肺臟（Lung）是哺乳動(dòng)物呼吸系統(tǒng)中最重要的器官，其主要功能是將氧氣送入血液，并將二氧化碳排出體外，除呼吸調(diào)節(jié)功能外、肺臟還承載著防疫、免疫、肺循環(huán)、造血等多種重要的功能。肺臟包括支氣管、小（細(xì)）支氣管、肺泡管和肺泡，肺泡是支氣管樹的終末部分，是肺部氣體交換的主要部分，也是肺的功能單位。
肺臟結(jié)構(gòu)及主要細(xì)胞類型
（Siqin He, et al., J Nanobiotechnology, 2022）
呼吸系統(tǒng)疾病是危害全世界人民健康的常見疾病之一，其中不乏由基因突變導(dǎo)致的肺部疾病，如慢性阻塞性肺疾病、支氣管炎、家族性肺纖維化、囊性纖維化等，這些疾病的遺傳機(jī)制已經(jīng)被深入研究，但仍然缺乏有效的治療方案，導(dǎo)致病情進(jìn)一步惡化引發(fā)呼吸系統(tǒng)損傷，甚至是死亡。
主要呼吸系統(tǒng)疾病類型
（Jesus Shrestha, et al., Crit Rev Biotechnol, 2020）
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重組腺相關(guān)病毒載體（recombinant Adeno-associated virus, rAAV）具有血清型種類多樣、免疫原性低、長(zhǎng)期穩(wěn)定表達(dá)基因、宿主范圍廣等優(yōu)勢(shì)，在基因功能研究和基因治療遞送載體中占據(jù)主導(dǎo)地位?；谵D(zhuǎn)基因動(dòng)物的局限性，借助rAAV載體高效感染肺臟用于肺部疾病的建模和治療策略已成為越來(lái)越多研究者的選擇。
1、AAV血清型的選擇
目前AAV1、AAV2、AAV5、AAV6、AAV6.2ff、AAV9等血清型均被報(bào)道可以轉(zhuǎn)導(dǎo)動(dòng)物肺臟，基于血清型嗜性、注射方式及研究對(duì)象的不同，這些AAV對(duì)于肺臟的轉(zhuǎn)導(dǎo)效率及感染部位也表現(xiàn)出差異。如AAV9經(jīng)氣管注射主要感染肺泡上皮細(xì)胞，對(duì)于支氣管上皮細(xì)胞的感染極少；AAV6和AAV6.2ff經(jīng)氣管注射可以高效轉(zhuǎn)導(dǎo)支氣管和肺泡上皮細(xì)胞，且在肺類器官中也表現(xiàn)出良好的感染效率，這幾種AAV也是目前用于肺部基因遞送用的較多的血清型。
肺實(shí)質(zhì)是治療肺部遺傳性疾病如表面活性物質(zhì)缺乏和間質(zhì)性肺疾病的關(guān)鍵目標(biāo)，特別是肺泡II型上皮細(xì)胞（alveolar type II，ATⅡ），其表達(dá)對(duì)表面活性劑功能至關(guān)重要的蛋白質(zhì)，參與免疫反應(yīng)以及轉(zhuǎn)分化等多種功能，是肺部疾病基因治療的靶細(xì)胞群體。最近，由瑋美基因自主創(chuàng)建的AAVmeta載體開發(fā)平臺(tái)，開發(fā)了一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型AAV遞送載體--AAV-LungM3，該血清型在小鼠模型中以低病毒量實(shí)現(xiàn)氣管注射高效轉(zhuǎn)導(dǎo)肺臟、親嗜感染ATII（點(diǎn)擊鏈接，了解詳情）。
AAV不同血清型氣管內(nèi)注射肺部基因遞送轉(zhuǎn)導(dǎo)效率比較（低劑量，2.5E+10vg）
AAV-LungM3氣管注射靶向ATII
肺臟是一個(gè)高度血管化的器官，主要功能是促進(jìn)氧氣通過(guò)血流的轉(zhuǎn)移，在這過(guò)程中，肺部?jī)?nèi)皮細(xì)胞（endothelial cells, ECs）至關(guān)重要。研究發(fā)現(xiàn)，ECs的功能異常往往參與多種肺部疾病的發(fā)生發(fā)展，如慢性阻塞性肺病、肺纖維化、肺動(dòng)脈高壓、肺炎、急性呼吸窘迫綜合征、自身免疫性疾病等。和元生物自主創(chuàng)建的AAVneO?全新AAV血清型發(fā)現(xiàn)平臺(tái)，開發(fā)了一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型AAV遞送載體--AAV-LungX，該血清型在小鼠模型中以較低劑量的病毒顆粒實(shí)現(xiàn)靜脈注射，高效轉(zhuǎn)導(dǎo)肺臟且精準(zhǔn)靶向肺內(nèi)皮細(xì)胞（endothelial cells, ECs），同時(shí)基本不會(huì)在肝臟富集（點(diǎn)擊鏈接，了解詳情），避免了可能引起的肝毒性等副作用，為研究肺部疾病提供了一種更安全、更有效的遞送載體。
AAV-LungX尾靜脈注射肺臟轉(zhuǎn)導(dǎo)（5E+11vg/只，左：小動(dòng)物活體成像結(jié)果；右：熒光結(jié)果）
AAV-LungX尾靜脈注射靶向ECs
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2、啟動(dòng)子選擇
除了上述提到的基于AAV血清型嗜性外，亦可以借助細(xì)胞特異性啟動(dòng)子完成特異性靶向操作。如對(duì)于肺泡II型上皮細(xì)胞的特異性感染可以借助SP-C（surfactant protein C）特異啟動(dòng)子實(shí)現(xiàn)，此外，hFLT1或Tie1可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)皮細(xì)胞的感染，SM22a用于血管平滑肌的特異性感染。
3、注射方式的選擇及病毒注射量
對(duì)于肺部的病毒感染，一般遞送途徑包括兩類：系統(tǒng)注射（經(jīng)血液循環(huán)）、鼻內(nèi)或氣管內(nèi)遞送（經(jīng)呼吸道）。系統(tǒng)注射會(huì)同時(shí)感染其他臟器，病毒被稀釋，使得靶向肺臟的病毒減少，因此需要考慮血清型的選擇，如AAV-LungX，經(jīng)靜脈注射可以實(shí)現(xiàn)特異靶向肺臟內(nèi)皮細(xì)胞的高效轉(zhuǎn)導(dǎo)；呼吸道遞送可以實(shí)現(xiàn)最大程度的特異性遞送，并實(shí)現(xiàn)肺部的高效表達(dá)，同時(shí)降低病毒劑量，但會(huì)有操作難度限制，且可能導(dǎo)致感染不均勻，有手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)等缺陷。
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不同注射方式比較
肺臟基因遞送給藥方式
（Lisa A. Santry et al., BMC Bio. 2017）
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肺臟研究”星“手段
和元生物攜手擁有10+年專業(yè)血管研究經(jīng)驗(yàn)科研團(tuán)隊(duì)，重磅推出肺原代微血管內(nèi)皮細(xì)胞血管生成實(shí)驗(yàn)服務(wù)，
包括2.5D血管內(nèi)皮細(xì)胞成管實(shí)驗(yàn)、3D血管內(nèi)皮尖細(xì)胞體外誘導(dǎo)生成實(shí)驗(yàn)、小鼠體內(nèi)血管生成實(shí)驗(yàn)。
助您闡明調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞出芽和促血管生成因子下游的細(xì)胞內(nèi)機(jī)制，進(jìn)一步探究疾病與血管生成之間的密切關(guān)系。
同時(shí)，也可用于測(cè)試促血管生成和抗血管生成化合物的功效，為逆轉(zhuǎn)病理過(guò)程尋找新的潛在可能。
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4、應(yīng)用案例
慢性阻塞性肺疾?。–hronic obstructive pulmonary disease ,COPD）是一種慢性炎癥性疾病，已成為全球第四大常見死因。2022年華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院謝俊剛教授團(tuán)隊(duì)在Oxidative Medicine and Cellular Longevity雜志發(fā)表的工作中，借助rAAV載體介導(dǎo)MTMR14在COPD小鼠肺部過(guò)表達(dá)，并進(jìn)一步驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)MTMR14過(guò)表達(dá)可以抑制小鼠COPD的進(jìn)展。
AAV經(jīng)氣管內(nèi)注射介導(dǎo)MTMR14在小鼠肺部高表達(dá)（Yiya Gu, et al., Oxid Med Cell Longev, 2022）
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病毒產(chǎn)品 |
AAV-MTMR14 |
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實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 |
小鼠 |
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注射方式 |
氣管內(nèi)注射 |
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感染部位 |
肺臟 |
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病毒用量 |
2E+11VG, 50μL |
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檢測(cè)時(shí)間 |
31天 |
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2019冠狀病毒病（COVID-19）是一種由嚴(yán)重急性呼吸道綜合征冠狀病毒2型（SARS-CoV-2）引發(fā)的傳染病，是一場(chǎng)全球性公共衛(wèi)生危機(jī)。SARS-CoV-2的核衣殼蛋白（Nucleocapsid，N蛋白）在病毒生命周期的多個(gè)步驟中發(fā)揮關(guān)鍵作用。2021年8月，Nature Communications雜志刊登了暨南大學(xué)吳建國(guó)教授團(tuán)隊(duì)的工作，該研究揭示了SARS-CoV-2 N蛋白通過(guò)NLRP3炎癥小體誘導(dǎo)肺損傷的新機(jī)制。文中，研究團(tuán)隊(duì)借助AAVlung經(jīng)尾靜脈注射在小鼠肺部高表達(dá)N蛋白（AAVlung-N）發(fā)現(xiàn)過(guò)表達(dá)N蛋白后，可顯著增加IL-1β，IL-6，TNF，CXLC10，CCL2等炎癥因子的表達(dá)，且肺部有明顯的炎癥病變及組織損傷。
AAVLung-N尾靜脈注射介導(dǎo)小鼠肺部過(guò)表達(dá)的N蛋白通過(guò)激活NLRP3炎性體誘導(dǎo)小鼠肺損傷
（Pan Pan, et al., Nat Commun, 2021）
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2023年5月，暨南大學(xué)吳建國(guó)教授團(tuán)隊(duì)成員再添力作，由潘攀/李永奎/陳欣聯(lián)合在Signal Transduction and Targeted Therapy雜志發(fā)表最新研究論文。文中，研究團(tuán)隊(duì)再次運(yùn)用AAVlung血清型在小鼠肺部高表達(dá)N蛋白，揭示了新冠病毒通過(guò)N蛋白抑制細(xì)胞凋亡促進(jìn)病毒復(fù)制的分子機(jī)制，為新冠病毒的高效傳播和感染致病機(jī)理提供了新的認(rèn)識(shí)。
借助AAVlung血清型尾靜脈注射靶向肺組織
（Pan Pan, et al., Signal Transduct Target Ther, 2023）
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病毒產(chǎn)品 |
AAV-Lung-N-EGFP |
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實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 |
小鼠 |
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注射方式 |
尾靜脈注射 |
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感染部位 |
肺臟 |
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病毒用量 |
5E+11VG |
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特發(fā)性肺纖維化(Idiopathic Pulmonary Fibrosis, IPF)是一種常見的肺泡疾病，被稱作“不是癌癥的癌癥”。2019年12月，北京生命科學(xué)研究所/清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)交叉研究院湯楠實(shí)驗(yàn)室在Cell雜志上發(fā)表研究論文。文中，作者借助了病毒載體介導(dǎo)的基因表達(dá)調(diào)控策略，通過(guò)氣管內(nèi)插管的方式將rAAV2/9-Tgfb1 shRNA注射到PNX處理的Cdc42缺失小鼠的肺部，以下調(diào)的Tgfb1表達(dá)，并配合多種實(shí)驗(yàn)手段發(fā)現(xiàn)，AT2細(xì)胞中激活的TGF-b信號(hào)對(duì)于機(jī)械性張力驅(qū)動(dòng)的肺纖維化的進(jìn)展至關(guān)重要。
rAAV載體介導(dǎo)Tgfb1表達(dá)下調(diào)
（Huijuan Wu, et al., Cell, 2019）
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病毒產(chǎn)品 |
rAAV2/9-Tgfb1 shRNA |
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實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 |
小鼠 |
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注射方式 |
氣管注射 |
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感染部位 |
肺臟 |
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病毒用量 |
1E+11VG,50μL |
新品來(lái)襲
目前，和元生物備好全新AAV血清型AAV-LungM3、AAV-LungX，全力保障您的肺部基因遞送之旅；
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未來(lái)，和元基于AAVneO?和AAVneO?Plus平臺(tái)將繼續(xù)篩選全新AAV血清型，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。
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此外，和元生物攜手擁有10+年專業(yè)血管研究經(jīng)驗(yàn)科研團(tuán)隊(duì)，重磅推出肺原代微血管內(nèi)皮細(xì)胞血管生成實(shí)驗(yàn)服務(wù)，助您探究疾病與血管生成之間的密切關(guān)系
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“整合你我資源，服務(wù)生命科學(xué)”，我們歡迎您的創(chuàng)新成果在和元生物落地，成為賦能更多研究者的創(chuàng)新工具產(chǎn)品。
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如果您有高效精準(zhǔn)靶向肺部基因遞送的需求，歡迎咨詢我們！
參考文獻(xiàn)
[1] J Nanobiotechnology. 2022 Mar 3;20(1):101.doi: 10.1186/s12951-022-01307-x
[2] Hum Gene Ther. 2020 Sep;31(17-18):996-1009.doi: 10.1089/hum.2020.169
[3] BMC Biotechnol. 2017 May 15;17(1):43.doi: 10.1186/s12896-017-0365-2
[4] Stem Cell Res Ther. 2020 Oct 23;11(1):448.doi: 10.1186/s13287-020-01950-x
[5] Nat Commun. 2020 Aug 6;11(1):3929.doi: 10.1038/s41467-020-17577-8
[6] Nat Commun. 2021 Aug 2;12(1):4664.doi: 10.1038/s41467-021-25015-6
[7] Signal Transduct Target Ther. 2023 May 9;8(1):194.doi: 10.1038/s41392-023-01459-8
[8] Oxid Med Cell Longev. 2022 Jan 7;2022:9300269.doi: 10.1155/2022/9300269
[9] Cell. 2021 Feb 4;184(3):845-846.doi: 10.1016/j.cell.2021.01.020.
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