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腺相关病毒

十二月 12, 2023

腺相关病毒（Adeno-associated viruses，常缩写为AAV），是一种隶属细小病毒科依赖性细小病毒属、能够感染人类以及其他部分灵长类动物的病毒。腺相关病毒直径约20纳米、无被膜，无法自主完成复制（英语：Replication-defective virus），全基因组长约4.8千碱基对（kb）[1][2]。

腺相关病毒
一种用作人基因治疗载体的腺相关病毒1LP3的3D原子结构
病毒分類
–未分级–： 病毒 Virus
域： 單鏈DNA病毒域 Monodnaviria
界： 称德病毒界 Shotokuvirae
门： 科薩特病毒門 Cossaviricota
纲： 第五病毒綱 Quintoviricetes
目： 小病毒目 Piccovirales
科： 细小病毒科 Parvoviridae
属： 依赖性细小病毒属 Dependoparvovirus
种： 腺相关病毒 Adeno-associated virus
种类
  • 腺相关病毒A
    （Adeno-associated dependoparvovirus A）
  • 腺相关病毒B
    （Adeno-associated dependoparvovirus B）

尚无已知的疾病与腺相关病毒有关。腺相关病毒一般只能引发轻度的免疫反应。加之腺相关病毒须在其他病毒同时感染宿主的前提下才能复制，使研究者认为腺相关病毒适合用于改造用作人基因治疗的载体，以及体外等基因人类疾病模型（英语：Isogenic human disease models）的构建[3]。由腺病毒改造而成的基因治疗载体能够同时感染分裂中和分裂不活跃的细胞，并将载体DNA以一种不整合入染色体的方式导入到细胞中（不过在自然条件下，也有腺相关病毒携带的DNA在感染后插入染色体的报导）[4]。目前，一部分使用腺相关病毒的基因治疗临床试验已取得正面的结果[5]。

研究历史 编辑

腺相关病毒最初被认为是腺病毒制备过程中混入的污染物之一。20世纪60年代，匹兹堡大学的鲍勃·艾奇逊（Bob Atchison）与美国国立卫生研究院的华莱士·罗（英语：Wallace P. Rowe）（Wallace P. Rowe）实验室的工作最初确定腺相关病毒是一种依赖性细小病毒。后来的血清学研究表明，腺相关病毒不能造成任何已知的人类疾病，且只能在腺病毒、疱疹病毒等辅助病毒存在的前提下才能感染人类[6]。

複製周期 编辑

 
兩個腺病毒顆粒周圍被許多腺相关病毒顆粒環繞

绝大部分情况下，腺相关病毒需要辅助病毒的存在才能完成完整的生命周期[7]。腺相关病毒在感染细胞后，需要辅助病毒的帮助（例如，腺相关病毒的辅助病毒疱疹病毒能为其提供DNA聚合酶和解旋酶以及一些对腺相关病毒转录的早期启动必要的蛋白）才能进入裂解期（英语：Lysogenic cycle），进行病毒复制。在没有辅助病毒的前提下，腺相关病毒基因的表达将会受限，一部分腺相关病毒DNA会在这种情况下插入至人19号染色体q13.4区域，即AAVS1位点[8]。

基因组 编辑

 
腺相关病毒的基因组示意图：腺相关病毒基因组的两端是一对反向重复序列（ITR），中间存在两个开放读框（ORF）rep与cap

腺相关病毒的基因组由一条长约4.8千碱基对（kb）的正义或反义单链DNA构成，其两端是序列对称的反向重复序列（ITR），对腺相关病毒的复制[9]、衣壳化[10]、以及插入宿主染色体的过程有重要作用[11][12] ，中間則有rep與cap兩個开放读框，前者包括四個序列相互重疊的基因，編碼Rep78、Rep68、Rep52與Rep40等四種參與病毒基因複製的蛋白；後者包括三個序列重疊的基因，編碼VP1、VP2與VP3等三種組成病毒衣殼的蛋白[13]。腺相关病毒本身不編碼DNA聚合酶，僅仰賴宿主細胞或輔助病毒的DNA聚合酶合成自己的基因組[14]。

反向重复序列 编辑

腺相关病毒基因組兩端的反向重复序列（ITR）序列对称，长145碱基，可各自形成一莖環結構，使病毒利用其3'活性端開始DNA複製，無需由引物酶合成引物即可複製自身的DNA[14]，形成相互連結的雙股DNA中間產物，再以缺口酶（英语：Nicking enzyme）將兩股DNA切開[14]。除DNA複製外，反向重複序列也參與病毒插入宿主DNA的過程[11][12]，且為病毒顆粒正常組裝所需[10]。

rep基因 编辑

腺相关病毒基因组中上游的rep读框可由左側的p5或p19兩個启动子開始轉錄，產生長度不一的两种RNA，这两种RNA中皆含有一个内含子，可能在轉錄後被切除，依使用啟動子的不同與內含子被切除與否，rep基因可轉錄出四種mRNA，進而產生四種蛋白質变体：Rep78、Rep68、Rep52，以及Rep40（Rep后面的数字代表这种蛋白的分子量为多少千道尔顿）[15]，前兩者是由p5啟動子轉錄產生，可與反向重複序列形成的莖環結合，參與病毒DNA的複製，後兩者則是由p19啟動子轉錄產生[16]。四種Rep蛋白皆可與ATP結合，且皆具解旋酶活性，它們可抑制自身的啟動子（p5和p19）轉錄，並可活化轉錄cap基因蛋白的p40啟動子[15][17][18][19][20]。

cap基因 编辑

cap基因位於rep基因的下游，p40启动子可調控其轉錄，產生序列重疊的VP1、VP2、VP3與AAP（組裝活化蛋白）四種蛋白，VP1、VP2與VP3的大小分別為87、72與62千道尔顿[21]，可以1:1:10的比例組成腺相关病毒二十面體的衣殼[22]，AAP亦為衣殼組裝所需的蛋白[23]。cap基因轉錄出的RNA可能將一段較長的內含子或一段較短的內含子切除，分別形成長2.3kb或長2.6kb的mRNA，其中長內含子被切除的情況較為常見，因此2.3kb的mRNA為大宗，可轉譯產生VP3蛋白，但其起始密碼子（AUG）上游有一個ACG密碼子周邊亦形成可起始轉譯的Kozak序列，少數核糖體會自此開始轉譯，產生比VP3蛋白多出一N端延伸區域的VP2蛋白；而切除短內含子的2.6kb的mRNA則會轉譯產生VP1蛋白，也比VP3多了一N端延伸區[24][25][26][27]。

由於2.3mRNA的數量較多，且其上游ACG密碼子啟動轉譯的能力比正常的起始密碼子弱，三種衣殼蛋白中VP3被轉譯生成的量遠多於VP1與VP2，與其在衣殼中的組成比例相符[28]。有研究顯示VP1蛋白的N端延伸區有磷脂酶A2活性，可能有助於病毒自細胞釋出[29]，因而為病毒複製週期所需，相較之下VP2可能並非病毒組裝必須的蛋白[30]。

分類 编辑

腺相关病毒在人類與其他靈長類中相當普遍，目前已知有11個血清型[31]，其中AAV-2、AAV-3、AAV-5與AAV-6為自人類細胞發現，AAV-1、AAV-4與AAV-7至AAV-11為自其他靈長類細胞發現[32]，其中對AAV-2的研究最多[33][34][35]，此血清型可能使用硫酸肝素蛋白多醣（英语：Heparan sulfate）（HSPG）、aVβ5整合素與成纖維細胞生長因子受體1（英语：Fibroblast growth factor receptor 1）（FGFR-1）為受體感染細胞，其中前者為主要受體，後兩者為輔受體，可協助病毒以受質媒介內吞作用（英语：Receptor-mediated endocytosis）進入細胞[36][37][38]，但學界對此尚有爭議[39]。

2013年起，國際病毒分類委員會（ICTV）將腺相关病毒分為A型與B型兩個物種，前者包含AAV-1、AAV-2、AAV-3與AAV-4，後者即AAV-5[40][41]。

為提升在腺相关病毒在臨床與研究中作為載體的效率，研究人員研發（英语：Recombinant AAV mediated genome engineering）了許多腺相关病毒的人工變型，以提升基因表現、適應不同的目標組織並使其更易逃避免疫系統的攻擊，例如AAV-2的基因組與AAV-5的衣殼蛋白基因融合組成的AAV-2/5，以及由8型AAV序列融合組成的AAV-DJ 等[42]。

用于基因治疗 编辑

腺相关病毒因毒性低、不能自主复制、不致病，且较少整合到宿主基因组中，因而被认为是一种较为理想的基因治疗载体。将腺相关病毒改造为基因治疗载体的具体操作方法是腺相关病毒基因组上的rep与cap区域替换为目的基因[3][43]。腺相关病毒载体导入人体后，不分裂的细胞能够一直保持输入的目的基因片段，而持续分裂细胞则会逐渐随细胞分裂丢失经由腺相关病毒导入的基因片段，因此腺相关病毒疗法不太适合以持续分裂的细胞（如干细胞）作为靶标[43]。

腺相关病毒作为基因治疗载体存在一些缺点。首先是容量低，最多只能容纳4.5kb的插入片段，无法容纳DMD（英语：Dystrophin）等较长的人类基因[43]。其次，输入的腺相关病毒载体可能被体内存在的针对天然腺相关病毒的抗体中和。此外，腺相关病毒也存在整合入宿主基因组的情况[44]。

過去認為將腺相关病毒用於基因治療時，反向重复序列是病毒基因組中唯一需與轉入的基因順式（in cis）組裝的元件，cap與rep蛋白皆可反式（in trans）導入，但有新研究結果顯示rep基因編碼區域中有一稱為順式rep依賴型元件（cis-acting Rep-dependent element，簡稱CARE）的序列與轉入的基因順式組裝時也可促進病毒的複製與組裝[45][46][47][48]。

根据2019年的数据，全球范围内共有超过250件使用腺相关病毒载体技术的临床试验，占基于病毒载体的基因治疗临床试验总数的8.3%[49]。

参见 编辑

参考文献 编辑

  1. ^ Naso, Michael F.; Tomkowicz, Brian; Perry, William L.; Strohl, William R. Adeno-Associated Virus (AAV) as a Vector for Gene Therapy. BioDrugs. 2017, 31 (4): 317–334. ISSN 1173-8804. doi:10.1007/s40259-017-0234-5. 
  2. ^ Wu, Zhijian; Yang, Hongyan; Colosi, Peter. Effect of Genome Size on AAV Vector Packaging. Molecular Therapy. 2010, 18 (1): 80–86. ISSN 1525-0016. doi:10.1038/mt.2009.255. 
  3. ^ 3.0 3.1 Grieger JC, Samulski RJ. Adeno-associated Virus as a Gene Therapy Vector: Vector Development, Production and Clinical Applications. Adeno-associated virus as a gene therapy vector: vector development, production and clinical applications. Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology 99. 2005: 119–45. ISBN 978-3-540-28404-8. PMID 16568890. doi:10.1007/10_005. 
  4. ^ Deyle DR, Russell DW. Adeno-associated virus vector integration. Current Opinion in Molecular Therapeutics. August 2009, 11 (4): 442–7. PMC 2929125  . PMID 19649989. 
  5. ^ Maguire AM, Simonelli F, Pierce EA, Pugh EN, Mingozzi F, Bennicelli J, et al. Safety and efficacy of gene transfer for Leber's congenital amaurosis. The New England Journal of Medicine. May 2008, 358 (21): 2240–8. PMC 2829748  . PMID 18441370. doi:10.1056/NEJMoa0802315. 
  6. ^ Carter BJ. Adeno-associated virus and the development of adeno-associated virus vectors: a historical perspective. Molecular Therapy. 2004, 10 (6): 981–9. PMID 15564130. doi:10.1016/j.ymthe.2004.09.011  . 
  7. ^ . [2018-09-19]. （原始内容存档于2018-09-20）. 
  8. ^ Daya, Shyam; Berns, Kenneth I. Gene Therapy Using Adeno-Associated Virus Vectors. Clinical Microbiology Reviews. 2008, 21 (4): 583–593. ISSN 0893-8512. doi:10.1128/CMR.00008-08. 
  9. ^ Bohenzky RA, LeFebvre RB, Berns KI. Sequence and symmetry requirements within the internal palindromic sequences of the adeno-associated virus terminal repeat. Virology. October 1988, 166 (2): 316–27. PMID 2845646. doi:10.1016/0042-6822(88)90502-8. 
  10. ^ 10.0 10.1 Zhou X, Muzyczka N. In vitro packaging of adeno-associated virus DNA. Journal of Virology. April 1998, 72 (4): 3241–7. PMC 109794  . PMID 9525651. doi:10.1128/JVI.72.4.3241-3247.1998. 
  11. ^ 11.0 11.1 Wang XS, Ponnazhagan S, Srivastava A. Rescue and replication signals of the adeno-associated virus 2 genome. Journal of Molecular Biology. July 1995, 250 (5): 573–80. PMID 7623375. doi:10.1006/jmbi.1995.0398. 
  12. ^ 12.0 12.1 Weitzman MD, Kyöstiö SR, Kotin RM, Owens RA. Adeno-associated virus (AAV) Rep proteins mediate complex formation between AAV DNA and its integration site in human DNA. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. June 1994, 91 (13): 5808–12. Bibcode:1994PNAS...91.5808W. PMC 44086  . PMID 8016070. doi:10.1073/pnas.91.13.5808. 
  13. ^ Carter BJ. Adeno-associated virus and adeno-associated virus vectors for gene delivery. Lassic DD, Templeton NS (编). Gene Therapy: Therapeutic Mechanisms and Strategies. New York City: Marcel Dekker, Inc. 2000: 41–59. ISBN 978-0-585-39515-9. 
  14. ^ 14.0 14.1 14.2 Gonçalves MA. Adeno-associated virus: from defective virus to effective vector.. Virol J. 2005, 2: 43. PMC 1131931  . PMID 15877812. doi:10.1186/1743-422X-2-43. 
  15. ^ 15.0 15.1 Kyöstiö SR, Owens RA, Weitzman MD, Antoni BA, Chejanovsky N, Carter BJ. Analysis of adeno-associated virus (AAV) wild-type and mutant Rep proteins for their abilities to negatively regulate AAV p5 and p19 mRNA levels. Journal of Virology. May 1994, 68 (5): 2947–57. PMC 236783  . PMID 8151765. doi:10.1128/JVI.68.5.2947-2957.1994. 
  16. ^ Sitaraman V, Hearing P, Ward CB, Gnatenko DV, Wimmer E, Mueller S; et al. Computationally designed adeno-associated virus (AAV) Rep 78 is efficiently maintained within an adenovirus vector.. Proc Natl Acad Sci U S A. 2011, 108 (34): 14294–9. PMC 3161519  . PMID 21844368. doi:10.1073/pnas.1102883108. 
  17. ^ Im DS, Muzyczka N. The AAV origin binding protein Rep68 is an ATP-dependent site-specific endonuclease with DNA helicase activity. Cell. May 1990, 61 (3): 447–57. PMID 2159383. S2CID 27997617. doi:10.1016/0092-8674(90)90526-K. 
  18. ^ Im DS, Muzyczka N. Partial purification of adeno-associated virus Rep78, Rep52, and Rep40 and their biochemical characterization. Journal of Virology. February 1992, 66 (2): 1119–28. PMC 240816  . PMID 1309894. doi:10.1128/JVI.66.2.1119-1128.1992. 
  19. ^ Samulski RJ. AAV vectors, the future workhorse of human gene therapy. Human Gene Therapy: Current Opportunities and Future Trends. 2003: 25–40. ISBN 978-3-662-05354-6. PMID 12894449. doi:10.1007/978-3-662-05352-2_3.  |journal=被忽略 (帮助); |issue=被忽略 (帮助)
  20. ^ Trempe JP, Carter BJ. Regulation of adeno-associated virus gene expression in 293 cells: control of mRNA abundance and translation. Journal of Virology. January 1988, 62 (1): 68–74. PMC 250502  . PMID 2824856. doi:10.1128/JVI.62.1.68-74.1988. 
  21. ^ Jay FT, Laughlin CA, Carter BJ. Eukaryotic translational control: adeno-associated virus protein synthesis is affected by a mutation in the adenovirus DNA-binding protein. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. May 1981, 78 (5): 2927–31. Bibcode:1981PNAS...78.2927J. PMC 319472  . PMID 6265925. doi:10.1073/pnas.78.5.2927. 
  22. ^ Sonntag F, Schmidt K, Kleinschmidt JA. A viral assembly factor promotes AAV2 capsid formation in the nucleolus. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. June 2010, 107 (22): 10220–5. Bibcode:2010PNAS..10710220S. PMC 2890453  . PMID 20479244. doi:10.1073/pnas.1001673107. 
  23. ^ Sonntag F, Köther K, Schmidt K, Weghofer M, Raupp C, Nieto K, Kuck A, Gerlach B, Böttcher B, Müller OJ, Lux K, Hörer M, Kleinschmidt JA. The assembly-activating protein promotes capsid assembly of different adeno-associated virus serotypes. Journal of Virology. December 2011, 85 (23): 12686–97. PMC 3209379  . PMID 21917944. doi:10.1128/JVI.05359-11. 
  24. ^ Becerra SP, Rose JA, Hardy M, Baroudy BM, Anderson CW. Direct mapping of adeno-associated virus capsid proteins B and C: a possible ACG initiation codon. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. December 1985, 82 (23): 7919–23. Bibcode:1985PNAS...82.7919B. PMC 390881  . PMID 2999784. doi:10.1073/pnas.82.23.7919. 
  25. ^ Cassinotti P, Weitz M, Tratschin JD. Organization of the adeno-associated virus (AAV) capsid gene: mapping of a minor spliced mRNA coding for virus capsid protein 1. Virology. November 1988, 167 (1): 176–84. PMID 2847413. doi:10.1016/0042-6822(88)90067-0. 
  26. ^ Muralidhar S, Becerra SP, Rose JA. Site-directed mutagenesis of adeno-associated virus type 2 structural protein initiation codons: effects on regulation of synthesis and biological activity. Journal of Virology. January 1994, 68 (1): 170–6. PMC 236275  . PMID 8254726. doi:10.1128/JVI.68.1.170-176.1994. 
  27. ^ Trempe JP, Carter BJ. Alternate mRNA splicing is required for synthesis of adeno-associated virus VP1 capsid protein. Journal of Virology. September 1988, 62 (9): 3356–63. PMC 253458  . PMID 2841488. doi:10.1128/JVI.62.9.3356-3363.1988. 
  28. ^ Rabinowitz JE, Samulski RJ. Building a better vector: the manipulation of AAV virions. Virology. December 2000, 278 (2): 301–8. PMID 11118354. doi:10.1006/viro.2000.0707  . 
  29. ^ Girod A, Wobus CE, Zádori Z, Ried M, Leike K, Tijssen P, Kleinschmidt JA, Hallek M. The VP1 capsid protein of adeno-associated virus type 2 is carrying a phospholipase A2 domain required for virus infectivity. The Journal of General Virology. May 2002, 83 (Pt 5): 973–8. PMID 11961250. doi:10.1099/0022-1317-83-5-973  . 
  30. ^ Warrington KH, Gorbatyuk OS, Harrison JK, Opie SR, Zolotukhin S, Muzyczka N. Adeno-associated virus type 2 VP2 capsid protein is nonessential and can tolerate large peptide insertions at its N terminus. Journal of Virology. June 2004, 78 (12): 6595–609. PMC 416546  . PMID 15163751. doi:10.1128/JVI.78.12.6595-6609.2004. 
  31. ^ Mori S, Wang L, Takeuchi T, Kanda T. Two novel adeno-associated viruses from cynomolgus monkey: pseudotyping characterization of capsid protein. Virology. December 2004, 330 (2): 375–83. PMID 15567432. doi:10.1016/j.virol.2004.10.012  . 
  32. ^ Weitzman, Matthew D.; Linden, R. Michael. Adeno-Associated Virus Biology. Snyder, R. O.; Moullier, P (编). Adeno-associated virus methods and protocols. Totowa, NJ: Humana Press. 2011. ISBN 978-1-61779-370-7. 
  33. ^ Bartlett JS, Samulski RJ, McCown TJ. Selective and rapid uptake of adeno-associated virus type 2 in brain. Human Gene Therapy. May 1998, 9 (8): 1181–6. PMID 9625257. doi:10.1089/hum.1998.9.8-1181. 
  34. ^ Fischer AC, Beck SE, Smith CI, Laube BL, Askin FB, Guggino SE, Adams RJ, Flotte TR, Guggino WB. Successful transgene expression with serial doses of aerosolized rAAV2 vectors in rhesus macaques. Molecular Therapy. December 2003, 8 (6): 918–26. PMID 14664794. doi:10.1016/j.ymthe.2003.08.015  . 
  35. ^ Nicklin SA, Buening H, Dishart KL, de Alwis M, Girod A, Hacker U, Thrasher AJ, Ali RR, Hallek M, Baker AH. Efficient and selective AAV2-mediated gene transfer directed to human vascular endothelial cells. Molecular Therapy. September 2001, 4 (3): 174–81. PMID 11545607. doi:10.1006/mthe.2001.0424  . 
  36. ^ Qing K, Mah C, Hansen J, Zhou S, Dwarki V, Srivastava A. Human fibroblast growth factor receptor 1 is a co-receptor for infection by adeno-associated virus 2. Nature Medicine. January 1999, 5 (1): 71–7. PMID 9883842. S2CID 31602526. doi:10.1038/4758. 
  37. ^ Summerford C, Samulski RJ. Membrane-associated heparan sulfate proteo-glycan is a receptor for adeno-associated virus type 2 virions. Journal of Virology. Feb 1998, 72 (2): 1438–45. PMC 124624  . PMID 9445046. doi:10.1128/JVI.72.2.1438-1445.1998. 
  38. ^ Summerford C, Bartlett JS, Samulski RJ. AlphaVbeta5 integrin: a co-receptor for adeno-associated virus type 2 infection. Nature Medicine. January 1999, 5 (1): 78–82. PMID 9883843. S2CID 23326070. doi:10.1038/4768. 
  39. ^ Qiu J, Handa A, Kirby M, Brown KE. The interaction of heparin sulfate and adeno-associated virus 2. Virology. March 2000, 269 (1): 137–47. PMID 10725206. doi:10.1006/viro.2000.0205  . 
  40. ^ ICTV Taxonomy history: Adeno-associated dependoparvovirus A. ICTV. [31 January 2020]. （原始内容于2021-07-12）. 
  41. ^ ICTV Taxonomy history: Adeno-associated dependoparvovirus B. ICTV. [31 January 2020]. （原始内容于2021-07-11）. 
  42. ^ Adeno-associated Virus (AAV) Guide. Addgene. [2021-07-10]. （原始内容于2022-10-05）. 
  43. ^ 43.0 43.1 43.2 Worgall, Stefan; Crystal, Ronald G. Gene therapy: 493–518. 2020. doi:10.1016/B978-0-12-818422-6.00029-0. 
  44. ^ Shams, Shahin; Silva, Eduardo A. Bioengineering strategies for gene delivery: 107–148. 2020. doi:10.1016/B978-0-12-816221-7.00004-5. 
  45. ^ Nony P, Tessier J, Chadeuf G, Ward P, Giraud A, Dugast M, Linden RM, Moullier P, Salvetti A. Novel cis-acting replication element in the adeno-associated virus type 2 genome is involved in amplification of integrated rep-cap sequences. Journal of Virology. October 2001, 75 (20): 9991–4. PMC 114572  . PMID 11559833. doi:10.1128/JVI.75.20.9991-9994.2001. 
  46. ^ Nony P, Chadeuf G, Tessier J, Moullier P, Salvetti A. Evidence for packaging of rep-cap sequences into adeno-associated virus (AAV) type 2 capsids in the absence of inverted terminal repeats: a model for generation of rep-positive AAV particles. Journal of Virology. January 2003, 77 (1): 776–81. PMC 140600  . PMID 12477885. doi:10.1128/JVI.77.1.776-781.2003. 
  47. ^ Philpott NJ, Giraud-Wali C, Dupuis C, Gomos J, Hamilton H, Berns KI, Falck-Pedersen E. Efficient integration of recombinant adeno-associated virus DNA vectors requires a p5-rep sequence in cis. Journal of Virology. June 2002, 76 (11): 5411–21. PMC 137060  . PMID 11991970. doi:10.1128/JVI.76.11.5411-5421.2002. 
  48. ^ Tullis GE, Shenk T. Efficient replication of adeno-associated virus type 2 vectors: a cis-acting element outside of the terminal repeats and a minimal size. Journal of Virology. December 2000, 74 (24): 11511–21. PMC 112431  . PMID 11090148. doi:10.1128/JVI.74.24.11511-11521.2000. 
  49. ^ . Journal of Gene Medicine. Wiley. December 2019 [2012-01-04]. （原始内容存档于2019-10-21）. 

十二月 12, 2023
腺相关病毒, adeno, associated, viruses, 常缩写为aav, 是一种隶属细小病毒科依赖性细小病毒属, 能够感染人类以及其他部分灵长类动物的病毒, 直径约20纳米, 无被膜, 无法自主完成复制, 英语, replication, defective, virus, 全基因组长约4, 8千碱基对, 一种用作人基因治疗载体的1lp3的3d原子结构病毒分類, 未分级, 病毒, virus域, 單鏈dna, 病毒域, monodnaviria界, 称德病毒界, shotokuvirae门, 科薩特病. 腺相关病毒 Adeno associated viruses 常缩写为AAV 是一种隶属细小病毒科依赖性细小病毒属 能够感染人类以及其他部分灵长类动物的病毒 腺相关病毒直径约20纳米 无被膜 无法自主完成复制 英语 Replication defective virus 全基因组长约4 8千碱基对 kb 1 2 腺相关病毒一种用作人基因治疗载体的腺相关病毒1LP3的3D原子结构病毒分類 未分级 病毒 Virus域 單鏈DNA 病毒域 Monodnaviria界 称德病毒界 Shotokuvirae门 科薩特病毒門 Cossaviricota纲 第五病毒綱 Quintoviricetes目 小病毒目 Piccovirales科 细小病毒科 Parvoviridae属 依赖性细小病毒属 Dependoparvovirus种 腺相关病毒 Adeno associated virus种类腺相关病毒A Adeno associated dependoparvovirus A 腺相关病毒B Adeno associated dependoparvovirus B 尚无已知的疾病与腺相关病毒有关 腺相关病毒一般只能引发轻度的免疫反应 加之腺相关病毒须在其他病毒同时感染宿主的前提下才能复制 使研究者认为腺相关病毒适合用于改造用作人基因治疗的载体 以及体外等基因人类疾病模型 英语 Isogenic human disease models 的构建 3 由腺病毒改造而成的基因治疗载体能够同时感染分裂中和分裂不活跃的细胞 并将载体DNA以一种不整合入染色体的方式导入到细胞中 不过在自然条件下 也有腺相关病毒携带的DNA在感染后插入染色体的报导 4 目前 一部分使用腺相关病毒的基因治疗临床试验已取得正面的结果 5 目录 1 研究历史 2 複製周期 3 基因组 3 1 反向重复序列 3 2 rep基因 3 3 cap基因 4 分類 5 用于基因治疗 6 参见 7 参考文献研究历史 编辑腺相关病毒最初被认为是腺病毒制备过程中混入的污染物之一 20世纪60年代 匹兹堡大学的鲍勃 艾奇逊 Bob Atchison 与美国国立卫生研究院的华莱士 罗 英语 Wallace P Rowe Wallace P Rowe 实验室的工作最初确定腺相关病毒是一种依赖性细小病毒 后来的血清学研究表明 腺相关病毒不能造成任何已知的人类疾病 且只能在腺病毒 疱疹病毒等辅助病毒存在的前提下才能感染人类 6 複製周期 编辑 nbsp 兩個腺病毒顆粒周圍被許多腺相关病毒顆粒環繞绝大部分情况下 腺相关病毒需要辅助病毒的存在才能完成完整的生命周期 7 腺相关病毒在感染细胞后 需要辅助病毒的帮助 例如 腺相关病毒的辅助病毒疱疹病毒能为其提供DNA聚合酶和解旋酶以及一些对腺相关病毒转录的早期启动必要的蛋白 才能进入裂解期 英语 Lysogenic cycle 进行病毒复制 在没有辅助病毒的前提下 腺相关病毒基因的表达将会受限 一部分腺相关病毒DNA会在这种情况下插入至人19号染色体q13 4区域 即AAVS1位点 8 基因组 编辑 nbsp 腺相关病毒的基因组示意图 腺相关病毒基因组的两端是一对反向重复序列 ITR 中间存在两个开放读框 ORF rep与cap腺相关病毒的基因组由一条长约4 8千碱基对 kb 的正义或反义单链DNA构成 其两端是序列对称的反向重复序列 ITR 对腺相关病毒的复制 9 衣壳化 10 以及插入宿主染色体的过程有重要作用 11 12 中間則有rep與cap兩個开放读框 前者包括四個序列相互重疊的基因 編碼Rep78 Rep68 Rep52與Rep40等四種參與病毒基因複製的蛋白 後者包括三個序列重疊的基因 編碼VP1 VP2與VP3等三種組成病毒衣殼的蛋白 13 腺相关病毒本身不編碼DNA聚合酶 僅仰賴宿主細胞或輔助病毒的DNA聚合酶合成自己的基因組 14 反向重复序列 编辑 腺相关病毒基因組兩端的反向重复序列 ITR 序列对称 长145碱基 可各自形成一莖環結構 使病毒利用其3 活性端開始DNA複製 無需由引物酶合成引物即可複製自身的DNA 14 形成相互連結的雙股DNA中間產物 再以缺口酶 英语 Nicking enzyme 將兩股DNA切開 14 除DNA複製外 反向重複序列也參與病毒插入宿主DNA的過程 11 12 且為病毒顆粒正常組裝所需 10 rep基因 编辑 腺相关病毒基因组中上游的rep读框可由左側的p5或p19兩個启动子開始轉錄 產生長度不一的两种RNA 这两种RNA中皆含有一个内含子 可能在轉錄後被切除 依使用啟動子的不同與內含子被切除與否 rep基因可轉錄出四種mRNA 進而產生四種蛋白質变体 Rep78 Rep68 Rep52 以及Rep40 Rep后面的数字代表这种蛋白的分子量为多少千道尔顿 15 前兩者是由p5啟動子轉錄產生 可與反向重複序列形成的莖環結合 參與病毒DNA的複製 後兩者則是由p19啟動子轉錄產生 16 四種Rep蛋白皆可與ATP結合 且皆具解旋酶活性 它們可抑制自身的啟動子 p5和p19 轉錄 並可活化轉錄cap基因蛋白的p40啟動子 15 17 18 19 20 cap基因 编辑 cap基因位於rep基因的下游 p40启动子可調控其轉錄 產生序列重疊的VP1 VP2 VP3與AAP 組裝活化蛋白 四種蛋白 VP1 VP2與VP3的大小分別為87 72與62千道尔顿 21 可以1 1 10的比例組成腺相关病毒二十面體的衣殼 22 AAP亦為衣殼組裝所需的蛋白 23 cap基因轉錄出的RNA可能將一段較長的內含子或一段較短的內含子切除 分別形成長2 3kb或長2 6kb的mRNA 其中長內含子被切除的情況較為常見 因此2 3kb的mRNA為大宗 可轉譯產生VP3蛋白 但其起始密碼子 AUG 上游有一個ACG密碼子周邊亦形成可起始轉譯的Kozak序列 少數核糖體會自此開始轉譯 產生比VP3蛋白多出一N端延伸區域的VP2蛋白 而切除短內含子的2 6kb的mRNA則會轉譯產生VP1蛋白 也比VP3多了一N端延伸區 24 25 26 27 由於2 3mRNA的數量較多 且其上游ACG密碼子啟動轉譯的能力比正常的起始密碼子弱 三種衣殼蛋白中VP3被轉譯生成的量遠多於VP1與VP2 與其在衣殼中的組成比例相符 28 有研究顯示VP1蛋白的N端延伸區有磷脂酶A2活性 可能有助於病毒自細胞釋出 29 因而為病毒複製週期所需 相較之下VP2可能並非病毒組裝必須的蛋白 30 分類 编辑腺相关病毒在人類與其他靈長類中相當普遍 目前已知有11個血清型 31 其中AAV 2 AAV 3 AAV 5與AAV 6為自人類細胞發現 AAV 1 AAV 4與AAV 7至AAV 11為自其他靈長類細胞發現 32 其中對AAV 2的研究最多 33 34 35 此血清型可能使用硫酸肝素蛋白多醣 英语 Heparan sulfate HSPG aVb5整合素與成纖維細胞生長因子受體1 英语 Fibroblast growth factor receptor 1 FGFR 1 為受體感染細胞 其中前者為主要受體 後兩者為輔受體 可協助病毒以受質媒介內吞作用 英语 Receptor mediated endocytosis 進入細胞 36 37 38 但學界對此尚有爭議 39 2013年起 國際病毒分類委員會 ICTV 將腺相关病毒分為A型與B型兩個物種 前者包含AAV 1 AAV 2 AAV 3與AAV 4 後者即AAV 5 40 41 為提升在腺相关病毒在臨床與研究中作為載體的效率 研究人員研發 英语 Recombinant AAV mediated genome engineering 了許多腺相关病毒的人工變型 以提升基因表現 適應不同的目標組織並使其更易逃避免疫系統的攻擊 例如AAV 2的基因組與AAV 5的衣殼蛋白基因融合組成的AAV 2 5 以及由8型AAV序列融合組成的AAV DJ 等 42 用于基因治疗 编辑腺相关病毒因毒性低 不能自主复制 不致病 且较少整合到宿主基因组中 因而被认为是一种较为理想的基因治疗载体 将腺相关病毒改造为基因治疗载体的具体操作方法是腺相关病毒基因组上的rep与cap区域替换为目的基因 3 43 腺相关病毒载体导入人体后 不分裂的细胞能够一直保持输入的目的基因片段 而持续分裂细胞则会逐渐随细胞分裂丢失经由腺相关病毒导入的基因片段 因此腺相关病毒疗法不太适合以持续分裂的细胞 如干细胞 作为靶标 43 腺相关病毒作为基因治疗载体存在一些缺点 首先是容量低 最多只能容纳4 5kb的插入片段 无法容纳DMD 英语 Dystrophin 等较长的人类基因 43 其次 输入的腺相关病毒载体可能被体内存在的针对天然腺相关病毒的抗体中和 此外 腺相关病毒也存在整合入宿主基因组的情况 44 過去認為將腺相关病毒用於基因治療時 反向重复序列是病毒基因組中唯一需與轉入的基因順式 in cis 組裝的元件 cap與rep蛋白皆可反式 in trans 導入 但有新研究結果顯示rep基因編碼區域中有一稱為順式rep依賴型元件 cis acting Rep dependent element 簡稱CARE 的序列與轉入的基因順式組裝時也可促進病毒的複製與組裝 45 46 47 48 根据2019年的数据 全球范围内共有超过250件使用腺相关病毒载体技术的临床试验 占基于病毒载体的基因治疗临床试验总数的8 3 49 参见 编辑基因治疗 基因编辑参考文献 编辑 Naso Michael F Tomkowicz Brian Perry William L Strohl William R Adeno Associated Virus AAV as a Vector for Gene Therapy BioDrugs 2017 31 4 317 334 ISSN 1173 8804 doi 10 1007 s40259 017 0234 5 Wu Zhijian Yang Hongyan Colosi Peter Effect of Genome Size on AAV Vector Packaging Molecular Therapy 2010 18 1 80 86 ISSN 1525 0016 doi 10 1038 mt 2009 255 3 0 3 1 Grieger JC Samulski RJ Adeno associated Virus as a Gene Therapy Vector Vector Development Production and Clinical Applications Adeno associated virus as a gene therapy vector vector development production and clinical applications Advances in Biochemical Engineering Biotechnology 99 2005 119 45 ISBN 978 3 540 28404 8 PMID 16568890 doi 10 1007 10 005 Deyle DR Russell DW Adeno associated virus vector integration Current Opinion in Molecular Therapeutics August 2009 11 4 442 7 PMC 2929125 nbsp PMID 19649989 Maguire AM Simonelli F Pierce EA Pugh EN Mingozzi F Bennicelli J et al Safety and efficacy of gene transfer for Leber s congenital amaurosis The New England Journal of Medicine May 2008 358 21 2240 8 PMC 2829748 nbsp PMID 18441370 doi 10 1056 NEJMoa0802315 Carter BJ Adeno associated virus and the development of adeno associated virus vectors a historical perspective Molecular Therapy 2004 10 6 981 9 PMID 15564130 doi 10 1016 j ymthe 2004 09 011 nbsp Adeno Associated Virus and Adeno associated Viral Vectors 2018 09 19 原始内容存档于2018 09 20 Daya Shyam Berns Kenneth I Gene Therapy Using Adeno Associated Virus Vectors Clinical Microbiology Reviews 2008 21 4 583 593 ISSN 0893 8512 doi 10 1128 CMR 00008 08 Bohenzky RA LeFebvre RB Berns KI Sequence and symmetry requirements within the internal palindromic sequences of the adeno associated virus terminal repeat Virology October 1988 166 2 316 27 PMID 2845646 doi 10 1016 0042 6822 88 90502 8 10 0 10 1 Zhou X Muzyczka N In vitro packaging of adeno associated virus DNA Journal of Virology April 1998 72 4 3241 7 PMC 109794 nbsp PMID 9525651 doi 10 1128 JVI 72 4 3241 3247 1998 11 0 11 1 Wang XS Ponnazhagan S Srivastava A Rescue and replication signals of the adeno associated virus 2 genome Journal of Molecular Biology July 1995 250 5 573 80 PMID 7623375 doi 10 1006 jmbi 1995 0398 12 0 12 1 Weitzman MD Kyostio SR Kotin RM Owens RA Adeno associated virus AAV Rep proteins mediate complex formation between AAV DNA and its integration site in human DNA Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America June 1994 91 13 5808 12 Bibcode 1994PNAS 91 5808W PMC 44086 nbsp PMID 8016070 doi 10 1073 pnas 91 13 5808 Carter BJ Adeno associated virus and adeno associated virus vectors for gene delivery Lassic DD Templeton NS 编 Gene Therapy Therapeutic Mechanisms and Strategies New York City Marcel Dekker Inc 2000 41 59 ISBN 978 0 585 39515 9 14 0 14 1 14 2 Goncalves MA Adeno associated virus from defective virus to effective vector Virol J 2005 2 43 PMC 1131931 nbsp PMID 15877812 doi 10 1186 1743 422X 2 43 15 0 15 1 Kyostio SR Owens RA Weitzman MD Antoni BA Chejanovsky N Carter BJ Analysis of adeno associated virus AAV wild type and mutant Rep proteins for their abilities to negatively regulate AAV p5 and p19 mRNA levels Journal of Virology May 1994 68 5 2947 57 PMC 236783 nbsp PMID 8151765 doi 10 1128 JVI 68 5 2947 2957 1994 Sitaraman V Hearing P Ward CB Gnatenko DV Wimmer E Mueller S et al Computationally designed adeno associated virus AAV Rep 78 is efficiently maintained within an adenovirus vector Proc Natl Acad Sci U S A 2011 108 34 14294 9 PMC 3161519 nbsp PMID 21844368 doi 10 1073 pnas 1102883108 Im DS Muzyczka N The AAV origin binding protein Rep68 is an ATP dependent site specific endonuclease with DNA helicase activity Cell May 1990 61 3 447 57 PMID 2159383 S2CID 27997617 doi 10 1016 0092 8674 90 90526 K Im DS Muzyczka N Partial purification of adeno associated virus Rep78 Rep52 and Rep40 and their biochemical characterization Journal of Virology February 1992 66 2 1119 28 PMC 240816 nbsp PMID 1309894 doi 10 1128 JVI 66 2 1119 1128 1992 Samulski RJ AAV vectors the future workhorse of human gene therapy Human Gene Therapy Current Opportunities and Future Trends 2003 25 40 ISBN 978 3 662 05354 6 PMID 12894449 doi 10 1007 978 3 662 05352 2 3 journal 被忽略 帮助 issue 被忽略 帮助 Trempe JP Carter BJ Regulation of adeno associated virus gene expression in 293 cells control of mRNA abundance and translation Journal of Virology January 1988 62 1 68 74 PMC 250502 nbsp PMID 2824856 doi 10 1128 JVI 62 1 68 74 1988 Jay FT Laughlin CA Carter BJ Eukaryotic translational control adeno associated virus protein synthesis is affected by a mutation in the adenovirus DNA binding protein Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America May 1981 78 5 2927 31 Bibcode 1981PNAS 78 2927J PMC 319472 nbsp PMID 6265925 doi 10 1073 pnas 78 5 2927 Sonntag F Schmidt K Kleinschmidt JA A viral assembly factor promotes AAV2 capsid formation in the nucleolus Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America June 2010 107 22 10220 5 Bibcode 2010PNAS 10710220S PMC 2890453 nbsp PMID 20479244 doi 10 1073 pnas 1001673107 Sonntag F Kother K Schmidt K Weghofer M Raupp C Nieto K Kuck A Gerlach B Bottcher B Muller OJ Lux K Horer M Kleinschmidt JA The assembly activating protein promotes capsid assembly of different adeno associated virus serotypes Journal of Virology December 2011 85 23 12686 97 PMC 3209379 nbsp PMID 21917944 doi 10 1128 JVI 05359 11 Becerra SP Rose JA Hardy M Baroudy BM Anderson CW Direct mapping of adeno associated virus capsid proteins B and C a possible ACG initiation codon Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America December 1985 82 23 7919 23 Bibcode 1985PNAS 82 7919B PMC 390881 nbsp PMID 2999784 doi 10 1073 pnas 82 23 7919 Cassinotti P Weitz M Tratschin JD Organization of the adeno associated virus AAV capsid gene mapping of a minor spliced mRNA coding for virus capsid protein 1 Virology November 1988 167 1 176 84 PMID 2847413 doi 10 1016 0042 6822 88 90067 0 Muralidhar S Becerra SP Rose JA Site directed mutagenesis of adeno associated virus type 2 structural protein initiation codons effects on regulation of synthesis and biological activity Journal of Virology January 1994 68 1 170 6 PMC 236275 nbsp PMID 8254726 doi 10 1128 JVI 68 1 170 176 1994 Trempe JP Carter BJ Alternate mRNA splicing is required for synthesis of adeno associated virus VP1 capsid protein Journal of Virology September 1988 62 9 3356 63 PMC 253458 nbsp PMID 2841488 doi 10 1128 JVI 62 9 3356 3363 1988 Rabinowitz JE Samulski RJ Building a better vector the manipulation of AAV virions Virology December 2000 278 2 301 8 PMID 11118354 doi 10 1006 viro 2000 0707 nbsp Girod A Wobus CE Zadori Z Ried M Leike K Tijssen P Kleinschmidt JA Hallek M The VP1 capsid protein of adeno associated virus type 2 is carrying a phospholipase A2 domain required for virus infectivity The Journal of General Virology May 2002 83 Pt 5 973 8 PMID 11961250 doi 10 1099 0022 1317 83 5 973 nbsp Warrington KH Gorbatyuk OS Harrison JK Opie SR Zolotukhin S Muzyczka N Adeno associated virus type 2 VP2 capsid protein is nonessential and can tolerate large peptide insertions at its N terminus Journal of Virology June 2004 78 12 6595 609 PMC 416546 nbsp PMID 15163751 doi 10 1128 JVI 78 12 6595 6609 2004 Mori S Wang L Takeuchi T Kanda T Two novel adeno associated viruses from cynomolgus monkey pseudotyping characterization of capsid protein Virology December 2004 330 2 375 83 PMID 15567432 doi 10 1016 j virol 2004 10 012 nbsp Weitzman Matthew D Linden R Michael Adeno Associated Virus Biology Snyder R O Moullier P 编 Adeno associated virus methods and protocols Totowa NJ Humana Press 2011 ISBN 978 1 61779 370 7 Bartlett JS Samulski RJ McCown TJ Selective and rapid uptake of adeno associated virus type 2 in brain Human Gene Therapy May 1998 9 8 1181 6 PMID 9625257 doi 10 1089 hum 1998 9 8 1181 Fischer AC Beck SE Smith CI Laube BL Askin FB Guggino SE Adams RJ Flotte TR Guggino WB Successful transgene expression with serial doses of aerosolized rAAV2 vectors in rhesus macaques Molecular Therapy December 2003 8 6 918 26 PMID 14664794 doi 10 1016 j ymthe 2003 08 015 nbsp Nicklin SA Buening H Dishart KL de Alwis M Girod A Hacker U Thrasher AJ Ali RR Hallek M Baker AH Efficient and selective AAV2 mediated gene transfer directed to human vascular endothelial cells Molecular Therapy September 2001 4 3 174 81 PMID 11545607 doi 10 1006 mthe 2001 0424 nbsp Qing K Mah C Hansen J Zhou S Dwarki V Srivastava A Human fibroblast growth factor receptor 1 is a co receptor for infection by adeno associated virus 2 Nature Medicine January 1999 5 1 71 7 PMID 9883842 S2CID 31602526 doi 10 1038 4758 Summerford C Samulski RJ Membrane associated heparan sulfate proteo glycan is a receptor for adeno associated virus type 2 virions Journal of Virology Feb 1998 72 2 1438 45 PMC 124624 nbsp PMID 9445046 doi 10 1128 JVI 72 2 1438 1445 1998 Summerford C Bartlett JS Samulski RJ AlphaVbeta5 integrin a co receptor for adeno associated virus type 2 infection Nature Medicine January 1999 5 1 78 82 PMID 9883843 S2CID 23326070 doi 10 1038 4768 Qiu J Handa A Kirby M Brown KE The interaction of heparin sulfate and adeno associated virus 2 Virology March 2000 269 1 137 47 PMID 10725206 doi 10 1006 viro 2000 0205 nbsp ICTV Taxonomy history Adeno associated dependoparvovirus A ICTV 31 January 2020 原始内容存档于2021 07 12 ICTV Taxonomy history Adeno associated dependoparvovirus B ICTV 31 January 2020 原始内容存档于2021 07 11 Adeno associated Virus AAV Guide Addgene 2021 07 10 原始内容存档于2022 10 05 43 0 43 1 43 2 Worgall Stefan Crystal Ronald G Gene therapy 493 518 2020 doi 10 1016 B978 0 12 818422 6 00029 0 Shams Shahin Silva Eduardo A Bioengineering strategies for gene delivery 107 148 2020 doi 10 1016 B978 0 12 816221 7 00004 5 Nony P Tessier J Chadeuf G Ward P Giraud A Dugast M Linden RM Moullier P Salvetti A Novel cis acting replication element in the adeno associated virus type 2 genome is involved in amplification of integrated rep cap sequences Journal of Virology October 2001 75 20 9991 4 PMC 114572 nbsp PMID 11559833 doi 10 1128 JVI 75 20 9991 9994 2001 Nony P Chadeuf G Tessier J Moullier P Salvetti A Evidence for packaging of rep cap sequences into adeno associated virus AAV type 2 capsids in the absence of inverted terminal repeats a model for generation of rep positive AAV particles Journal of Virology January 2003 77 1 776 81 PMC 140600 nbsp PMID 12477885 doi 10 1128 JVI 77 1 776 781 2003 Philpott NJ Giraud Wali C Dupuis C Gomos J Hamilton H Berns KI Falck Pedersen E Efficient integration of recombinant adeno associated virus DNA vectors requires a p5 rep sequence in cis Journal of Virology June 2002 76 11 5411 21 PMC 137060 nbsp PMID 11991970 doi 10 1128 JVI 76 11 5411 5421 2002 Tullis GE Shenk T Efficient replication of adeno associated virus type 2 vectors a cis acting element outside of the terminal repeats and a minimal size Journal of Virology December 2000 74 24 11511 21 PMC 112431 nbsp PMID 11090148 doi 10 1128 JVI 74 24 11511 11521 2000 Vectors used in Gene Therapy Clinical Trials Journal of Gene Medicine Wiley December 2019 2012 01 04 原始内容存档于2019 10 21 取自 https zh wikipedia org w index php title 腺相关病毒 amp oldid 74980623, 维基百科，wiki，书籍，书籍，图书馆，

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