腺相关病毒(AAV,Adeno-associated virus)
AAV 属于细小病毒,无包膜,单链 DNA,不整合宿主基因组(极低概率随机整合)
包装容量:上限约 4.7 kb,是最大短板,长片段很难塞进去。
表达特点:表达启动偏慢,一般 7–14 天起表达;在非分裂细胞(神经元、心肌、视网膜)可实现数月至长期稳定表达。
免疫原性:很低,动物体内使用炎症反应弱;不同血清型(AAV2、AAV9、AAV-DJ 等)具备组织靶向性,脑、肝脏、肌肉常用。
局限:装载容量小;分裂旺盛的细胞中,游离的病毒 DNA 会随细胞传代丢失,体外细胞实验不推荐。
适用:体内动物实验首选,神经科学、心肌、肝脏、视网膜等组织长期基因递送;临床前基因治疗研究。
腺病毒(Ad,Adenovirus)
无包膜双链 DNA 病毒,不整合基因组,以游离形式存在细胞核。
包装容量:最大可包装约 7.5 kb 外源片段,装载能力优于 AAV 和慢病毒。
表达特点:起效快,1–2 天即可高表达;瞬时表达,一般维持 2~3 周,细胞分裂后表达快速下降。
免疫原性:强,免疫健全小鼠体内容易触发免疫清除,不适合长期体内研究;但转导效率极高,很多难转染原代细胞也能高效感染。
局限:免疫反应强,体内长期实验受限;不能构建稳定细胞株。
适用:需要短期强表达的体外细胞实验;原代细胞过表达;疫苗开发;短期动物模型(急性实验);大片段基因递送。
慢病毒(LV,Lentivirus)
有包膜 RNA 病毒,逆转录后整合到宿主基因组,是核心特征。
包装容量:约 8–9 kb。
表达特点:感染后 2–4 天开始表达;基因组整合,细胞传代后持续稳定表达,可以构建稳定细胞株。
免疫原性:体外细胞实验免疫反应低;体内注射时扩散能力弱,体内长期实验不如 AAV。
风险:存在插入突变风险,随机整合,有激活原癌基因隐患;生物安全等级要求更高(大多实验室需要 BSL-2)。
适用:体外构建稳定细胞系(过表达、shRNA 敲低、CRISPR 敲除);干细胞、原代细胞体外改造;ex vivo 细胞改造(如 CAR-T 相关体外修饰);局部体内实验(脑区局部注射)。
关于三种病毒载体的选择,可以按下述 4 个问题快速决策:
1、实验是体外细胞还是体内动物?
体外稳转 → 慢病毒;体外短期高表达 → 腺病毒;体外分裂细胞不要优先 AAV
体内长期观察 → AAV;体内急性短期实验,大片段 → 腺病毒
2、目的基因 + 启动子 + 元件总长度多大?
超过 4.7 kb,直接排除 AAV;超过 7.5 kb,腺病毒也无法包装
3、你需要瞬时表达还是永久稳定表达?
永久稳定(细胞传代不掉)→ 慢病毒;只看 2 周内效果 → 腺病毒;动物数月观察 → AAV
4、动物模型免疫背景?
免疫健全小鼠,尽量避开腺病毒(容易被免疫清除,表达很快掉下去)