过非人灵长类动物 (NHP) 筛选，成功开发出 AAV-EP+衣 壳变体，对室管膜细胞的转导效率比其亲本 AAV1 高 22 倍，能够广泛转导大脑皮质神经元和深层脑区，在整个脑室系统中实现 均匀分布。AAV-EP+在三种非人灵长类动物（恒河猴、非洲绿猴、食蟹猴）、两种小鼠品系（C57BL/6 和 FVB）和人源化诱导多能干 细胞（iPSC）衍生神经元中都表现优异。在 NHP 中，AAV-EP+的使用剂量比以往报道低 30 倍以上，达到的蛋白表达水平是正常 人脑脊液的 5-9 倍，大幅提升了治疗的安全窗口。相比传统 AAV9 载体，AAV-EP+展现出更好的安全特征，包括极低的外周组织 转导（肝脏、心脏），背根神经节转导率<3.3%，显著降低的毒性风险（图 9）。

图 9 AAV-Ep+在成年食蟹猴中的感染效果（Sci Transl Med，2025，17, eadr2531）