病毒載體是以病毒為基礎的基因載體，是一種常見的分子生物學工具，利用病毒載體可將目的基因傳遞至培養的細胞或是完整活體中。

用于基因導入并能在臨床開展研究的病毒載體一般應具備以下基本條件：

①攜帶外源基因并能包裝成病毒顆粒；

②介導外源基因的轉移和表達；

③對人體不致病；

④在環境中不會引起增殖和傳播。

常用的病毒載體有腺病毒、慢病毒及腺相關病毒（AAV）。3種病毒載體的區別如下：

腺病毒是一種無包膜的雙鏈DNA病毒，在自然界中廣泛分布。完整的病毒顆粒為二十面體對稱結構，直徑70-100nm，衣殼含有240個六鄰體（hexon）、12個五鄰體（penton）、12根纖毛（fiber）及一些小蛋白等。哺乳動物腺病毒的基因組DNA長約36kb，基因組的兩端各有約100bp的反向末端重復序列（ITR），ITR與末端蛋白（TP）相結合，與基因組復制及早期基因的轉錄有關，ITR的內側為病毒包裝信號Ψ，參與腺病毒基因組的衣殼化。

基于人血清5型腺病毒的基因組結構，結合各基因的功能，科學家們開發了缺失E1和E3基因的Ad5腺病毒載體。E1基因在組裝感染性病毒顆粒時必不可少，但是可以在HEK293包裝細胞中得到補充，而E3基因不影病毒的包裝。由于E1和E3基因的缺失，腺病毒載體可插入高達7.5kb的外源基因。

慢病毒屬于逆轉錄病毒科，能夠感染分裂和非分裂的細胞，從而將它們與普通的逆轉錄病毒區別開來。慢病毒基因組由兩個拷貝的單鏈RNA組成，并被結構蛋白和酶蛋白包裹在衣殼中，這些結構蛋白和酶蛋白包括逆轉錄酶（負責將RNA轉化為dsDNA）和DNA整合酶（負責將dsDNA整合到宿主基因組中）。

人類免疫缺陷病毒-1型（HIV-1）是較典型的慢病毒。其基因Gag、Pol和Env分別編碼結構核心蛋白、逆轉錄酶和整合酶以及包膜糖蛋白；Tat和Rev參與病毒復制：Tat啟動病毒基因組轉錄，并受長末端重復序列驅動，Rev促進病毒mRNA的核輸出，并受到Rev響應元件的調控；包裝信號(Ψ)是將病毒基因組進入衣殼的關鍵。此外，HIV-1基因組中包含的毒力因子Vif、Vpr、Vpu和Nef會干擾宿主防御機制，并包含在組裝好的病毒粒子中。

HIV基因組

慢病毒是以HIV-1為基礎發展起來的基因治療載體。第一代慢病毒載體將所有包裝元件編碼在一個載體上，生物安全風險較高；第二代慢病毒載體去除了毒力因子并將包膜從包裝載體中分離，提高了安全性并增強了病毒復制，而不干擾有功能的病毒粒子的生產。此外，3’LTR包含U3缺失，可以消除病毒基因組復制的啟動子活性，并在不影響病毒粒子滴度或轉基因表達的情況下自滅活載體。第三代慢病毒載體從包裝載體中去除Rev，并用轉移載體上游的一個組成啟動子替換Tat，是目前受歡迎的慢病毒包裝載體。

2代和3代慢病毒系統示意圖

腺相關病毒（Adeno-associated virus，AAV）是一種單鏈DNA細小病毒，基因組大小為4.7 kb，由末端反向重復序列ITR和中間的rep、cap基因組成。ITRs對于病毒的復制和包裝具有重要作用；rep基因編碼參與病毒復制、包裝和基因組整合的非結構蛋白，cap基因編碼結構蛋白VP1、VP2和VP3，3種蛋白分別按1:1:10的比例組裝形成病毒衣殼，充當病毒基因傳遞載體。此外，cap基因內嵌套的另一個開放閱讀框編碼裝配激活蛋白AAP，參與衣殼蛋白的靶向和裝配。

AAV的基因組結構

重組AAV載體可以通過將內源性的rep和cap基因替換為一個表達盒，該表達盒由一個啟動子驅動一個感興趣的轉基因和一個poly（A）尾巴組成。通過包裝質粒反式提供rep和cap基因以及腺病毒輔助質粒來包裝載體。重組AAV基因傳遞效果好、缺乏致病性和安全性高、宿主細胞范圍廣、在體內表達時間長，是目前最有前途和最成功的基因治療載體之一。