225 项临床试验 + 6 款获批药！AAV 为何成基因治疗 “香饽饽”？

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摘要：基因治疗作为治愈遗传疾病的关键技术，正逐渐从实验室走向临床。而在众多基因递送工具中，腺相关病毒（AAV）载体凭借低致病性、广组织靶向性和长期基因表达能力，成为当前基因治疗领域的 “主力军”。截至目前，全球已有超过 225 项 AAV 相关临床试验，6 款 AAV 基因治疗产品获 FDA 批准，治疗范围覆盖血友病、先天性失明、脊髓性肌萎缩症等疾病。本文将从 AAV 的基本结构与功能出发，详解其制造工艺、临床应用进展，同时探讨其在抗衰老领域的潜力与当前面临的挑战，带大家全面认识这一 “明星载体” 如何推动基因治疗革命。一、基因治疗与 AAV 载体：为何 AAV 能脱颖而出？

基因治疗的核心是通过 “修复” 或 “替换” 缺陷基因，从根源上治疗疾病。这一过程需要借助 “载体” 将治疗性基因递送到患者细胞内，而载体的选择直接决定治疗的安全性与有效性。

目前主流的基因递送系统分为病毒载体和非病毒载体两类。非病毒载体（如脂质纳米颗粒）虽具有低免疫原性、成本低的优势，但存在转染效率低、基因表达持续时间短的问题；而病毒载体凭借天然的细胞穿透能力，在转染效率和长期表达上更具优势。在病毒载体中，AAV 之所以能成为 “佼佼者”，关键在于其独特的生物学特性：

低致病性：野生型 AAV 本身不引起人类疾病，仅在与腺病毒等辅助病毒共感染时才会复制，安全性远高于腺病毒、逆转录病毒等载体；

广组织靶向性：已发现 13 种天然 AAV 血清型和超 100 种变异体，不同血清型可特异性靶向肝脏、肌肉、视网膜、中枢神经系统等不同组织；

长期稳定表达：AAV 基因组多以环状游离体形式存在于细胞内（非整合到宿主基因组），既能避免插入突变风险，又能实现数年甚至终身的基因表达；

低免疫原性：相比其他病毒载体，AAV 引发的免疫反应更弱，降低了治疗后被免疫系统 “清除” 的风险。

正是这些优势，让 AAV 成为体内基因治疗（直接向患者体内递送载体）的首选工具，尤其适用于遗传性疾病、神经退行性疾病等需要长期基因纠正的病症。

二、AAV 的 “真面目”：结构、感染机制与改造升级

要理解 AAV 如何递送基因，首先需要认识它的基本结构与工作原理。

1. AAV 的结构：简单却高效的 “基因快递盒”

野生型 AAV 是一种直径约 25nm 的无包膜病毒，基因组为单链 DNA（ssDNA），大小约 4.7kb。其核心结构包括：

衣壳（Capsid）：由 VP1、VP2、VP3 三种蛋白按 1:1:10 的比例组成二十面体结构，负责识别细胞表面受体、介导细胞进入和 DNA 包装；

非结构蛋白（Rep）：包括 Rep78、Rep68、Rep52、Rep40 四种蛋白，调控 AAV 的复制、转录和基因组包装；

末端反向重复序列（ITRs）：位于基因组两端的 145bp 回文结构，形成 “T 型发夹”，是病毒复制、基因组整合和载体包装的关键元件。

为了适应基因治疗需求，科学家将野生型 AAV 改造为重组 AAV（rAAV）：删除 Rep 和 Cap 基因，替换为 “治疗性基因表达盒”（包含启动子、目的基因、polyA 尾），仅保留 ITRs 确保包装（图 1）。这种改造让 rAAV 失去自主复制能力，同时能高效携带治疗基因进入靶细胞。

图 1 AAV 载体结构

注：（A）野生型 AAV 基因组包含 Rep、Cap 基因及 ITRs；（B）单链 rAAV 删除 Rep/Cap，插入目的基因表达盒，包装容量约 4.5kb；（C）自互补 rAAV（scAAV）改造 ITRs 形成双链结构，包装容量降至 2.2kb，但转导效率提升 10 倍以上

2. AAV 如何感染细胞？从结合到基因表达的 “全流程”

AAV 感染细胞是一个多步骤的精准过程（图 2），每一步都可能影响治疗效率：

受体结合：AAV 衣壳首先与细胞表面的primary 受体（如 AAV2 结合硫酸乙酰肝素）和共受体结合，启动细胞进入；

内吞作用：病毒被细胞通过内吞作用摄入，形成内体；

内体逃逸：AAV 在酸性内体环境中发生结构变化，突破内体膜，避免被溶酶体降解；

核转运：病毒颗粒通过核孔进入细胞核；

脱壳与 DNA 转化：病毒衣壳解体，释放单链 DNA（ssDNA），随后在细胞内转化为双链 DNA（dsDNA）；

基因表达：双链 DNA 作为模板进行转录、翻译，产生治疗性蛋白，实现疾病纠正。

值得注意的是，单链 DNA 转化为双链 DNA 是 AAV 转导的 “限速步骤”。为此，科学家开发了自互补 AAV（scAAV）：通过改造 ITRs，让单链 DNA 自行折叠形成双链结构，跳过转化步骤，转导效率可提升 10 倍以上，但代价是包装容量从 4.5kb 降至 2.2kb，适用于小型治疗基因（如 RPE65 基因，用于治疗先天性失明）。

图 2 AAV 转导途径

注：rAAV 通过受体结合进入细胞，经内体逃逸、核转运后脱壳，单链 DNA 转化为双链 DNA（scAAV 可跳过此步骤），最终表达治疗性蛋白

3. AAV 的 “投递方式”：不同给药途径适配不同疾病

AAV 的给药途径需根据治疗目标组织选择，不同方式各有优劣（表 1）。例如，静脉注射（IV）适用于全身性疾病（如血友病，需靶向肝脏），而玻璃体内注射则专门用于视网膜疾病（如先天性失明）。

表 1 AAV 介导的递送方法总结

三、AAV 的 “定制化”：血清型选择与载体改造

不同 AAV 血清型的衣壳蛋白差异，决定了它们的组织嗜性（即对不同组织的偏好性）。例如，AAV9 能穿透血脑屏障，是中枢神经系统疾病的首选；AAV8 对肝脏靶向性最强，适用于血友病治疗。选择合适的血清型，是 AAV 基因治疗成功的关键（表 2）。

表 2 AAV 血清型比较概述

除了天然血清型，科学家还通过衣壳工程进一步优化 AAV 的性能：

嵌合衣壳：将不同血清型的衣壳蛋白片段组合，结合多种血清型的优势（如增强靶向性 + 降低免疫原性）；

定向进化：通过体外筛选突变衣壳库，获得具有特定特性的新衣壳（如 PHP.B，从 AAV9 改造而来，脑穿透能力提升 10 倍以上）；

位点突变：通过改变衣壳上的特定氨基酸（如将苏氨酸替换为缬氨酸），增强核转运效率，提升转导效率。

四、AAV 的 “量产难题”：从实验室到商业化的制造工艺

AAV 基因治疗的商业化，离不开大规模、高质量的载体制造。然而，AAV 的制造面临两大核心挑战：高产量和高纯度（尤其是减少 “空衣壳” 比例）。

1. 上游生产：细胞与质粒的 “协作”

目前主流的 AAV 生产方法有两种：

瞬时转染法：在 HEK293 细胞（人胚胎肾细胞）中转入三种质粒 —— 携带治疗基因的 “载体质粒”、表达 Rep/Cap 蛋白的 “包装质粒”、提供辅助病毒功能的 “辅助质粒”。细胞培养 3-5 天后裂解，释放 AAV 颗粒。该方法操作简单，适用于早期研发，但难以规模化，且空衣壳比例高（可达 50%-90%）；

稳定细胞系法：将 Rep/Cap 基因和治疗基因整合到细胞基因组中，仅需感染辅助病毒即可启动生产。该方法产量稳定、空衣壳少，但细胞系构建复杂，目前尚未广泛应用于临床。

为满足商业化需求，目前行业正逐步采用悬浮培养 HEK293 细胞替代传统贴壁培养，配合生物反应器（50-200L）实现规模化生产，产量可达 10¹⁴载体基因组 / 升，且能避免血清带来的外源病毒污染风险。

2. 下游纯化：分离 “有效载体” 与 “杂质”

AAV 纯化的核心是去除细胞碎片、质粒残留和空衣壳（仅含衣壳蛋白，无治疗基因）。空衣壳不仅无治疗效果，还可能引发免疫反应，降低治疗安全性。常用的纯化技术包括（表 3）：

密度梯度超速离心：利用空衣壳与 “实心壳”（含治疗基因）的密度差异，通过碘克沙醇或氯化铯梯度分离，纯度高但耗时久，难以规模化；

离子交换层析（IEC）：利用衣壳表面电荷差异，通过色谱柱分离空衣壳与实心壳，能高效去除空衣壳，且易于自动化和规模化，是目前临床级 AAV 纯化的主流技术；

切向流过滤（TFF）：用于浓缩 AAV 颗粒和更换缓冲液，确保最终产品符合临床配方要求。

表 3 AAV 纯化技术比较

3. 质量控制：确保每一批载体都安全有效

临床级 AAV 需通过严格的质量检测，关键指标包括：

病毒滴度：确保每单位体积含足够的功能载体（通常以 “载体基因组数” 计算）；

纯度：空衣壳比例需低于 10%，残留细胞蛋白、DNA 需符合药典标准；

稳定性：检测载体在储存和运输过程中的聚集、降解情况；

安全性：排除复制型 AAV（RAAV，可能引发感染）、内毒素（引发免疫反应）等污染物。

五、AAV 的 “临床战绩”：已治愈哪些疾病？

经过二十余年的发展，AAV 基因治疗已在多个疾病领域取得突破，6 款产品获 FDA 批准，覆盖罕见病、眼科疾病、神经疾病等（表 4）。这些获批产品不仅验证了 AAV 的安全性和有效性，也为更多疾病的治疗奠定了基础。

表 4 FDA 批准的 AAV 基因治疗产品

1. 眼科疾病：让先天性失明患者重见光明

2017 年获批的Luxturna（治疗 Leber 先天性黑矇）是 AAV 眼科治疗的里程碑。该疾病由 RPE65 基因缺陷导致视网膜功能退化，患者多在儿童期失明。Luxturna 通过视网膜下注射 AAV2 载体，将正常 RPE65 基因递送至视网膜细胞，恢复光信号传导功能。临床试验显示，患者治疗后视力显著改善，部分人可在暗光下阅读、识别面部。

2. 血液疾病：血友病患者告别 “终身输液”

血友病是一种遗传性凝血功能障碍疾病，患者需终身输注凝血因子，不仅成本高，还可能引发免疫排斥。2022 年获批的Hemgenix（血友病 B）和 2023 年获批的Roctavian（血友病 A），通过静脉注射 AAV5/AAV8 载体，将凝血因子 IX（血友病 B）或 VIII（血友病 A）基因递送至肝脏，实现长期自主合成凝血因子。患者单次治疗后，凝血因子活性可维持数年，显著减少出血事件，部分人甚至无需再输注凝血因子。

3. 神经疾病：拯救脊髓性肌萎缩症患儿

脊髓性肌萎缩症（SMA）是婴幼儿致死性遗传病，由 SMN1 基因缺陷导致运动神经元死亡，患儿多在 2 岁内死于呼吸衰竭。2019 年获批的Zolgensma（AAV9 载体）通过静脉注射，突破血脑屏障，将正常 SMN1 基因递送至中枢神经系统和肌肉细胞。临床试验显示，接受治疗的患儿生存率从 8% 提升至 100%，多数可独立坐、爬甚至行走，彻底改变了 SMA 的预后。

4. 肌肉疾病：为杜氏肌营养不良症带来希望

杜氏肌营养不良症（DMD）由 dystrophin 基因缺陷导致肌肉退化，患者多在青少年期丧失行走能力，30 岁左右死于心肺衰竭。2023 年获批的Elevidys（AAVrh74 载体）通过静脉注射，递送 “微型 dystrophin” 基因（天然基因过大，需改造），恢复肌肉细胞结构稳定性。治疗后患者肌肉中微型 dystrophin 表达显著提升，肌肉功能下降速度减缓，为这一 “不治之症” 带来首个基因治疗方案。

六、AAV 的 “新战场”：抗衰老与年龄相关疾病

除了罕见病，AAV 基因治疗正被探索用于抗衰老和年龄相关疾病（如阿尔茨海默病、 sarcopenia 肌肉衰减症）。衰老的核心是细胞功能渐进性退化，而 AAV 可通过靶向衰老相关基因，实现 “逆转” 或 “延缓” 衰老的效果（图 3）。

图 3 抗衰老基因治疗进展

注：（上）AAV 可递送 TERT（延长端粒）、Klotho（抗衰蛋白）、VEGF（改善血管健康）等基因，治疗年龄相关疾病；（下）AAV 介导的 “部分重编程” 通过递送 Yamanaka 因子，恢复细胞年轻态，延长健康寿命

1. 靶向衰老相关基因

TERT 基因：端粒缩短是衰老的标志之一，而 TERT 是端粒酶的关键成分，可延长端粒。动物实验显示，AAV 递送 TERT 基因可恢复小鼠端粒长度，改善心脏功能、肺纤维化等衰老相关疾病，甚至延长寿命；

Klotho 基因：Klotho 是一种抗衰蛋白，可调节胰岛素信号、抑制炎症。AAV 递送 Klotho 基因可改善小鼠认知功能、减少心血管并发症，还能抑制肿瘤生长；

VEGF 基因：血管老化导致组织缺氧，是多种衰老疾病的根源。AAV 递送 VEGF 基因可改善小鼠血管功能，减少脂肪堆积、肌肉流失，延长健康寿命。

2. 治疗年龄相关疾病

肌肉衰减症（Sarcopenia）：通过 AAV 递送 PGC-1α4（促进线粒体功能）或 NT-3（神经营养因子）基因，可恢复老年小鼠肌肉质量和力量，改善神经肌肉连接；

多疾病联合治疗：年龄相关疾病常伴随多种并发症（如肥胖 + 糖尿病 + 心脏病）。研究显示，AAV 同时递送 FGF21（调节代谢）、Klotho 和 sTGFβR2（抑制炎症）基因，可同时逆转小鼠的肥胖、糖尿病和心脏衰竭，实现 “一药多治”。

3. 部分重编程：让细胞 “重返年轻”

“重编程” 技术（如 Yamanaka 因子：Oct4、Sox2、Klf4、c-Myc）可将体细胞转化为多能干细胞，但完全重编程会导致细胞失去原有功能。而部分重编程（仅递送 Oct4、Sox2、Klf4，不含致癌的 c-Myc）可在保留细胞功能的同时，恢复年轻的表观遗传状态。动物实验显示，AAV 介导的部分重编程可逆转小鼠视网膜老化、恢复视力，甚至延长老年小鼠寿命 109%，为抗衰老治疗提供了全新思路。

七、AAV 的 “拦路虎”：当前面临的挑战与解决方案

尽管 AAV 基因治疗成果显著，仍有四大核心挑战亟待解决（表 5）：

表 5 AAV 基因治疗的主要挑战及建议解决方案

1. 包装容量有限

AAV 的包装上限约 4.7kb，而许多疾病相关基因（如 dystrophin 基因约 14kb）远超这一容量。目前解决方案包括：

迷你基因：删除基因中非关键区域，保留核心功能（如 Elevidys 中的微型 dystrophin）；

双/三 AAV 载体：将大基因拆分为 2-3 段，由多个 AAV 载体分别递送，进入细胞后通过同源重组拼接为完整基因。

2. 免疫原性问题

约 30%-50% 的人群天然存在抗 AAV 抗体（预存 immunity），会直接中和 AAV 载体，导致治疗失败；此外，治疗后产生的抗体还会阻止重复给药（儿童患者可能需要多次治疗）。解决方案包括：

衣壳改造：通过定向进化获得 “抗抗体” 衣壳，避免被中和；

免疫抑制：治疗前通过血浆置换清除抗体，或使用雷帕霉素等药物抑制免疫反应；

局部递送：向眼、脑等 “免疫豁免区” 给药，减少全身免疫反应。

3. 转导效率与脱靶效应

部分组织（如肺部、胰腺）对现有 AAV 血清型的转导效率低；同时，静脉注射的 AAV 可能在非靶组织（如肾脏）积累，引发副作用。解决方案包括：

组织特异性启动子：仅在靶细胞（如肝细胞）中启动基因表达，减少脱靶；

新型衣壳开发：通过定向进化筛选对肺部、胰腺等组织靶向性更强的衣壳。

4. 成本与可及性

目前 AAV 基因治疗价格极高（如 Zolgensma 单次治疗费用约 210 万美元），主要源于复杂的制造工艺。降低成本的关键在于：

规模化生产：推广悬浮培养和连续生产工艺，提升产量；

通用型载体：开发可适用于多种疾病的 “通用载体”，降低研发成本；

政策支持：通过医保谈判、孤儿药补贴等方式提高患者可及性。

八、总结与未来展望

AAV 载体凭借安全、高效、长期表达的优势，已成为基因治疗的 “黄金标准”，在罕见病、神经疾病、眼科疾病等领域取得突破性进展。未来，随着衣壳工程、制造工艺的不断优化，以及在抗衰老领域的探索，AAV 有望治疗更多复杂疾病（如阿尔茨海默病、糖尿病）。

同时，AAV 与CRISPR 基因编辑的结合将开启 “精准基因治疗” 新时代：AAV 可作为载体递送 CRISPR-Cas9 系统，实现对缺陷基因的 “定点修复”，而非简单的 “基因添加”，这将进一步提升治疗的持久性和安全性。

尽管挑战仍在，但 AAV 基因治疗已从 “不可能” 变为 “可能”，为无数遗传病患者带来 “治愈” 的希望。随着技术的进步和成本的降低，相信在不久的将来，这一技术将惠及更多患者，推动医学进入 “基因治愈” 的新纪元。

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