跨物种衣壳库循环进化获得新型AAV变体实现肾脏高效基因递送

这篇研究通过跨物种循环进化策略（小鼠-猪-非人灵长类）开发出新型腺相关病毒（AAV.k13/AAV.k20）变体，显著提升肾脏基因递送效率。利用静脉注射、离体器官灌注和类器官培养等多模型筛选，证实其对人/鼠近端小管上皮细胞的特异性转导优势，为慢性肾病（CKD）基因治疗及移植器官改造提供创新载体工具。

　　

跨物种衣壳进化策略突破肾脏基因递送瓶颈

Abstract

肾脏基因递送难题长期阻碍遗传医学发展，尤其影响全球超10%的慢性肾病（CKD）患者。本研究通过在小鼠、猪和非人灵长类（NHP）肾脏模型中循环进化AAV衣壳库，获得新型变体AAV.k13和AAV.k20。这些变体在跨物种模型中展现出显著的肾脏转导效率，为肾脏疾病治疗和移植应用提供新工具。

Main

慢性肾病的治疗困境
CKD全球患病率达8-16%，终末期肾病需依赖透析或移植，但面临供体短缺和免疫抑制需求。遗传性肾病如多囊肾、胱氨酸尿症等亟需靶向基因治疗载体。

AAV载体开发的挑战
尽管AAV已获批治疗眼病、血液病和神经肌肉疾病，但其肾脏递送效率受限于肾脏滤过功能和复杂生理结构。现有AAV9载体对近端小管上皮细胞的转导效率低下。

Results

多维进化策略筛选高效变体
通过静脉注射（小鼠/猪）、离体人肾脏类器官培养和NHP肾脏机器灌注（动脉/输尿管途径）多模型循环，从AAV9 VR-IV区突变库中筛选出AAV.k13（SQSGARG）和AAV.k20（SRRGGRG）变体。NGS分析显示：

• 猪肾皮质与髓质富集序列仅2%重叠
• NHP动脉/输尿管途径富集序列33%重叠
• AAV.k20在类器官中表达量达AAV9的12倍

类器官与细胞模型验证
在3D人肾脏类器官中，AAV.k20在1×10¹¹ vg剂量下mCherry荧光强度超AAV9 12倍，且特异性定位于LTL⁺近端小管。人肾近端小管上皮细胞系（TH1）实验显示，AAV.k20在MOI 50,000时荧光强度显著高于AAV9。

跨物种转导特性
小鼠静脉注射5×10¹³ vg/kg后：

• AAV.k20在肾脏表达PD-L1-HA（51 kDa）
• 近端小管SGLT2⁺区转导效率达AAV9的9倍
• 肝脏载体基因组仍比肾脏高1个数量级

大型动物转化研究
猪肾移植模型中，输尿管途径给药的AAV.k20在移植后9天实现：

• 近端小管广泛转导（IHC阳性率>80%）
• mCherry mRNA水平超AAV9 15倍
  NHP原位输尿管灌注后30天，10个活检点均检测到显著荧光素酶活性（RLU/g）。

Discussion

该研究创新性在于：

1. 跨物种进化策略：结合小鼠（单乳头肾）和猪（多乳头肾）的解剖差异增强筛选压力
2. 递送途径优化：静脉注射与输尿管途径互补，后者可降低系统暴露风险
3. 机制推测：AAV.k可能通过肾小球旁路或毛细血管-小管基底膜转导进入近端小管

Outlook

AAV.k变体在移植器官机器灌注中的应用前景广阔：

• 移植前表达免疫调节剂（如PD-L1）
• 治疗遗传性肾病（多囊肾等）
  未来需进一步解析其细胞进入机制，并探索启动子工程拓展转导细胞类型。

（注：全文数据均源自原文图表及结果部分，未添加非文献支持内容）