【on-target】AAV感染肾脏 | 血清型·启动子·注射用量 | 一篇就GO了！

肾脏（Kidney）是生理代谢的重要器官。哺乳动物的肾脏呈豆状，主要分为皮质和髓质两部分。皮质在外层，是尿液初步形成的区域；髓质位于其下，由肾锥体组成，负责进一步浓缩尿液。肾单位（Nephron）是肾脏的基本功能单位，由肾小体与肾小管组成。肾脏不仅能够排泄废物，过滤血液中的代谢产物并通过尿液排出，还可以调节水分与电解质，同时维持酸碱平衡。除此之外，肾脏具有内分泌功能，能够产生红细胞生成素促进红血球生成，产生肾素参与血压调节。肾脏还具有代谢功能，能够合成活性维生素D，调节钙磷代谢。总而言之，肾脏在维持内环境稳定方面发挥关键作用。

肾脏的结构

(Blausen.com staff, WikiJournal of Medicine, 2014)

肾单位是肾脏的基本功能单位

(Picture from NIDDK, NIH)

据报道，肾脏疾病影响着全世界多达13%的人口。其中，慢性肾脏病（CKD）更是被视为一种全球性的健康负担。慢性肾脏病是一种长期肾脏疾病，患者逐渐丧失肾功能或出现肾脏结构异常三个月以上，发展到后期可能导致肾衰竭、肾脏纤维化甚至尿毒症，常见病因包括慢性肾炎、高血压、糖尿病等。由糖尿病导致的慢性肾脏病被称为糖尿病肾病（DKD），是由于长期血糖控制不良导致肾小球和肾小管损害，进而引发肾功能逐渐下降。除了以上两种肾脏疾病，多囊肾病、急性肾损伤（包括肾缺血再灌注损伤）等疾病也是目前肾脏相关的研究热点。

鉴于肾脏的结构和功能复杂，关于肾脏疾病发病机制和治疗方法的研究通常与基因递送、基因治疗相结合。重组腺相关病毒载体（recombinant Adeno-associated virus, rAAV）具有血清型种类多样、免疫原性低、长期稳定表达基因、宿主范围广等优势，在基因功能研究和基因治疗递送载体中占据主导地位。越来越多研究者借助AAV载体高效感染肾脏以研究其中的基因功能。

AAV血清型的选择取决于所需转导的目标组织。AAV9、AAV8、AAV6和AAV2等血清型被报道可用于靶向肾脏，其中AAV9血清型在肾脏相关研究中使用最广，并且可以配合多种注射方式。

AAV9靶向肾脏

(C J Rocca, et al., Gene Therapy, 2014)

由于肾脏不同部位的功能不同，其中的细胞类型也是复杂多样的。肾脏足细胞（podocyte）是肾小囊脏层上皮细胞，参与肾小球的筛选过程，维持滤过屏障。对于足细胞的特异性感染可以借助足细胞特异性启动子——NPHS1/NPHS2实现。肾小管上皮细胞（Tubular epithelial cells）负责尿液的形成和调节，特异性启动子Kspc可以实现该类型细胞的感染。根据其功能和结构的特点，肾小管上皮细胞可以进一步细分为多个种类：其中的近端肾小管细胞可以通过SGLT2启动子进行特异性感染，而肾髓袢升支粗段能够通过NKCC2启动子进行特异性感染。此外，肾集合管细胞的特异性感染可以借助ECAD启动子实现。

肾脏特异性启动子

(Laureano D Asico, et al., Biochem Biophys Res Commun., 2018)

尾静脉注射是最常见的AAV递送方式，在AAV介导的肾脏基因治疗递送中也同样适用。此外，肾脏特有的注射方式还包括肾盂注射、经输尿管逆行注射以及肾实质注射等。

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肾脏纤维化是一种病理生理改变，影响着慢性肾脏病的发展进程。南昌大学第一附属医院的李勇团队发现E3连接酶TRIM65是肾纤维化的正调节剂。TRIM65通过调节NUDT21介导的选择性多聚腺苷酸化（APA）来促进肾纤维化。研究人员通过肾盂注射AAV9来降低NUDT21的表达，发现正常小鼠肾脏中单侧输尿管梗阻诱导的肾纤维化加剧，并且TRIM65缺失的保护作用也被阻断。

(Liguo Zhu, et al., Advanced Science, 2023)

肾小管萎缩是慢性肾病的另一大表现。南京大学曾科教授等人的研究团队发现肾小管细胞中PNPT1酶的减少会导致肾小管翻译停滞和萎缩，增加肾脏PNPT1的表达或抑制PKR活性在很大程度上缓解了肾功能障碍小鼠的肾小管损伤症状。研究人员利用AAV载体在缺血再灌注损伤（IRI）小鼠模型的肾脏中过表达PNPT1，观察到IRI小鼠肾小管细胞凋亡的情况显著减少。

(Yujie Zhu, et al., Nature Communications, 2023)

尿液中存在过量蛋白质为特征的疾病统称为蛋白尿性肾脏疾病，其中就包括糖尿病肾病。已有研究表明，肾脏足细胞中过量的脂质积累是蛋白尿性肾脏疾病的一个重要的病理过程。陆军医科大学附属第二医院的郑宏庭/郑怡团队发现足细胞特异性Dock5缺乏加剧了蛋白尿性肾病中的足细胞损伤和肾小球病理，这主要是通过调节LXRα/CD36信号通路对脂肪酸的摄取来实现的。研究过程中为了评估LXRα是否是Dock5在足细胞中发挥作用的关键，研究人员用AAV2-Nphs1-shLXRα在患有糖尿病肾病的Dock5 cKO小鼠中进行足细胞特异性LXRα干扰。敲低足细胞中的LXRα显著减弱了Dock5缺乏引起的一系列改变。

(Hua Qu, et al., Advanced Science, 2024)

参考文献：