盐离子调控AAV8衣壳聚集的分子机制：基于粗粒化分子动力学模拟的DNA包装效应研究

本研究针对基因治疗载体腺相关病毒(AAV)在制剂过程中易聚集失稳的难题，通过粗粒化分子动力学(CG-MD)模拟技术，系统探究了NaCl和MgCl2 对AAV8衣壳与单链DNA(ssDNA)相互作用的影响。研究发现低浓度NaCl(0.05?M)导致衣壳聚集，而高浓度通过电荷屏蔽效应抑制聚集；Mg2+ 则通过结合ssDNA改变表面电荷分布显著提升稳定性。该研究为AAV制剂开发提供了原子尺度的理论依据。

　　

基因治疗领域近年来取得突破性进展，其中腺相关病毒(AAV)因其卓越的安全性和组织靶向性成为最常用的基因递送载体。然而这个"基因快递员"在实际应用中面临严峻挑战——AAV衣壳在生产和储存过程中极易发生聚集，导致疗效降低甚至引发免疫风险。更棘手的是，目前商业制剂中广泛使用的盐类添加剂(如97%配方含NaCl，27%含MgCl₂
)其稳定机制尚不明确，制约了稳定制剂的理性设计。

为破解这一难题，康涅狄格大学的研究团队在《International Journal of Pharmaceutics》发表创新研究。他们采用粗粒化分子动力学(CG-MD)模拟技术，首次在微秒时间尺度揭示了不同盐环境下AAV8衣壳与单链DNA(ssDNA)的相互作用机制。研究团队构建了包含两个完整衣壳的模拟体系，通过系统改变NaCl(0.05-0.3?M)和MgCl₂
(1?mM)浓度，结合质心距离、均方根偏差(RMSD)和回转半径(Rg)等参数分析，揭示了离子调控聚集的分子图谱。

关键技术包括：从PDB数据库获取AAV8原子结构后，通过CHARMM-GUI平台的MARTINI Maker模块进行粗粒化建模；采用GROMACS软件进行微秒级CG-MD模拟；特别建立了包含ssDNA的全衣壳模型，并引入生理相关浓度的盐离子环境。

AAV衣壳和ssDNA结构
研究以AAV8为模型，通过将原子级晶体结构(PDB?6V12)转化为粗粒化模型，保留了关键静电相互作用位点。ssDNA采用多尺度建模方法，确保DNA-衣壳相互作用的真实性。

结构分析
模拟结果显示：0.05?M?NaCl组衣壳间距显著减小，出现"面对面"聚集，这与实验观察的低盐诱导聚集现象一致。当NaCl浓度升至0.3?M时，衣壳间距增加40%，证实高盐通过Debye屏蔽效应抑制聚集。特别值得注意的是，1?mM?MgCl₂
组展现出独特稳定机制——Mg²⁺
优先结合ssDNA磷酸基团，使DNA收缩15%，进而重塑衣壳表面电荷分布，这种"由内而外"的稳定方式与传统电荷屏蔽截然不同。

结论
该研究首次在分子层面阐明：低盐环境因电荷屏蔽不足诱发AAV8聚集，而生理浓度NaCl通过静电排斥维持分散；Mg²⁺
则开创性地通过压缩ssDNA间接稳定衣壳结构。这些发现不仅解释了现有制剂中盐类选择的科学依据，更提出了"DNA-离子-衣壳"三元调控的新范式，为开发下一代AAV稳定剂提供了理论蓝图。研究建立的CG-MD方法体系，为其他病毒载体的稳定性研究开辟了新路径。

讨论
相比传统实验方法难以捕捉的瞬态聚集过程，该研究成功捕获了衣壳聚集的完整动态轨迹。特别具有临床意义的是，发现Mg²⁺
稳定效果是NaCl的6倍，这为开发低盐高镁的新型制剂配方提供了方向。作者指出，未来可结合该模型研究表面活性剂等辅料的影响，逐步构建完整的AAV制剂设计计算平台。