刘如谦团队升级新一代类病毒颗粒，具有更高的生产效率和递送效率

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

安全有效地将大分子递送到体外培养或体内的相关细胞中，是许多新兴治疗方式所必需的条件。例如，当前的基因编辑技术往往受到递送限制。

腺相关病毒（AAV）等病毒载体已被用于将基因编辑工具递送至体内多种组织，然而，AAV递送受限于递送货物的尺寸限制，还可能存在整合风险。此外，AAV递送的基因编辑工具会在细胞中长期表达，这增加了脱靶编辑风险。

一些非病毒递送载体，例如脂质纳米颗粒（LNP），通过瞬时递送编码基因编辑器的mRNA（而不是DNA），从而降低了脱靶编辑风险；然而，尽管最近取得了令人鼓舞的进展，但利用LNP递送技术在肝脏外组织实现治疗性基因编辑仍然具有挑战性。因此，需要开发更多的递送策略来克服现有方法的局限性。

2022年1月，刘如谦团队在Cell期刊发表论文 【1】 ，开发了一种不含DNA的工程化类病毒颗粒（Engineered virus-like particles，eVLP） ，其结合了病毒载体和非病毒载体递送的关键优势，能够将碱基编辑器或Cas9核糖核蛋白递送到多个器官，实现高效基因编辑，同时将脱靶效应降至最低。

2024年11月13日，Broad研究所刘如谦团队在Nature Biotechnology期刊发表了题为： Directed evolution of engineered virus-like particles with improved production and transduction efficiencies 的研究论文 【2】 。

该研究利用定向进化，开发出来第五代工程化类病毒颗粒（v5 eVLP），具有更高的生产效率和递送效率。

近年来，研究人员探索了在体内或体外使用类病毒颗粒（VLP）作为向细胞内递送基因编辑工具的载体，VLP由病毒支架组成，用于包装和递送运载蛋白、核糖核蛋白（RNP）或mRNA，因此，VLP递送载体同时兼顾了病毒递送方法的高效转导和组织趋向性，以及非病毒递送方法的瞬时表达和减少脱靶编辑，这是基因编辑应用的理想组合。

2022年1月，刘如谦团队开发了第四代（v4）工程化类病毒颗粒（eVLP），与AAV递送相比，该eVLP能够实现高效的体内基因编辑和最小程度的脱靶编辑【1】。

2024年1月，刘如谦团队开发了用于递送先导编辑器（PE）的工程化类病毒颗粒系统——PE-eVLP，能够向体内递送核糖核蛋白（RNP）形式的完整先导编辑系统，进行瞬时先导编辑，在人类细胞中进行了高效先导编辑，在两个遗传性失明小鼠模型中实现了体内碱基编辑并恢复了部分视觉功能。PE-eVLP系统不仅支持体内瞬时先导编辑，还能减少脱靶编辑、避免基因整合带来的潜在致癌性，增强了先导编辑的安全性【3】。

eVLP

eVLP的这些良好特性表明，eVLP有望作为一种有效的体外和体内递送基因编辑RNP或其他治疗性蛋白的新型递送载体。

但我们还需要进一步改进eVLP的特性，以最大限度地发挥其研究和治疗应用的潜力。特别是提高eVLP包装效率或转导效率，从而使我们能够以更低的eVLP剂量实现更高效的基因编辑。

实验室定向进化是改进递送载体的一种有前景的方法，已被广泛用于开发病毒递送载体。现有的定向进化方案要求每个病毒变体都包装一个病毒基因组，该基因组编码特定变体的特性，这允许对经过选择的病毒基因组进行测序，以识别具有所需特性的变体。然而，由于eVLP不包装任何病毒遗传物质，因此应用定向进化来改进eVLP需要开发另一种策略来编码eVLP变体的身份。

为了实现上述目标，研究团队开发了一种定向进化系统，该系统中的每个eVLP变体包装的RNP携带的guide RNA具有唯一标识该特定eVLP变体的条形码序列。在对特定性质进行选择后，通过对幸存的带有条形码的guide RNA进行测序，可以确定所需的eVLP变体。

利用该定向进化系统，研究团队构建了一系列eVLP衣壳变体库，并进行了筛选，以鉴定出能够提高生产细胞的eVLP产量或增强靶细胞eVLP转导的衣壳变体。

通过结合有益的衣壳突变，研究团队开发了第五代（v5）eVLP，其具有更高的RNP包装能力、更好的递送后释放效果、独特的衣壳结构组成，以及比之前最好的第四代（v4）eVLP高出2-4倍的向培养的哺乳动物细胞的递送效率。对v5 eVLP的分析表明，这些衣壳突变优化了对核糖核蛋白（RNP）货物的包装和递送，并大大改变了eVLP衣壳结构。

该研究描述的基于条形码eVLP进化方法，为开发具有改进性能的eVLP奠定了基础，还可能广泛应用于开发克服现有限制的新型递送载体。

论文链接：

1. https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)01484-7

2. https://www.nature.com/articles/s41587-024-02467-x

3. https://www.nature.com/articles/s41587-023-02078-y