Cell克服限制，提出一个更好的基因传递系统

当Sharif Tabebordbar十几岁时，他的父亲开始走路有困难。不久，他不得不坐轮椅，并被诊断出患有一种罕见的遗传性肌肉疾病。

“我看着我爸爸一天比一天糟糕，”Tabebordbar说。

Tabebordbar现在成为了麻省理工学院和哈佛大学Broad研究所的科学家，也是有机体和进化生物学系的助理研究员，这段经历让他专注于基因治疗，在过去的十年里，这一直是他从事这一领域工作的动力。“遗传性疾病不仅是患者的负担，也是家庭的负担，”他说。“我想这对病人太不公平了，一定有办法解决这个问题。”

与Broad和哈佛大学的同事们一起，Tabebordbar通过一种新的基因传递系统向这一目标又迈进了一步，该系统有可能使肌肉疾病的基因治疗对患者更安全、更有效。

该系统被称为MyoAAV，发表在Cell杂志上。

它是一种新的腺相关病毒家族，是基因治疗的更好载体，可以用来携带有时被称为CRISpR 2.0的基因编辑系统。在肌肉疾病的基因疗法中，科学家经常使用无害的腺相关病毒，将致病基因的功能拷贝传送到临床试验显示有希望的细胞中。这些疗法经常面临挑战，因为它们需要高剂量的携带基因的病毒到达细胞，其中很多病毒最终进入肝脏，而不是肌肉细胞，这可能导致严重的副作用，甚至在一些试验参与者中导致死亡。

在这项研究中,研究人员展示他们创建的群病毒载体能更有效地达到和交付治疗肌肉细胞，是其他腺相关向量的10倍，并在剂量较低的时达到100到250倍左右。正因如此，MyoAAV有可能更好地治疗这些疾病，降低肝脏损害和其他严重副作用的风险。

“我们知道，如果你将足够的药物注入目标组织，它将是有效的，”Tabeborbar说，“这一切都是为了提供安全剂量的病毒。”

该系统已经取得了一些令人印象深刻的成果。研究人员使用MyoAAV将治疗基因或CRISpR-Cas9基因编辑系统传输到小鼠和灵长类动物的肌肉细胞。他们发现，该系统提供的治疗改善了患有杜氏肌营养不良症的小鼠模型的肌肉功能。杜氏肌营养不良症是最常见的遗传性肌肉疾病，还有一种更罕见的疾病，称为x -连锁肌管肌病。研究人员还发现，MyoAAV可以有效地将基因疗法传递到非人灵长类动物的肌肉和人类肌肉细胞。

“所有这些结果证明了MyoAAV载体运输到肌肉的广泛适用性，”该研究的共同资深作者Amy Wagers说，“这些载体在不同的疾病模型中工作，跨越不同的年龄、品系和物种，这证明了该家族AAVs的有效性。”

这篇论文详细介绍了该小组是如何修改腺相关病毒衣壳AAV9的外蛋白外壳的，AAV9是基因治疗中常用的基因传递载体，提高其将基因传输到肌肉细胞的能力。然后他们将衣壳注射到小鼠和灵长类动物体内，对整个身体的肌肉组织进行取样和测序，寻找成功传递基因的衣壳。他们发现了一种具有独特表面结构的衣壳变种，专门针对肌肉细胞，并将其称为MyoAAV。

然后，在动物模型中治疗遗传肌肉疾病。杜氏肌营养不良症(Duchenne muscle dystrophy)的小鼠模型中，携带CRISpR-Cas9的MyoAAV导致肌肉组织中功能失调基因的更广泛的修复。这与携带CRISpR成分的传统AAV9相比较。用myoaav治疗的动物的肌肉也显示出更大的力量和功能。

在与波士顿儿童医院Alan Beggs实验室的合作中，研究小组发现MyoAAV在治疗杜氏肌营养不良症方面也很有效。

对于小鼠模型的x连锁myotubular肌病，研究人员采用了一剂100倍低于在其他目前用于临床试验的病毒载体，结果发现研究中所有六个MyoAAV小鼠和正常小鼠具有相同的寿命。相比之下，用AAV9治疗的小鼠只能活到21周龄。

在他们最后的实验中，研究小组发现，为非人类灵长类动物设计的MyoAAV将基因传递到这些动物的肌肉中，比目前临床试验中使用的自然发生衣壳要有效得多。MyoAAV还在实验室成功地将基因导入人类细胞。结果表明，MyoAAV可以用于不同物种间的肌肉定向基因传递，因为不同的MyoAAV衣壳使用了类似的机制将基因传递到小鼠和人类肌肉细胞。

接下来将进一步使用来自研究的数据，研究如何使用该系统为患者开发有效的药物。

“我们有大量关于这类载体的信息，从这些信息可以启动许多令人兴奋的新研究，”Wagers说。

原文标题：

Directed evolution of a family of AAV capsid variants enabling potent muscle-directed gene delivery across species