尽管已经取得了不错的成绩，但基于rAAV的基因治疗在更广泛的应用方面面临着一些障碍，例如免疫原性、转基因表达的持久性、实现组织特异性递送的困难，以及高剂量使用时的毒性。为了克服这些挑战，AAV衣壳的开发一直是基因治疗研究的重点。包括筛选新的天然血清型、理性设计、定向进化等等。
大多数工程化AAV衣壳包含了由修饰的AAV衣壳基因(Cap)编码的典型氨基酸构成的病毒蛋白(VPs)。还有一些则携带额外的化学装饰，以重定向或屏蔽中和抗体，其中密码子扩展提供了工程AAV衣壳的多功能平台。在这种方法中，通过编码Cap基因中的无义突变，将非经典氨基酸(ncAA)掺入AAV衣壳的VPs中，例如Nε-2-叠氮乙氧羰基-L-赖氨酸(NAEK)，可以与配体发生生物正交点击反应，从而允许在衣壳表面进行位点特异性配体偶联。但在点击反应之后需要额外的纯化步骤来去除非偶联配体，这增加了与AAV载体制造相关的复杂性和成本。此外，偶联的化学计量学需要仔细的优化和表征，因为它可能影响AAV衣壳的稳定性、完整性和功能。
2023年10月7月，麻省大学高光坪教授、王丹教授等在 Molecular Therapy: Methods & Clinical Development期刊发表了题为：Non-canonical amino acid incorporation into AAV5 capsid enhances lung transduction in mice 的研究论文。
该研究利用密码子扩增技术，将非经典氨基酸(ncAA)——Nε-2-叠氮乙氧羰基-L-赖氨酸(NAEK)掺入AAV5衣壳中，意外发现几种比AAV5转导效率更高的NAEK-AAV5载体。其中一种NAEK-AAV5载体在小鼠全身或鼻内递送后表现出肺部特异性转导增强。
这项研究表明，ncAA掺入AAV衣壳可能赋予AAV载体新的特性，为基因治疗载体的发现开辟了一条新途径。
重组腺相关病毒(rAAV)的基因治疗依赖于安全、高效和精确的体内基因递送，这在很大程度上依赖于AAV衣壳。蛋白质衣壳非常适合使用多种方法进行工程化设计，并且大多数产生的衣壳携带由天然氨基酸组成的替代或插入。
在这项研究中，研究团队使用密码子扩展技术产生一系列携带非经典氨基酸——Nε-2-叠氮乙氧羰基-L-赖氨酸(NAEK)的AAV5载体。之所以选择AAV5衣壳进行工程化改造，是因为最近的研究表明，它在临床应用中具有良好的免疫学特性。
令人惊讶的是，研究团队发现一些NAEK-AAV5载体与AAV5载体相比，在没有进一步与配体结合的情况下，表现出增强的细胞转导效率。特别是，NAEK取代VP中的374D氨基酸(即374NAEK)的NAEK-AAV5载体在小鼠中具有肺部特异性转导增强。结构建模研究表明，NAEK的长侧链可能改变AAV5衣壳的一个关键受体结合区域，从而调节趋向性和转导效率。
密码子扩展技术最近的进展允许在蛋白质合成过程中加入各种非经典氨基酸(ncAA)，这些非经典氨基酸具有天然氨基酸不具备的各种物理和化学特性，可以将合成蛋白质产品功能化，用于一系列的研究和治疗应用。这项研究表明，非经典氨基酸的掺入是AAV衣壳工程的有前途的方法。
资料来源
1.论文链接
https://www.cell.com/molecular-therapy-family/methods/fulltext/S2329-0501(23)00168-7
2.公众号生物世界
https://mp.weixin.qq.com/s/6M8e7erE33CCTXdOd4J1AA