病毒载体因其高效递送CRISPR组分的特性,成为基因治疗研究中的重要工具,特别是在转染较为困难的分化细胞中展现显著优势。不同类型的病毒能够实现有效的体内递送,但其生产过程复杂且成本高昂,限制了其广泛应用。与质粒相比,病毒载体的生产步骤更多:首先需将CRISPR组分克隆至转移载体中,然后再包装成病毒颗粒,这一劳动密集型的过程增加了规模化生产的难度。目前,主要的CRISPR递送载体包括慢病毒、腺相关病毒(AAV)和腺病毒,各自具有在转导效率、免疫原性和载体容量等方面的不同特点,需要根据实验目标选择合适的类型。
基于慢病毒的递送方式
慢病毒因其与电穿孔相当的基因递送效率,已成为CRISPR组分的热门递送工具,尤其适合于大规模CRISPR文库的筛选。其优势在于能够将转基因稳定整合至宿主基因组,实现长期表达,这在过表达实验中具有重要价值。然而,基因组的整合可能带来插入突变风险,从而限制了其在临床中的应用,目前主要用于基础研究及体外基因修饰,例如FDA已批准的CAR-T癌症疗法以及治疗β-地中海贫血症的Zynteglo。
需要注意的是,当使用慢病毒递送CRISPR时,Cas9的持续表达可能引起脱靶效应,然而可诱导表达系统或整合酶缺陷型慢病毒(IDLV)能够有效减轻这一问题——IDLV将基因组整合的发生率降低了约500倍。虽然其转导效率不及常规慢病毒,但在体外和体内神经元中的递送效率与常规载体相当,这为治疗中枢神经系统疾病提供了独特的潜力。
基于AAV的递送方式
AAV递送系统当前面临两大技术瓶颈:首先是载体容量限制(约42kb),远低于慢病毒载体的装载能力;其次是转导效率相对较低。针对容量问题,研究者提出了多种解决方案:采用小序列长度的SaCas9、双载体共递送策略(将Cas9与gRNA分别装载在不同载体中)和SpCas9分割表达技术,通过两个载体递送SpCas9片段在细胞内形成完整的功能蛋白。
值得关注的是,AAV系统的独特临床优势在于多样化的血清型选择,可以实现组织特异性靶向。结合衣壳定向进化技术(通过体外/体内筛选优化衣壳蛋白),能够进一步提高递送的精准度和治疗效果。虽然目前尚无基于AAV的CRISPR疗法获得FDA批准,但AAV平台已成功用于其它基因药物的应用,例如治疗脊髓性肌萎缩的Zolgensma®,其商业化应用为俄罗斯专享会294的CRISPR-AAV疗法的临床转化提供了重要参考。
基于腺病毒的递送方式
腺病毒的基因递送系统在安全性方面表现优越,其非整合特性经过多项临床试验验证,成为慢病毒的可行替代方案。与AAV和慢病毒载体相比,腺病毒的载体容量有显著优势,但其高免疫原性可能干扰基因编辑效果。目前,临床应用最广的Ad5血清型依赖CAR受体介导细胞转导,这限制了其在不同组织中的适用性。最新研发的Ad5/F35嵌合体成功突破了CAR受体的依赖性,而gutless腺病毒载体(仅保留必要的包装序列)不仅降低了免疫原性,还扩展了载体容量(可达33kb),非常适合表达较长或多个转基因。
在临床转化方面,腺病毒载体表现出多重突破:在遗传病领域,EBT-101作为首个静脉注射型CRISPR-HIV治疗载体,已启动I/IIa期临床试验;在肿瘤治疗方面,多项临床前研究证实了其在靶向实体瘤中的优势。
需要指出的是,虽然FDA已批准了首个腺病毒基因疗法,但基于CRISPR的腺病毒疗法仍处在临床实验阶段。