综述：病毒与非病毒载体在骨相关疾病基因治疗中的应用：分子机制与临床前景

这篇综述系统阐述了基因治疗在骨相关疾病中的最新进展，重点对比了病毒载体（如AAV、腺病毒、慢病毒）与非病毒载体（如脂质纳米粒、聚合物载体）的分子特性、递送效率及临床转化潜力，为骨科精准医疗提供了关键理论依据和技术路线。

　　

摘要

基因治疗通过递送治疗性遗传物质为骨相关疾病提供了变革性解决方案。其疗效与安全性高度依赖于递送载体的选择——病毒载体（如AAV、慢病毒）具有高转导效率和长期表达优势，但存在免疫原性和制造复杂性等问题；非病毒载体（如脂质体、聚合物）安全性更佳且易于规模化生产，但面临递送效率低的挑战。当前研究聚焦于通过化学修饰（如阳离子脂质复合物）和物理方法（如电穿孔）提升非病毒载体的靶向性，特别是针对骨组织的纳米载体和水凝胶设计。

引言

骨科医学面临慢性骨病治疗的临床空白。传统疗法如双膦酸盐仅能缓解症状，而基因治疗可靶向遗传缺陷实现长效治愈。载体选择分为病毒与非病毒两大体系：病毒载体利用天然感染机制高效递送基因，如腺相关病毒（AAV）通过CAR受体靶向骨细胞；非病毒载体则依赖合成材料（如PLGA纳米粒）或物理手段穿透细胞膜。骨靶向策略包括被动靶向（EPR效应）和主动靶向（如结合羟基磷灰石的配体）。

病毒载体的骨靶向应用

AAV载体

AAV因其非致病性和低免疫性成为骨病治疗首选。其4.7 kb单链基因组可携带治疗基因（如靶向ACVR1突变治疗FOP），但受限于包装容量。AAV8/9对骨骼肌特异性强，在骨质疏松模型中通过沉默SOST基因激活WNT通路，使骨密度提升80%。临床前研究显示AAV-BMP-2可加速骨折愈合，而GNSC-001（表达IL-1Ra）已获FDA RMAT认定用于骨关节炎。

腺病毒载体

腺病毒（Ad5）通过CAR受体靶向骨折部位的成骨细胞，短期高表达BMP-2促进骨痂形成。在骨质疏松绵羊模型中，Ad.BMP-2使骨刚度提升68.7%，但免疫反应限制其重复使用。局部注射Ad.α-CGRP可抑制RANKL通路，减少骨吸收。

慢病毒载体

慢病毒可稳定整合基因组，适用于修饰骨髓间充质干细胞（BMSC）。转染miR-26a的BMSC通过抑制TNF-α使小鼠颅骨缺损修复率提高60%。其大容量载体（8-10 kb）适合复杂基因编辑，但存在插入突变风险。

非病毒载体的创新设计

递送系统分类

1. 1.

   聚合物纳米粒：壳聚糖-DNA复合物在颅骨缺损中实现60%再生，Runx2表达显著上调；

2. 2.

   脂质纳米粒（LNP）：携带BMP-2 mRNA的LNP在股骨缺损中疗效等同重组蛋白，但剂量降低90%；

3. 3.

   无机材料：磷酸钙纳米粒通过羟基磷灰石结合实现骨靶向；

4. 4.

   水凝胶：藻酸盐/胶原双相释放系统（BMP-2+IGF-1）可时序调控成骨与血管化。

靶向策略突破

• •

  siRNA递送：LNP包裹的SOST siRNA通过静脉注射沉默骨细胞基因，使小鼠骨量增加55%；

• •

  配体修饰：四环素偶联载体可特异性富集于骨基质。

结论与展望

病毒载体在长期表达上优势显著，AAV已进入骨病临床试验阶段；非病毒载体则通过模块化设计（如可电离脂质）提升安全性。未来需解决AAV预存免疫问题，并开发智能响应型水凝胶实现时空可控释放。基因编辑（如CRISPR-Cas9）与组织工程的结合将推动个性化骨再生治疗。