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

肌肉组织（Muscle tissue）是重要的功能性组织，通过收缩和放松来产生力量和运动，对维持生命活动和体态稳定至关重要。脊椎动物的肌肉主要分为三种类型：平滑肌（Smooth muscle）、心肌（Cardiac muscle）和骨骼肌（Skeletal muscle）。平滑肌存在于内脏器官中，心肌则专门构成心脏，这两者均可在没有意识介入的情况下进行自主收缩。骨骼肌是最常见、占比最大的肌肉类型，与骨骼相连，分布广泛，机体可通过自主控制骨骼肌的收缩来协调身体的运动。本文主要介绍AAV在骨骼肌研究中的应用。

脊椎动物的肌肉类型

（From Wikipedia）

骨骼肌由肌纤维束组成，肌纤维内包含肌原纤维，肌原纤维又由肌丝构成。肌纤维中含有丰富的肌浆网和线粒体，负责收缩和能量供应。常见的骨骼肌包括腓肠肌（Gastrocnemius）、胫骨前肌（Tibial anterior muscles）、比目鱼肌（Soleus）、股二头肌（Biceps femoris）、股四头肌（Quadriceps）等。

骨骼肌结构

(PMID: 35631979)

小鼠后肢骨骼肌结构

(PMID: 34867435)

骨骼肌相关的疾病种类繁多，病因各异，严重影响患者的生活质量。肌营养不良症（Muscular dystrophies, MD）是一种遗传性的肌肉疾病，导致肌肉逐渐萎缩以及力量下降。其中最常见且最严重的一种病症是杜氏肌营养不良症（Duchenne muscular dystrophy, DMD），这是一种X染色体隐性遗传疾病，主要影响男孩。男性病患大约从4岁开始就会产生肌肉无力的症状，此后病症快速恶化，导致行动困难，最终需要辅助通气，通常会过早死亡。此外，炎症性肌病、代谢性肌病、肌肉再生等方向也是目前骨骼肌相关的研究热点。

健康肌肉和 DMD 肌肉组织学对比

（PMID: 33602943）

在肌肉相关研究中，通常需要用到病毒载体进行基因递送，从而实现对宿主细胞的基因调控。重组腺相关病毒载体（recombinant Adeno-associated virus, rAAV）是体内实验中运用最多的病毒载体，它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，在肌肉相关研究中也得到了广泛应用。

AAV血清型的选择

有研究曾对AAV血清型1-10在小鼠骨骼肌中的转导效率进行比较，发现AAV9和AAV8能够高效靶向小鼠肌肉。此外还有研究发现，静脉注射myoAAV1A血清型的AAV能够特异性感染横纹肌（即骨骼肌和心肌）。

小鼠静脉注射myoAAV1A靶向横纹肌的效果

（PMID: 34506722）

启动子的选择

为了特异性靶向肌肉细胞，除了选择肌肉组织亲嗜性的AAV血清型以外，还需要配合特异性启动子。dMCK/tMCK、ACTA1启动子可以介导目的基因在骨骼肌中特异性表达，MHCK7启动子介导目的基因在横纹肌中特异性表达。另外有许多研究关注到一种专门用于肌肉发育和再生的细胞——成肌细胞（Myoblast）。该细胞通常处于增殖状态，能够通过有丝分裂进行快速分裂，在肌肉生长和修复过程中发挥关键作用。成肌细胞的特异性感染可以借助Myog启动子实现。

靶向肌肉的AAV血清型和启动子推荐

注射方式及注射剂量

在AAV介导的肌肉基因递送中，最常用到的注射方式是肌肉注射和尾静脉注射。具体的注射方式和注射剂量参考下表。

AAV靶向肌肉常用的注射方式

为了更直观地展现注射的具体操作流程，和元生物研发部门还专门录制了注射操作视频以供各位客户参考。注射操作视频请点击文末“阅读原文”进行观看。

客户应用案例

肌肉减少症是一种渐进的且普遍存在的神经肌肉疾病，它会引起与年龄相关的肌肉萎缩和肌无力，但其分子机制仍不清楚。南昌大学的赖新生团队关注到小鼠骨骼肌中Agrin蛋白的水平会随着年龄的增长而降低。研究人员利用和元生物提供的AAV病毒产品去介导基因转移，在骨骼肌中过表达小型化Agrin蛋白，结果显示该蛋白的增加诱导老年小鼠的肌肉能力增强。Agrin介导的肌肉功能改善是通过刺激Yap信号和上调肌营养不良蛋白表达来实现的。该研究为肌肉减少症的治疗方案提供了理论支持。

过表达Agrin 逆转了与年龄相关的肌肉无力

(PMID: 38461287)

赵玉政/杨弋/王从容团队联合在Cell Metabolism上发表文章，他们开发了一种灵敏且高响应的乳酸传感器——FiLa，可以监测活细胞和动物体内细微的乳酸波动。研究人员依靠AAV将FiLa传感器引入小鼠骨骼肌中，从而直接对糖尿病小鼠体内升高的乳酸水平进行成像。这一技术有助于建立简单高效的乳酸检测新方法，适用于临床筛查。此研究中用到的AAV产品同样由和元生物构建。

乳酸传感器FiLa在小鼠的肌肉组织中表达良好

(PMID: 36309010)

参考文献：

[1] Fan J, et al. A Review of Recent Advances in Natural Polymer-Based Scaffolds for Musculoskeletal Tissue Engineering. Polymers (Basel). 2022;14(10):2097.

[2] Mytidou C, et al. Age-Related Exosomal and Endogenous Expression Patterns of miR-1, miR-133a, miR-133b, and miR-206 in Skeletal Muscles. Front Physiol. 2021;12:708278.

[3] Duan D, et al. Duchenne muscular dystrophy. Nat Rev Dis Primers. 2021;7(1):13.

[4] Tabebordbar M, et al. Directed evolution of a family of AAV capsid variants enabling potent muscle-directed gene delivery across species. Cell. 2021;184(19):4919-4938.e22.
[5] Chen J, et al. Deficiency of skeletal muscle Agrin contributes to the pathogenesis of age-related sarcopenia in mice. Cell Death Dis. 2024;15(3):201.
[6] Li X, et al. Ultrasensitive sensors reveal the spatiotemporal landscape of lactate metabolism in physiology and disease. Cell Metab. 2023;35(1):200-211.e9.

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