鼻内与静脉AAV9递送之比较：脑靶向效率与外周暴露的小鼠模型定量分析

《Gene Therapy》：Intranasal versus intravenous AAV delivery: A comparative analysis of brain-targeting efficiency and peripheral exposure in mice

本研究针对中枢神经系统（CNS）基因治疗中存在的递送方法侵入性强或系统暴露高的问题，开展了鼻内（IN）与静脉（IV）途径递送AAV9（腺相关病毒血清型9）的对比研究。结果表明，IN递送虽脑部转导效率约为IV的15%（基因水平）和9%（蛋白水平），但可将肝、肾等主要外周器官的AAV暴露降低高达1.34×104倍，并显著提升脑与外周组织的转导比值。该研究为开发非侵入性、高脑靶向性的AAV基因治疗策略提供了重要数据支撑。

　　

基因治疗为众多中枢神经系统（CNS）遗传性疾病带来了希望，但如何安全有效地将治疗基因递送至大脑却是一大难题。大脑受到血脑屏障（BBB）的严密保护，这层屏障在阻挡有害物质入侵的同时，也严重限制了大多数治疗药物（包括腺相关病毒AAV载体）的进入。目前，直接脑部注射（如鞘内或脑室内注射）虽能有效绕过血脑屏障，但其侵入性操作伴随着较高的健康与安全风险。而作为微创方法的静脉（IV）输注，尽管是脑部基因传递的标准途径，却会导致病毒载体在全身广泛分布，引发肝功能障碍、严重免疫反应等外周暴露相关毒副作用。因此，开发一种非侵入性、又能最大限度减少外周暴露的脑靶向递送策略，成为该领域迫切的需求。

鼻内（IN）给药作为一种非侵入性途径，因其给药便捷、可绕过血脑屏障直接向脑部递送药物而受到关注。此前研究已证明其可递送神经肽、蛋白质、纳米颗粒及小分子药物至脑部，但其在AAV介导的基因治疗中的脑部递送效率、生物分布特征，尤其是与静脉递送的定量对比，尚缺乏系统评估。在此背景下，研究人员在《Gene Therapy》上发表了这项研究，旨在定量比较AAV9经鼻内与静脉途径递送后，在小鼠脑部及外周器官的转导效率和分布差异。

为开展研究，研究人员主要采用了以下关键技术方法：使用AAV9-hSyn-EGFP（表达增强型绿色荧光蛋白的AAV9病毒）对瑞士、BALB/c和C57BL/6J三种品系小鼠进行IN或IV给药；四周后采集脑组织（分为嗅球、前中脑段B1/B2、小脑、脑干）及多种外周器官样本；通过微滴式数字PCR（ddPCR）定量各组织中的EGFP DNA拷贝数以评估病毒转导；通过酶联免疫吸附试验（ELISA）定量EGFP蛋白浓度以评估基因表达水平；并计算脑与外周组织的转导比值以评价脑靶向性。

IN AAV给药主要靶向嗅球

研究人员首先分析了IN给药后AAV在脑内的空间分布。结果显示，无论在哪种品系小鼠中，EGFP的DNA和蛋白水平均在嗅球中最高。

具体而言，嗅球中的EGFP DNA拷贝数比其他脑区高3.51至105.57倍，蛋白浓度高2.03至91.88倍。热图分析进一步显示，嗅球区域的DNA和蛋白比例占全脑总水平的一半以上（≥0.58），而小脑和脑干的比例极低（0.01-0.02）。这表明IN给药的AAV介导的基因递送主要靶向前脑和中脑区域，尤其是在嗅球有高度局部化分布，而对后脑区域的活性很低。

IN实现的脑部基因转移低于IV

接下来，研究将IN给药的脑部转导效率与IV递送进行直接比较。

除C57BL/6J小鼠嗅球的DNA水平达到IV给药的2.39倍外，IN给药在嗅球及其他脑区（B1, B2, 小脑, 脑干）的EGFP DNA和蛋白水平均低于IV给药。对全脑水平进行平均计算后发现，IN给药实现的EGFP DNA水平约为IV给药的15%，蛋白水平约为IV给药的9%。这表明，与IV递送相比，IN给药的脑部基因转导和表达效率较低。

IN与IV相比最大限度地减少了主要外周器官的系统性暴露

评估外周分布是本研究的关键一环。结果显示，两种给药途径的AAV分布模式截然不同。

IN给药后，AAV基因组主要积聚在鼻腔组织和肺部。而IV给药则在肝脏、肾脏和脾脏中检测到最高的DNA拷贝数。定量比较显示，与IV组相比，IN组小鼠的肝脏（降低10³-10⁴倍）、胃、肠道、肾脏和脾脏中的EGFP DNA水平显著降低。总体而言，IN给药将外周分布降低了高达1.34x10⁴倍（C57BL/6J小鼠的肝脏），显著减少了系统性暴露。

IN递送对大多数外周器官表现出高于IV的脑与外周转导比

尽管IN给药的脑部绝对转导效率较低，但其大幅降低的外周暴露为脑靶向基因递送带来了独特优势。研究人员计算了脑与外周组织的EGFP DNA比值。

结果显示，对于肝脏、胃、肾脏和脾脏，IN给药的脑/外周转导比显著高于IV给药。例如，脑/肝比值IN为52.94，而IV仅为1.01。相反，由于IN给药后鼻腔组织AAV积聚，IV给药的脑/鼻腔组织比值更高。对于心脏和肠道，IN也给出了更高的比值趋势。脑/肺比值在两组间相似。这些数据突显了两种给药途径的权衡：IV递送脑转导效率高，但系统暴露也高；IN递送脑转导效率较低，但能显著减少对主要外周器官的脱靶效应。

本研究首次定量评估了IN途径递送AAV9至脑部的整体转导效率，并与IV递送进行了直接对比。研究证实，IN给药能将AAV有效递送至脑部，并主要局限于嗅球及前中脑区域，实现了局部化靶向。虽然其全脑转导效率低于IV给药，但IN给药能极大限度地降低病毒在肝、肾、脾等重要外周器官的暴露，从而获得更优的脑靶向性（即更高的脑/外周转导比）。这种特性使其在需要最小化外周毒副作用的CNS基因治疗中具有重要应用潜力，特别是针对前脑区域相关疾病。未来研究可着眼于优化AAV载体（如衣壳工程、启动子选择）以及结合新型技术（如聚焦超声介导的鼻内递送FUSIN），以进一步提升IN给药的脑部递送效率。总之，该研究为开发非侵入性、高安全性、具有良好脑靶向性的AAV基因治疗递送策略提供了坚实的实验依据和新的方向。