一、核心概览
| 特性 | 腺相关病毒 (AAV) | 慢病毒 (Lentivirus) |
|---|---|---|
| 病毒类型 | 细小病毒科 | 逆转录病毒科 |
| 遗传物质 | 单链DNA | 单链RNA |
| 整合性 | predominantly 非整合性（以附加体形式存在） | 整合性（整合到宿主基因组） |
| 表达时间 | 长期但稳定（在非分裂细胞中可达数月到数年） | 永久性（因整合而随细胞分裂遗传） |
| 免疫原性 | 相对较低 | 相对较高 |
| 包装容量 | 小（~4.7 kb） | 大（~8 kb，自失活型载体） |
| 滴度 | 可制备非常高滴度的病毒 | 滴度通常低于AAV |
| 感染细胞类型 | 广泛（不同血清型靶向不同组织） | 广泛（包括分裂和非分裂细胞） |
| 生物安全等级 | BSL-1（通常认为更安全） | BSL-2（需要更严格的操作，因其可整合） |
二、腺相关病毒 (AAV) 在科研中的应用
AAV的核心优势在于其高效、长期地转导非分裂细胞，且具有极低的致病性和免疫原性。
1. 基因过表达
原理： 将目的基因（cDNA）克隆到AAV载体中，包装成病毒后感染靶细胞，使该基因在细胞内持续、高水平地表达。
应用场景：
- 功能获得研究： 在体外细胞或活体动物中过表达某个蛋白，研究其功能。
- 报告基因标记： 表达荧光蛋白（如GFP, RFP）或酶（如Luciferase），用于追踪特定细胞群体、观察神经元形态、或通过活体成像技术监测肿瘤生长、转移等。
- 基因治疗模型验证： 在临床前研究中，用于验证通过基因过表达治疗疾病的可行性。
2. 基因沉默/ knockdown
原理： 表达shRNA（短发夹RNA），在细胞内被加工成siRNA，从而降解靶mRNA或抑制其翻译。
应用场景：
- 功能丧失研究： 特异性降低内源基因的表达，观察由此引起的表型变化。
- 在体研究： 特别是在神经系统，AAV是介导在体基因敲低的黄金标准工具。
3. 体内研究，特别是神经科学
这是AAV的王牌领域。
- 神经环路追踪： 利用不同血清型（如AAV2, AAV5, AAV9, AAV-retro, AAV-PHP.eB等）的嗜性，将病毒注射到特定脑区，标记神经元并进行顺向或逆向追踪。
- 光遗传学/化学遗传学： 通过AAV在特定神经元群体中表达光敏感通道（如ChR2, NpHR）或设计受体（如DREADDs），从而精确控制特定神经元的活性。
- 行为学研究的基因操控： 在自由活动的动物中，通过操控特定基因的表达来研究其在学习、记忆、情绪、社交等行为中的作用。
4. 基因编辑的递送工具
原理： 由于CRISPR-Cas9系统较大，常将较小的saCas9与gRNA一起包装进AAV，或将Cas9和gRNA分别包装到两个AAV病毒中。
应用场景： 用于在体基因编辑，治疗遗传性疾病模型（如杜氏肌营养不良、亨廷顿病等）。
三、慢病毒 (Lentivirus) 在科研中的应用
慢病毒的核心优势在于其能将外源基因整合到宿主基因组中，实现永久性表达，并能感染分裂和非分裂细胞。
1. 稳定细胞系的构建
这是慢病毒最经典和广泛的应用。
原理： 用慢病毒感染细胞后，通过药物抗性（如Puromycin, Blasticidin）进行筛选，杀死未成功整合的细胞，最终获得所有细胞都稳定表达目的基因的细胞系。
应用场景：
- 长期功能研究： 构建稳定过表达或敲低（shRNA）特定基因的细胞系，用于长期的信号通路、药物筛选、细胞增殖/凋亡等研究。
- 报告基因细胞系： 构建稳定的荧光报告或荧光素酶报告细胞系，用于持续监测特定信号通路的活性。
2. 基因沉默
原理： 表达shRNA，并利用其整合特性实现长期的基因敲低。
应用场景： 在需要长期抑制某个基因的实验中，慢病毒-shRNA是首选。例如，构建基因敲低的稳转细胞系用于肿瘤生物学研究。
3. 体外难转染细胞的基因操作
原理： 慢病毒对多种细胞类型（如原代细胞、干细胞、神经元、免疫细胞）都具有很高的感染效率。
应用场景：
- 干细胞研究： 在诱导多能干细胞（iPSC）或胚胎干细胞（ESC）中过表达或敲低基因，用于研究干细胞分化、自我更新等。
- 原代细胞研究： 对难以用脂质体转染的原代细胞（如肝细胞、心肌细胞、神经元）进行基因操作。
4. 体内研究（特定情况）
慢病毒也用于体内研究，但通常不如AAV普遍，因为其免疫原性较高，且存在整合致突变的风险。
应用场景：
- 在需要永久性基因修饰且靶组织对AAV不敏感的情况下使用。例如，在某些肿瘤模型或造血系统中。
5. CRISPR/Cas9 基因编辑文库筛选
原理： 将靶向全基因组数万个基因的sgRNA文库包装成慢病毒池，以低感染复数（MOI）感染细胞，确保每个细胞只整合一个sgRNA。然后通过施加选择压力（如药物处理），筛选出具有特定表型的细胞，最后通过测序分析富集或耗竭的sgRNA，从而找到与表型相关的基因。
应用场景： 全基因组水平的功能性基因筛选，是发现新的药物靶点、耐药基因、关键信号通路元件的强大工具。
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