AAV 在心脏研究中的应用策略

心脏研究中常用的 AAV 血清型

天然的 AAV 血清型中，AAV1、AAV6、AAV8、AAV9、AAVrh.10 和 AAVrh.74 对心脏有较好的感染效率，其中：

• 小鼠静脉或心肌注射：AAV9 > AAV8 > AAV6 > AAV1 > AAV2（图 3-5）
• 大动物心肌注射：AAV6 ≥ AAV1 > AAV9（图 6）
• 小鼠体内：AAV9 > AAVrh.74 ≥ AAVrh.10（图 7）

 

图 3. 五种 AAV 血清型在小鼠体内的心脏基因递送效率比较。注射方式为颈静脉注射，病毒注射总量为 1×10^11 vg/小鼠。Luc 的表达由 cTnT 启动子控制。（DOI: 10.1038/gt.2010.105）

 

图 4. 五种 AAV 血清型在小鼠体内的心脏基因递送效率比较。注射方式为左心室前壁注射，病毒注射总量为 5×10^10 vg/小鼠，体积为 10μL。Luc 的表达由 cTnT 启 动子控制。（DOI:10.1002/jgm.1576）

 

图 5. 五种 AAV 血清型以不同剂量注射至小鼠体内的心脏基因递送效率比较。注射方式为颈静脉注射。EGFP 的表达由 cTnT 启动子控制。(DOI: 10.1038/gt.2010.105)

 

图 6. 三种 AAV 血清型在猕猴体内的心脏基因递送效率比较。注射方式为心内膜注射，病毒注射量为 5.4×10^12 vg/kg。EGFP 的表达由 CBG 启动子控制。Endo，心 内膜；Epi，心外膜；IVS，室间隔；LVFW，左心室游离壁。比例尺 = 200 微米。(DOI: 10.1089/hum.2011.042)

 

图 7. 在体内，AAV9 对心肌细胞的转导效率高于 AAVrh.10 和 AAVrh.74。（https://www.tenayatherapeutics.com/wp-content/uploads/ASGCT-2023-Capsid -Engineering-Ze.pdf）

 

AAV 血清型选择建议：

1、小鼠心脏研究

首选：AAV9（已验证的金标准）

增强效率：MyoAAV2A/4A（肌肉+心脏）

避免肝脏泄漏：AAV9 + miR122TS 或 MyoAAV 系列

 

2、大动物/灵长类心脏研究

心肌原位注射：AAV6（金标准）或 AAV5

系统性注射：AAV9、AAVrh.10

肝脏去靶向需求：AAV2i8、MyoAAV 变体

 

3、临床转化研究

已进入临床：AAV2i8（肝脏去靶向）

工业界验证：Tenaya TN 系列

传统可靠：AAV6、AAV9

 

4、人源细胞/组织研究

人心肌细胞转导：TN1、AAV.KK04

人心脏类器官组织：AAV9 定向进化变体

 

心脏研究中 AAV 的应用案例 ：

01 心肌靶向 AAV 的肝脏泄露问题

2024 年 5 月，北京大学郭宇轩研究员团队在 Circulation 杂志上发表题为「MicroRNA-122-mediated liver detargeting enhances the tissue specificity of cardiac genome editing」的研究成果。该研究基于 Cre-LoxP、CRISPR/Cas9 等超敏 DNA 记录技术， 发现 AAV9-Tnnt2 载体在肝脏中广泛泄漏表达。利用 microRNA-122 在肝脏组织中高度特异性表达的特点，该团队在 AAV9-Tnnt2 转基因的 3'-UTR 引入4个串联的 miR122 靶序列(4×miR122TS)，利用肝脏中高表达的 miR-122 与这些靶序列结合，诱导 mRNA降解，从而大幅降低肝脏中的泄漏表达，同时不影响心肌中的基因表达（因心肌中 miR-122 表达极低）。这种策略将肝脏表达降低了约 80-90%，显著提高了心脏特异性。利用这种优化的载体，该团队通过静脉注射 AAV，成功实现心肌特异性的 CaMKIIδ 单碱基编辑失活，显著缓解心梗小鼠模型的疾病表型，并且不造成额外肝损伤。该研究构建了更加严格的心脏特异性 AAV 体内基因递送载体，实现了 AAV 在心脏研究中的技术升级。

研究思路及结果：

1.组织特异性评估：通过 Cre-LoxP 和 CRISPR/Cas9 技术，研究证实了 AAV9-Tnnt2 载体在肝脏中存在广泛的低水平泄漏表达；

2.miR122TS 介导的肝脏去靶：利用 miR122 在肝脏中的特异性高表达，通过在载体中引入 miR122TS，有效降低了肝脏的基因泄漏表达；

3.心脏疾病模型验证：将优化后的 AAV 载体应用于心梗小鼠模型，证实了其在改善心脏功能方面的显著效果，同时避免了对肝脏的额外损伤。

病毒工具	AAV9-Tnnt2-GFP AAV9-Tnnt2-Cre
实验动物	心梗小鼠模型
血清型	AAV9
注射方式	静脉注射

 

https://doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.123.065438

 

02 在非人灵长动物中实现有效的 RNA 编辑的研究

2023 年 10 月 23 日，北京大学魏文胜教授在 Genome Biology 在线发表题为「Utilizing AAV-mediated LEAPER 2.0 for programmable RNA editing in non-human primates and nonsense mutation correction in humanized Hurler syndrome mice」的研究论文，该研究展示了通过 AAV 介导的环状 ADAR 招募的 RNA（arRNAs）递送在适用于治疗的剂量下，可 以在灵长类非人灵长动物中实现有效的 RNA 编辑。在感染后的 4 至 13 周内，AAV 感染的细胞中的编辑效率可以达到约 80％，即 使在高剂量下也没有明显的毒性。此外，当 AAV 传递的循环 arRNAs 被系统地用于 Hurler 综合症人源化小鼠模型时，它能够精确纠正早期终止密码子，并在多个器官中恢复由 Hurler 致病基因编码的 IDUA 酶的功能。

病毒工具	AAV8- Circ-arRNA
启动子	U6、CAG
实验动物	食蟹猴（3-5 岁）
血清型	AAV8
注射方式	静脉注射
注射剂量	3×1012 vg/ kg 1×1013 vg/ kg 3×1013 vg/ kg

https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-023-03086-6