引言
? ? ? ?在過去十年的研究過程中，基因傳遞到中樞和外周神經系統（CNS和PNS）的進步極大地促進了神經科學的研究進展，并有可能將相關的研究成果推向臨床，為治療神經系統疾病提供新的療法。然而，跨物種的非侵入性基因遞送方式的研究空白，極大地限制了神經科學相關研究向臨床的轉化。
? ? ? ?在病毒載體遞送基因的相關研究中，最有臨床轉化潛力的是腺相關病毒（AAV），AAV具有高穩定性、長期表達和低免疫原性的特點，深受神經科學工作者的喜愛。但是大部分AAV均需要通過侵入性手術的方式進行注射，并且由于血腦屏障的存在，通過靜脈注射的AAV基本上不能在中樞神經系統和外周神經系統表達。最新的研究成果發現AAV-PHP.eB可以高效的通過血腦屏障，將基因遞送到中樞系統；而AAV-PHP.S則偏向于表達在外周神經系統中，但是這兩類病毒載體僅在小鼠中起效。
? ? ? ?對于非人靈長類動物模型的基因遞送手段的缺乏，嚴重地制約了基礎研究向臨床研究的轉化進程。而基因治療在解決與中樞和外周神經系統相關的神經病理學方面具有巨大的前景。因此開發跨物種的有效和非侵入性基因傳遞載體是一個迫切需求。研究人員需開發出一類跨物種在嚙齒類動物和非人靈長類動物中穩定性表達，并且透過血腦屏障的AAV載體，這將有利于推進基因治療的臨床前研究。
? ? ? ?加州理工學院Chen X等人進化出一個AAV9衣殼變體家族，包括MaCPNS1和MaCPNS2。嚙齒類動物（小鼠和大鼠）中系統注射AAV-MaCPNS1或AAV-MaCPNS2即可有效轉導PNS，并能解析PNS功能和無創調控PNS。另外，這兩種載體還可以有效地將基因同時傳遞到非人靈長類動物（恒河猴和狨猴）的PNS和CNS。
結果
01
跨物種并且透過血腦屏障的病毒衣殼的開發
? ? ? ?為了制備衣殼多樣化的病毒載體，作者通過在AAV9衣殼位點A588到589之間隨機插入一個七肽，來制備多樣性的AAV9病毒衣殼。之后將制備的病毒載體通過尾靜脈的方式，注射到不同品系的轉基因鼠中，篩選出能感染神經元的病毒衣殼。通過兩輪篩選，研究人員從6300個變體中篩選出具有神經元噬性的病毒衣殼，隨后通過UMAP算法（uniform manifold approximation and projection algorithm；統一流形近似與投影）鑒定出2個高選擇性在外周神經系統和中樞神經系統中表達的新的病毒衣殼AAV-MaCPNS1和AAV-MaCPNS2。
圖1. AAV-MaCPNS1/2的開發過程
02
AAV-MaCPNS1/2感染嚙齒類動物的外周神經系統
? ? ? ?目前基礎研究使用的病毒載體中，特異性干預外周神經系統的載體并不多見，AAV-PHP.S基本是唯一的選擇。為了測試AAV-MaCPNS1/2對外周神經系統的噬性，研究人員通過尾靜脈注射將AAV-PHP.S、AAV-MaCPNS1和AAV-MaCPNS2注入小鼠體內，發現在尾靜脈注射相同病毒劑量的情況下，AAV-MaCPNS1/2在外周神經系統的結狀神經節、背根神經節和腸神經元的表達均比AAV-PHP.S高出2倍以上。體現出AAV-MaCPNS1/2在感染嚙齒類動物外周系統的優越性。
圖2. AAV-MaCPNS1/2在結狀神經節、背根神經節的表達效果優于AAV-PHP.S
? ? ? ?既然AAV-MaCPNS1/2在嚙齒類外周神經系統有優越的表達特性，那么有沒有可能結合遺傳改造手段監測和干預外周神經系統的神經元呢？研究人員將基因編碼的鈣指示劑（GECI-jGCaMP8s）的相關元件整合到AAV-MaCPNS1（尾靜脈注射），發現在腸道注入葡萄糖后，能監測到結狀神經節神經元活性變化。同樣的將化學遺傳學激活元件[DIO-HM3D(Gq)]整合到AAV-MaCPNS1（尾靜脈注射），使用CNO激活DREADD后，在TRPV1（感受溫度和疼痛的離子通道蛋白）-Cre小鼠上檢測到明顯的疼痛樣行為（激活背根神經節中TRPV1+神經元）。體現出AAV-MaCPNS1在監測和調控外周神經系統的相關研究中的優越性。
圖3. 尾靜脈注射AAV-MaCPNS1激活背根神經節中TRPV1+神經元引起疼痛
03
AAV-MaCPNS1/2感染非人靈長類動物外周和中樞神經系統
? ? ? ?為了研究靜脈注射AAV-MaCPNS1/2在非人靈長類動物中的表達效率。研究人員通過尾靜脈注射將AAV-MaCPNS1/2注射到狨猴和恒河猴的體內，以臨床研究喜愛使用的AAV9作為對照組。發現AAV9在背根神經節和腸神經處不表達，而AAV-MaCPNS1/2穩定表達。此外AAV-MaCPNS1/2在中樞系統的表達效率是AAV9的數十倍以上，包括脊髓、皮層、丘腦、小腦、腦干等多個腦區。體現出AAV-MaCPNS1/2在非人靈長類動物的外周表達和中樞表達的優越性。
圖4. AAV9和AAV-MaCPNS1/2在狨猴背根神經節和小腸的表達
圖5. AAV9和AAV-MaCPNS1/2在狨猴大腦不同區域的表達
結論
? ? ? ?總而言之，本文通過定向進化的手段獲得AAV-MaCPNS1/2兩類病毒衣殼，該病毒填補了嚙齒類動物的外周神經系統監測和干預手段的空白，并且通過靜脈注射在非人靈長類動物的中樞神經系統有良好的表達特性，極具基礎研究和臨床轉化價值。
圖6. 總結圖. AAV-MaCPNS1/2在嚙齒類動物和非人靈長類動物的表達情況
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