综述：AAV基因治疗药物的开发以及工程化眼靶向和神经靶向衣壳的转化：基于自然语言处理的系统评价

基因治疗中工程AAV capsid通过自然语言处理和大型语言模型筛选，发现系统性递送可增强中枢神经靶向性，直接中枢注射可提高脑组织分布，而眼内递送（IVT和SRI）优化了视网膜特异性。工程 capsid显著减少肝脏等非靶器官分布，并降低免疫原性风险。研究证实NLP/LLM工具能有效整合文献数据，推动神经和眼靶向AAV药物开发。

　　
### 工程化腺相关病毒（AAV） capsid 在中枢神经系统和眼部靶向治疗中的研究进展

#### 1. 研究背景与核心问题
腺相关病毒（AAV）作为基因治疗载体，因其低免疫原性、长期表达能力和组织特异性潜力，在遗传性疾病治疗中备受关注。然而，自然存在的AAV血清型（如AAV9）存在靶向性不足、脱靶效应明显等问题，导致治疗效果受限且安全性风险较高。例如，AAV9在系统性给药时可能过度分布到肝脏等非治疗性器官，影响治疗效果并引发毒性反应。因此，开发具有精准组织/细胞特异性、高效递送和低免疫原性的工程化AAV capsid成为近年来的研究热点。

#### 2. 研究方法与技术突破
本研究创新性地采用自然语言处理（NLP）和大型语言模型（LLM）结合的技术路径，系统梳理了AAV工程 capsid 在灵长类动物（NHP）中的研究进展。具体方法包括：
- **多维度文献筛选**：基于PubMed数据库，通过关键词组合（如“AAV capsid engineering”“neurotropic”“ocular tropism”“non-human primate”）和动态过滤机制，从5907篇初始文献中精准筛选出36篇符合以下条件的核心研究：
- 实验对象为NHP（恒河猴、食蟹猴等），因其生理结构与人类高度相似，是AAV疗法临床前转化的最佳模型；
- 明确报道 capsid 工程改造策略（如理性设计、定向进化、嵌合体构建）；
- 给药途径与靶向器官/细胞明确相关（如系统性给药、脑内直接注射、玻璃体注射等）。
- **LLM辅助验证**：利用内部开发的GPT-4O模型，通过递归推理（Recursion of Thought）和上下文澄清（Clarification Prompting）技术，对 capsid 工程改造的机制、免疫原性影响及物种差异进行逻辑验证，解决了传统人工筛选效率低、易遗漏关键信息的问题。

#### 3. 关键发现与分类
研究将工程化AAV capsid划分为三大类，并揭示其特性与临床潜力：

##### 3.1 系统性给药的神经靶向capsid
通过静脉注射（IV）实现CNS靶向的工程化 capsid 主要包括：
- **AAV.PHP.eB系列**：基于AAV9的改造，通过引入PHP.eB capsid结构域，在灵长类动物中实现大脑特异性表达，脱靶率降低50%以上。例如，AAV.PHP.eB在CBA品系恒河猴中，前额叶皮层神经元转导效率比野生型AAV9高4倍，同时肝脏转导量减少70%。
- **CAP-Mac系列**：针对灵长类动物 capsid 适配性优化，在新生恒河猴中表现出更强的血脑屏障穿透能力，且在不同年龄和物种间具有稳定的神经细胞特异性。
- **安全性与剂量平衡**：部分 capsid（如AAV.PHP.B）在剂量超过1×1013 vg/kg时出现肝毒性，提示需进一步优化剂量-效应关系模型。

##### 3.2 直接脑内注射的靶向策略
直接注射至CNS的 capsid 展现出独特的优势：
- **AAV2.Retro**：通过逆转录特性实现神经元逆向追踪，在 striatal（纹状体）注射后，可同时激活投射至纹状体的锥体神经元和星形胶质细胞，转导效率比传统AAV2高3倍。
- **Olig001**：融合AAV1与AAV2 capsid，在 striatal 注射后特异性转导小胶质细胞（>90%），为神经退行性疾病治疗提供新思路。
- **剂量优化**：直接注射所需的 capsid 剂量显著低于系统性给药（如AAV2.1A的ICV注射剂量仅需1.5×1011 vg/kg，而IV给药需达1×101? vg/kg）。

##### 3.3 眼部靶向的突破性进展
针对视网膜和玻璃体的工程 capsid 开展现状：
- **AAV.44.9（E531D）**：通过改造 capsid 表面蛋白，在SRI（眼下注射）后实现视网膜黄斑区 cones（视锥细胞）100%特异性转导，且无周边扩散，为黄斑变性治疗提供精准工具。
- **rAAV2tYF**：在IVT（玻璃体内注射）中表现出独特的“前房优先”特性，可同时递送药物至角膜内皮（Corneal Endothelium）和视网膜神经节细胞（RGCs），适用于双眼疾病联合治疗。
- ** capsid-载体整合策略**：如AAVPAL2系列通过引入 capsid-导向序列（如pHx-B），在系统性给药时优先靶向脑部和小脑，肝转导量降低至野生型的1/5。

#### 4. 技术挑战与解决方案
研究同时揭示了工程 capsid 开发中的关键挑战及应对策略：
- **免疫原性控制**： capsid 工程需兼顾免疫逃逸与转导效率。例如，AAVP2-V1通过表面氨基酸替换（如Y433F/Y444S/Y730F）显著降低中和抗体（nAbs）亲和力，在存在高滴度nAbs的受试者中仍能实现有效转导。
- **物种差异问题**：部分 capsid（如AAV.CAP-Mac）在食蟹猴中表现出高效神经转导，但在新生恒河猴中转导特异性下降，这可能与血脑屏障发育阶段相关。通过联合多物种（包括恒河猴、非洲绿猴、仓鼠）实验可提升预测模型的可靠性。
- **给药途径与组织渗透平衡**：IVT给药虽能实现视网膜广泛转导，但可能激活局部炎症反应；而SRI（皮下注射）虽更精准，但 capsid 的前房渗透性不足。新型 capsid（如AAV8BP2）通过融合 capsid 适配素（如肝素结合域）和细胞受体（如hGRK1），可在IVT和SRI中分别优化前房和视网膜下转导效率。

#### 5. 临床转化启示
研究为AAV疗法从实验室向临床转化提供了重要参考：
- **优先开发管线**：具有“双效性” capsid（如AAV.PAL2同时靶向脑和视网膜）可拓展为多适应症治疗平台，降低重复开发成本。
- **免疫原性管理方案**：
- ** capsid 优化**：通过计算生物学预测 capsid蛋白的MHC-I呈递表位，设计低免疫原性 capsid（如AAV2/8 hybrid）。
- **联合疗法**：在 capsid 工程中整合免疫沉默序列（如CD8 epitope敲除设计），以延长转导效果。
- **剂量-疗效模型优化**：基于NLP提取的剂量数据（如AAV.PHP.eB在Rhesus Macaque中的有效剂量范围1.5×1011–6.6×1011 vg/kg），可建立个体化给药模型，减少肝毒性风险。

#### 6. 未来研究方向
- **跨物种验证体系**：构建包含恒河猴、食蟹猴、非洲绿猴等多物种的 capsid 库，结合AI预测不同物种的受体表达水平。
- **多模态数据整合**：将NLP提取的文献数据与实验数据库（如NCBI GeneBank）对接，建立 capsid-疾病-物种三维关联模型。
- **临床前加速策略**：利用LLM模拟不同 capsid的体内代谢路径（如肝清除率、脑组织驻留时间），缩短从动物实验到临床试验的周期。

#### 7. 总结
本研究通过NLP+LLM技术，首次系统揭示了工程化AAV capsid在灵长类动物中的生物学行为规律，明确了以下核心结论：
1. ** capsid改造与组织特异性**：表面蛋白工程（如AAV.44.9的E531D突变）可使 capsid特异性识别细胞表面受体（如hGRK1），实现亚细胞层级靶向。
2. **给药途径协同效应**：系统性给药需 capsid具备肝低亲和力特性（如AAVPAL2），而直接注射则依赖 capsid的受体-导向域（ROD）优化。
3. **免疫逃逸新策略**：通过 capsid-受体互作位点的理性设计（如AAV2/8 hybrid的 capsid融合技术），可同时降低抗体中和能力和免疫激活风险。

该研究为AAV疗法提供了从基础研究到临床转化的标准化技术路径，未来结合单细胞测序和AI预测模型，有望实现 capsid的“精准定制”，最终解决眼科和神经退行性疾病治疗的重大临床需求。