AAV8介导的脑穿透性IDS变体肝靶向基因疗法成功挽救II型粘多糖贮积症小鼠的神经系统病变

本研究针对II型粘多糖贮积症(MPS II)中枢神经系统病变缺乏有效治疗手段的难题，开发了搭载脑穿透性IDS变体(eBT-IDS4)的肝特异性AAV8基因治疗系统。研究证实单次静脉注射即可实现外周和中枢组织的酶活性恢复，完全纠正8月龄MPS II小鼠的神经病理改变和认知缺陷，为治疗神经退行性溶酶体贮积病提供了创新性解决方案。

　　

II型粘多糖贮积症(MPS II)是一种罕见的X连锁遗传性代谢疾病，由IDS基因突变导致iduronate-2-sulfatase(IDS)酶缺乏引起。患者体内糖胺聚糖(GAG)的进行性累积会造成多器官功能障碍，其中约三分之二患者表现为严重的中枢神经系统受累和认知障碍。现行酶替代疗法(ERT)虽能缓解外周症状，但由于重组IDS无法穿透血脑屏障(BBB)，对神经系统病变束手无策。尽管已有通过抗体融合策略增强BBB穿透性的尝试(如JR141、AGT-182等)，但仍存在给药频繁、免疫原性等局限。肝靶向AAV基因疗法虽能实现酶的持续分泌，但传统IDS仍难以有效入脑。这些治疗困境促使研究人员探索新型治疗策略。

四川大学华西医院生物治疗国家重点实验室的研究团队在《Neurotherapeutics》发表了创新性研究成果。他们通过蛋白质工程技术开发了具有脑穿透能力的IDS变体(eBT-IDS4)，并采用肝特异性启动子(LSP)和调控元件(IVS2、W3)优化AAV8载体，通过单次静脉注射实现了外周和中枢神经系统的双重疗效。

研究采用的主要技术方法包括：1)分子工程技术构建脑穿透性IDS变体；2)体外BBB模型(hCMEC/D3细胞)评估酶穿透效率；3)AAV8载体包装及系统给药；4)MPS II基因敲除小鼠模型(GemPharmatech提供)的长期疗效评估；5)多模态评价体系包括酶活性检测、GAG定量、组织病理学、免疫荧光、micro-CT成像、超声心动图和认知行为学测试等。

开发与验证脑靶向人IDS酶

研究人员首先对野生型IDS进行密码子优化(IDSco)，使其在HuH7细胞中的表达和分泌水平分别提高8倍和5倍。随后通过将黑色素转铁蛋白肽与IDSco的C端或N端融合，构建了eBT-IDS1-4系列变体。其中eBT-IDS4(两端各融合一个黑色素转铁蛋白肽，通过(EAAAK)₃和XTEN连接子连接)在保持酶活性的同时，在体外BBB模型中显示出2倍的穿胞能力提升。体内实验证实AAV8.TBG.eBT-IDS4处理使3月龄MPS II小鼠脑内IDS活性达到野生型的73%，完全纠正了脑GAG积聚。

通过载体设计增强IDS表达

研究团队进一步引入IVS2内含子和W3调控元件，使血清和脑内IDS活性分别提高1.6倍和2.1倍。随后开发的肝特异性启动子(LSP)驱动系统使血清IDS活性达到野生型的56倍，脑内活性达到超生理水平，较TBG和hAAT启动子分别提高3.3倍和1.3倍。

肝定向AAV8.LSP.IVS2.eBT-IDS4基因疗法显著恢复脑和外周组织IDS酶活性

单次静脉注射7个月后，AAV8.LSP.IVS2.eBT-IDS4治疗组脑IDS活性达到野生型的89%，显著高于未修饰IDSco组的29%。脊髓酶活性完全恢复正常，外周组织(心、脾、肺、肾)酶活性达到野生型的5-68倍。酶从循环系统到脑实质的转运效率在eBT-IDS4组达到22.6%，远高于IDSco组的7.3%。

肝定向AAV8.LSP.IVS2.eBT-IDS4基因疗法使脑和外周组织GAG积聚正常化

生化分析显示eBT-IDS4完全纠正了脑GAG水平，而IDSco仅部分减少(63.4%)。组织染色证实eBT-IDS4组脑组织Alcian blue阳性面积恢复正常，Purkinje细胞空泡化完全消除，外周组织GAG积聚均得到纠正。软骨细胞空泡化显著改善，生长板柱状结构恢复。

肝定向AAV8.LSP.IVS2.eBT-IDS4基因疗法改善脑内溶酶体肿胀和星形胶质细胞增生

免疫荧光显示eBT-IDS4完全消除神经元中LAMP1阳性的溶酶体肿胀，并显著降低星形胶质细胞标志物GFAP的表达。在皮层、纹状体、海马和下丘脑区域，eBT-IDS4处理使LAMP1和GFAP阳性面积恢复正常，而IDSco仅部分改善这些异常。

肝定向AAV8.LSP.IVS2.eBT-IDS4基因疗法改善神经行为缺陷

延迟匹配位置(DMP)干迷宫测试显示，eBT-IDS4处理完全纠正MPS II小鼠的认知缺陷，其逃避潜伏期和在目标逃避区的停留比例与野生型小鼠无差异。IDSco组虽显著改善，但未完全恢复正常认知功能。

肝定向AAV8.LSP.IVS2.eBT-IDS4和AAV8.LSP.IVS2.IDSco基因疗法纠正骨骼和心脏疾病

Micro-CT显示eBT-IDS4和IDSco均完全纠正颧弓和股骨增宽现象。超声心动图证实治疗组左心室射血分数和缩短分数恢复正常，升主动脉扩张显著改善。

治疗安全性评估

整个治疗期间未检测到针对人IDS的IgG抗体，血清ALT和AST水平维持在正常范围，肝组织学检查未见肝细胞损伤或肝细胞癌迹象。

该研究通过巧妙的分子设计解决了MPS II治疗中的关键难题——BBB穿透问题。eBT-IDS4通过黑色素转铁蛋白肽介导的LRP1受体转运机制实现高效脑递送，联合肝特异性表达系统实现酶的持续分泌。研究证实单次治疗即可获得长期持续疗效，完全纠正神经系统病变和外周症状，且未引发免疫反应或肝毒性。这种微创治疗策略为MPS II及其他神经退行性溶酶体贮积病提供了新的治疗范式，具有重要的临床转化价值。