AAV与LV慢病毒载体

探索病毒载体：使用慢病毒、腺相关病毒及其他方式导航基因治疗选择

基因组医学时代已经到来

持续的进步和科学创新使基因治疗从20世纪60年代末提出利用外源DNA纠正活细胞中的遗传缺陷的想法，发展到如今基因治疗临床试验呈指数级增长。如今的临床研发管线通过解决疾病根本原因，为患者带来了希望，并首次实现了对一些最具挑战性和复杂性的疾病状态进行治愈，目前已取得了一些令人瞩目的成果。^1–32019年5月，美国FDA批准了Zolgensma，这是一种基于AAV-9的SMN1基因替代疗法，适用于所有两岁以下患有脊髓性肌萎缩症（婴儿死亡的首要遗传原因）的儿童。⁴Casgevy（exagamglogene autotemcel），一种经过慢病毒修正的CD34+人类造血干/祖细胞产品，用于治疗镰形细胞病和输血依赖型β地中海贫血，于2023年12月获得FDA批准。⁵这些里程碑式的批准进一步激发了对基因治疗药物持续高涨的热情。目前，涉及基因治疗的临床试验数量急剧增加，科学家和临床医生都承认基因组医学时代已经开启。

这一前所未有临床进展的核心，是对用于递送所需纠正性治疗基因组载荷载体基础知识的深入理解。多年来，多种病毒类型在临床前模型和临床试验中被评估，其成功程度各不相同。其中两种载体类型——腺相关病毒（AAV）和慢病毒载体（LV）——已成为最受欢迎的病毒类型，用于体内和体外基因修正。⁶那么，是什么特性使这些病毒在不同临床相关应用中成为理想选择？它们的优点和缺点是什么？本文将比较AAV和LV载体的一些关键特征，旨在突出各自最适合的应用场景。

腺相关病毒：从污染物到基因治疗明星

AAV载体已成为治疗性基因递送最受欢迎的载体。体内野生型病毒最早于20世纪60年代中期通过电子显微镜对腺病毒制剂进行筛查时被发现，并最初被认为是一种污染物。⁷幸运的是，随后出于科学好奇心而开展的研究逐渐揭示了这一偶然发现的重要意义，并进一步聚焦于如何改造和利用该载体来递送遗传信息。将野生型病毒重新用于重组载体应用主要是通过用治疗性基因表达盒替换野生型AAV蛋白编码序列实现的。⁸多年来大量工程改造的结果，使得最终仅保留了野生型病毒基因组中的倒置末端重复序列（ITRs）。⁹尽管原始基因组的最小遗传元件仍然存在，重组腺相关病毒（rAAV）只能容纳大约5 kb的载荷，这在某些情况下可能具有一定的限制。¹⁰

尽管如此，rAAV在临床应用中具有多项固有优势。首先，当宿主细胞发生转导时，rAAV基因组不会整合到宿主基因组中，因此不存在插入性突变的风险，并且免疫原性潜力较低。¹¹此外，rAAV通过特定血清型和定制衣壳设计，具备针对不同细胞类型和组织的无限靶向潜力，这一特性将在该技术持续临床成熟过程中变得不可或缺。迄今为止，AAV靶向的灵活性结合其良好的安全性，使这种载体在临床上得到了广泛应用。从传统意义上讲，AAV已被开发用于替换有缺陷的基因，以补偿功能丧失型突变。^12,13然而，利用AAV进行其他治疗策略也包括通过基因沉默消除功能毒性的方式，例如在亨廷顿病中的应用。¹⁴此外，AAV还被用于提供基因以显著延缓疾病进展，例如在神经退行性综合征中递送神经营养基因。^15–17最终，AAV已被用于递送基因编辑系统，如CRISPR，以直接修复或编辑致病突变。⁸

慢病毒载体，体外应用的主力体外基因编辑

慢病毒载体（LVs）代表了另一种主要的病毒介导基因递送系统（见表1）。与AAV不同，LVs是体外应用中首选的载体。体外基因修正。¹⁸然而，LVs与AAV有着类似的经历，即从它们被发现到成为基因治疗前沿技术，这一过程既非刻意也非直线发展。

它们的前身——基于密切相关的γ-逆转录病毒的载体——在矫正重度联合免疫缺陷症（SCID）方面曾展现出早期希望。随后，在11名儿童骨髓中通过逆转录病毒引入常见白介素受体γ链的临床研究，有效地矫正了SCID表型。¹⁹尽管该试验最初被认为是成功的，但遗憾的是，其中一些患者后来患上了白血病，经证实与载体基因插入诱变有关。¹⁹这些早期临床经验以及其他稳定性和转导方面的限制，使逆转录病毒载体难以克服。因此，慢病毒载体成为逆转录病毒载体的有吸引力替代方案，并随着时间推移逐渐成为主要的体外病毒介导细胞转导的方法。

Comparison table of AAV and LV vectors — 表1. AAV与LV载体的比较

在结构上，慢病毒载体以HIV-1为基础，在整体大小、组成和功能方面与野生型病毒具有共同特征。²⁰与HIV类似，慢病毒载体含有RNA基因组，在进入被转导细胞后会逆转录为DNA。基于慢病毒的基因递送需要细胞表面结合并随后内化到宿主细胞中。这一感染周期由慢病毒与宿主细胞结合启动，这一过程高度依赖于病毒包膜糖蛋白。由于野生型HIV的趋向性有限，导致细胞转导效率较低，因此重组慢病毒（rLVs）通过替换其他病毒的包膜进行伪型化，以增强其转导能力。其中最常用的伪型是水泡性口炎病毒（VSV G），但也探索了其他类型。²¹

自从rLV作为逆转录病毒载体的可行替代方案出现以来，我们对rLV生物学的理解以及其独特优势都有了显著进展。与逆转录病毒载体前身不同，rLV能够高效转导静止或非分裂细胞。²²此外，由于其优先整合位点，rLV相比逆转录病毒前身具有更高的安全性和更低的插入突变风险。由于这些优势，LV已被广泛用于单基因疾病治疗和需要外源基因递送的过继细胞治疗试验中。²³此外，LV也被广泛应用于基因编辑和基因表达调控等研究领域。²⁴

赛默飞世尔科技是基因组医学时代值得信赖的合作伙伴。

体内通过AAV进行基因校正或体外LV的使用持续推动对这些载体的需求，因此必须在制造过程中改进，以降低载体成本并提升质量和规模。例如，在AAV制造中，产品相关杂质如含有不完整/错误基因组负载或完全没有基因组负载的衣壳，因其潜在的安全性和有效性问题而受到越来越多的关注。25此外，这些空衣壳和部分装载衣壳在某种程度上代表了完全装载且功能性病毒生产力的损失，因为它们会结合并转导宿主细胞，但无法提供有意义的治疗反应。因此，这类特定杂质以及其他杂质必须通过工艺开发加以最小化。

在战术层面，用于生产这些载体的工具和流程必须具有经济可行性，并能实现端到端的规模化。影响成本可持续性的关键因素是原材料（如pDNA、细胞系和转染试剂）的精心选择。例如，通过针对性优化pDNA和转染试剂，可以减少空衣壳和部分填充AAV衣壳，从而有利于整体工艺产量和原材料效率。在临床前工艺开发阶段关注材料优化，可以在后续节省时间和资金，因为高效流程会延续到制造阶段。

赛默飞世尔科学通过多种途径及资源支持这些新型基因治疗开发者。赛默飞拥有广泛知识与专业技能，涵盖基因治疗开发，可通过各种资源或便捷技术支持获得。此外，赛默飞还提供具有成本效益且行业领先的AAV和LV生产系统。这些系统简化了从临床前到临床生产的过渡，优化了工艺开发流程，并以优于PEI试剂的高产率将质粒成本降低了25%。凭借丰富的专业知识和致力于提升病毒载体制造可扩展性与效率的产品组合，赛默飞世尔承诺保障基因组药物的临床成功。

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