腺相关病毒(rAAV)载体已经成为体内基因治疗的首选工具,尤其在成人肝脏等分裂不活跃的细胞中,rAAV基因治疗药物的疗效显著。然而,在快速增殖的细胞(如新生儿肝脏)中,传统rAAV载体的疗效非常有限,主要原因是rAAV载体携带的外源基因组处于游离状态,容易在细胞复制时发生丢失或稀释,这一局限性也使得一些需要早期干预的遗传性肝脏疾病的治疗成功率较低。为了应对这一挑战,悉尼大学儿童医学研究所研究人员开发了一种rAAV/ Sleeping Beauty(SB)转座子系统,它结合了rAAV的高效肝脏靶向能力和SB系统的基因组整合能力,可用于新生小鼠肝脏的稳定基因转导,相关研究结果发表在The Journal of Gene Medicine杂志上。

研究采用了两种不同催化活性的SB转座酶(SB11和SB100X),并与之前的rAAV/ piggyBac(PB)系统进行了对比,目的是评估rAAV/SB系统在新生小鼠肝脏中实现稳定和高效基因递送的能力,并验证其在治疗遗传性肝脏疾病中的潜力。

稳定基因转导的实现

研究团队将SB11或SB100X转座酶编码序列包装到AAV8载体中,通过腹腔注射将这些载体导入到新生C57Bl/6小鼠体内。组织学分析表明,SB100X和PB系统在稳定基因修饰细胞的比例上显著优于SB11,尤其是在SB100X组中,稳定转基因细胞比例比无转座酶组高出6倍。

长效基因表达的稳定性

进一步的实验表明,rAAV/SB系统介导的转基因表达在成年后依然稳定,特别是在使用SB100X时,基因表达水平显著增强且稳定。相比之下,SB11组表现较弱。SB100X与PB系统在基因表达水平和稳定性上表现出相似的效果。

治疗相关的基因表达

为了验证该系统的临床应用潜力,研究团队用表达人凝血因子IX(FIX)的SB转座子载体,对新生小鼠进行了治疗。结果显示,使用SB100X的FIX活性显著高于SB11组,且FIX蛋白水平在血浆中大幅提升,表明rAAV/SB混合系统在快速增殖的肝脏细胞中可以实现高效的治疗性基因表达。

图1 rAAV/SB系统向新生小鼠递送人凝血因子IX (hFIX) 的治疗效果

 

OTC严重缺陷小鼠模型中的表型校正

在OTC缺陷的小鼠模型中,rAAV/SB100X系统显著延长了小鼠的生存期,并降低了尿液中的鸟氨酸水平。相比于单独使用OTC表达载体,rAAV/SB系统在增加OTC阳性细胞比例和OTC mRNA表达水平方面具有显著优势,进一步验证了其在治疗遗传性肝病中的潜力。

图2 OTC缺陷Spfash小鼠的表型矫正。

总之,这项研究首次展示了rAAV+Sleeping Beauty转座子系统在新生小鼠肝脏中的有效性和长期稳定性,特别是在治疗新生儿发病的遗传性肝病中有良好的应用前景。尽管PB系统在某些方面表现更佳,但SB系统在基因整合的随机性和潜在的安全性方面具有一定的优势。未来的研究可进一步探索SB系统在临床应用中的潜力,特别是通过短暂表达转座酶来优化治疗效果。