盘点神经研究中常用的AAV血清型

作为基因治疗的首选载体，腺相关病毒（AAV）拥有许多的特点，特别是天然的AAV衣壳有成百上千种，这也就是文献中常提到的AAV血清型。不同的衣壳蛋白（Cap）或AAV血清型提供了多样性的组织侵染能力的选择，并且为避开基因治疗宿主已有的对某些衣壳蛋白的免疫抗性提供了可能。

现阶段研究人员已发现12种人类AAV血清型（AAV1至AAV12）和100多种非人类灵长动物AAV血清型，不同血清型的AAV具有不同的特性。图1所列为人类AAV1至AAV9识别的细胞表面受体，图2所列为AAV1至AAV9的不同组织亲噬性。

图1、人类AAV1至AAV9识别的细胞表面受体

图2、AAV1至AAV9的不同组织亲噬性

今天我们重点盘点一下，在神经研究中有哪些常用且好用的AAV血清型。

据报道，目前适用于神经系统的AAV血清型有：1、2、5、6、8、9、PHP.B、PHP.eB、PHP.S、DJ、Retro、rh10等十几种，不同的血清型在神经系统不同部位的感染效率及扩散能力不同，合适的血清型关乎基因是否能够实现高效稳定表达，甚至关乎最终的研究结果，因此综合标记的细胞和每种AAV血清型的特性等因素来选择合适的AAV血清型至关重要。

那么，面对琳琅满目的血清型，该如何选择适合自己的那个呢？

利用AAV实现对神经环路的精确标记，主要涉及两大基本问题即方向性（顺向、逆向）和是否跨突触的问题。顺向(Anterograde)是由注射部位的神经元胞体经轴突下行至末梢，逆向(Retrograde)是由轴突末梢传到细胞体；顺向跨突触（Anterograde transneuronal）是从胞体传到轴突末梢后跨过突触传递至下一级神经元，逆向跨突触（Retrograde transneuronal）跟顺向跨突触相反，是由胞体逆向跨突触传递至上一级神经元的轴突。如下图所示：

图3. AAV标记神经元的方式 （Strick P L et al. eLS, 2011）

可逆向示踪的血清型

常见的AAV病毒载体都是顺向标记，极少能进行逆行传递，这大大限制了AAV载体在神经环路示踪中的应用。直到2016年，研究人员在AAV2的基础上，通过定向进化的方式改造出一种具有逆向示踪功能的AAV2突变体——AAV2-retro，该载体能够在小鼠大脑中进行有效的神经环路逆向标记，且其逆行示踪能力和效率与传统的逆行示踪剂相当。图4所示为rAAV2-retro的开发过程及应用实例：

图4、rAAV2-retro（逆向非跨突触标记） （Tervo et al., Neuron, 2016）

可顺向跨单级突触的血清型

2017年张砺教授团队研究报道AAV1能在高滴度条件下呈顺向跨突触传播，与Cre依赖的报告系统相结合，可高效和特异性地驱动Cre依赖的外源基因在突触后神经元中的表达，以标记突触后神经元。2020年该研究团队再次深入研究了AAV1顺向跨突触标记的作用机制——依赖于突触囊泡的释放，同时揭示了其在多种神经环路中的广泛应用，为AAV1作为顺向跨突触示踪病毒工具对神经元及其投射脑区进行标记提供了诸多证据，如图5所示。

图5、AAV1顺向跨突触标记 （Zingg B et al. J Neurosci, 2020）

可跨血脑屏障的血清型

血脑屏障的存在对中枢神经系统有很强的保护作用，但同时它也能阻隔药物的传递和吸收，使神经系统疾病的治疗变得异常困难，如图6所示，AAV9 & AAVPHP.B& AAVPHP.eB& AAVPHP.S 可以有效介导基因由外周向中枢神经系统的跨越，继而将遗传物质递送至大脑或脊髓中。

图6、可跨血脑屏障的血清型(Ken Y Chanet al, Nat Neurosci, 2017)

不知如何选择血清型？用血清型筛选试剂盒！

虽然目前已经有一些血清型表现出了在中枢/外周神经系统中较强的特异性，但是仍然有很多的待研细胞的合适血清型是未知的。为了帮助各位研究人员筛选到更合适的血清型，内含多种血清型的AAV筛选试剂盒“应时而生”，使用该“魔盒”只需一次感染就能检测与验证AAV血清型对靶组织的侵染特异性，进而帮助受此困扰的研究人员快速筛选到亲嗜性更好的AAV血清型，以实现基因高效表达的目的。

下图为使用血清型筛选试剂盒检测多种AAV血清型对小鼠脑神经细胞的感染情况，从中筛选出感染小鼠大脑神经元细胞的更适血清型，如图7所示，AAVPHP.EB较其他几种血清型对小鼠大脑神经元的侵染效率更高。

图7、AAV血清型筛选试剂盒检测多种AAV血清型对小鼠脑神经细胞的感染情况