通过祖先序列重构描绘形成腺相关病毒衣壳的卡通。
哈佛医学院的一组研究人员重建了腺相关病毒的进化谱系，使他们能够更好地了解病毒的复杂结构以及在整个进化过程中如何产生不同的特性。
哈佛医学院的研究人员重建了腺相关病毒（AAV）的进化谱系，以重建一种古老的病毒颗粒，该颗粒在提供针对肝脏，肌肉和视网膜的基因疗法方面非常有效。
这种方法于7月30日在《细胞报告》（Cell Reports）中发表，可用于设计一类新型的遗传药物，比目前可用的遗传药物更安全，更有效。
“我们新颖的方法使我们能够更好地理解病毒的复杂结构，以及在整个进化过程中如何产生不同的特性，”资深研究作者，马萨诸塞州眼耳医院HMS眼科学助理教授Luk Vandenberghe说。
“我们相信我们的发现将教会我们如何构建复杂的生物结构，例如AAV。从这些知识中，我们希望设计出下一代病毒，将其用作基因治疗的载体。”
病毒需要有效地将其遗传物质转移到宿主细胞中才能复制并存活。研究人员已经利用这种自然特性来开发能够将治疗性基因穿梭到适当细胞或组织中的病毒载体或载体。
早期临床试验已经证明了这种方法治疗遗传性失明和血友病的安全性和有效性。但是到目前为止，用于基因治疗的AAV选自患者可能已经接触过的自然循环病毒株，这意味着它们将具有自然免疫力。由于自然免疫会阻止治疗性基因的转移，因此这些个体通常不适合进行基因治疗。
产生可靠逃避宿主免疫系统的AAV载体对于这种有前途的治疗方法的长期成功至关重要。但是，这些病毒的复杂结构阻碍了设计改进的AAV的努力。就像拼图游戏一样，病毒外壳中的每种蛋白质都必须完美地结合在一起，才能使病毒正常运行。改变病毒某一部分中的蛋白质以获得一定的益处，例如更有效的基因转移或减少宿主免疫细胞的识别，可能会破坏整个外壳的结构完整性。
为了克服这一挑战，MEE Grousbeck基因治疗中心的Vandenberghe及其团队转向了进化史作为指导。在选择压力下，AAV祖先发生了一系列变化，这些变化改变了病毒功能，同时保留了结构完整性和其他核心病毒功能。Schepens眼科学研究所的研究助理第一作者Eric Zinn说：“对这些进化中间体的分析提供了有关如何解开重要的载体特性以构建更安全和改进的基因治疗载体的见解。”
研究人员使用计算技术分析了当代AAV的氨基酸序列，并使用此信息预测AAV蛋白外壳的祖先氨基酸序列。这项分析使他们能够在实验室中重建九种AAV的合成前身，这些前身目前正在接受临床测试。其中最古老的命名为Anc80的基因疗法已进行了广泛的测试。当将Anc80注射到小鼠体内后，其基因转移水平可以成功地靶向肝脏，肌肉和视网膜，其水平相当于或优于临床试验中使用的现代AAV。此外，祖传病毒没有产生任何毒性，并且对目前自然界中流行的AAV诱导的免疫力较不敏感。范登伯格说：“我们的工作是对用于基因治疗的，经过计算设计和完全合成的病毒载体的首次展示，”。
范登伯格（Vandenberghe）认为，产生新型传染源可能会引起一些关注，但已采取了多种安全措施。例如，尚不知道AAV会引起任何疾病，并且在将其用于基因治疗之前，其复制机制也受到了破坏。
在未来的研究中，研究人员将通过进化来表征病毒与宿主之间的相互作用，并继续寻求用于临床应用的改良载体。他们还将研究Anc80在治疗肝脏疾病和视网膜失明方面的潜力。范登伯格说：“在这项研究中开发并鉴定的载体表现出独特而有效的生物学特性，证明了它们在基因治疗应用中的考虑是正确的。”
这项工作得到了Grousbeck家庭基金会，Candyce Henwood基金，NIH共同基金，预防失明研究和基金会对抗失明的支持。
出版物：Eric Zinn等人，“病毒进化谱系的计算机重建可产生有效的基因治疗载体”，《细胞报告》，第12卷，第6期，第1056-1068页，2015年8月11日； doi：10.1016 / j.celrep.2015.07.019
