AAV靶向内耳的启动子选择

耳聋是一种常见的感官缺陷疾病之一,位居我国各类残疾之首,其中60%以上的耳聋由遗传因素引起,遗传性耳聋在新生儿中发生率约为1/500。目前临床上对于遗传性耳聋的治疗,主要是通过植入人工耳蜗、佩戴助听器以及化学药物治疗,但这些都不能从根本上治疗耳聋。近年来,基因治疗药物为常规方法无法治疗的疾病提供了希望,截止2024年9月,全球获批上市的基因治疗药物共54款(不含DNA和mRNA疫苗),以病毒为载体的基因疗法就有16款。AAV载体凭借其高安全性,低免疫原性等优势,可以安全地转导中枢神经系统和感官系统,并在多种疾病的基因治疗中显示出巨大潜力,这为遗传性耳聋的治愈带来了新的希望。目前,已有多项研究表明,使用AAV作为基因治疗载体可以部分或完全恢复遗传性耳聋小鼠模型的听力。

耳朵结构

耳朵分为外耳、中耳和内耳三部分,其中外耳和中耳传导声波,内耳是听觉和位觉感受器。在结构上,外耳包括耳廓和外耳道,中耳由鼓膜、鼓室及听骨链组成,内耳位于颞骨岩部内,包括半规管、前庭和耳蜗(cochlea)。值得注意的是,大多数引起耳聋的基因主要在耳蜗内的细胞中表达,因此,AAV介导的针对听力损失的基因疗法一般都集中于靶向耳蜗结构。

哺乳动物的耳蜗内含有两种类型的毛细胞(Hair Cells, HCs):内毛细胞(IHCs)和外毛细胞(OHCs),这两种毛细胞对听觉信号的检测和处理至关重要,成熟的哺乳动物毛细胞不能再生,因此这些细胞一旦发生损伤,其退化过程往往是不可逆的。支持细胞(Supporting cells, SCs)围绕在毛细胞外周,对耳蜗内稳态十分重要,引起先天性耳聋的GJB2基因即在支持细胞中表达。螺旋神经节神经元(Spiral Ganglion Neurons, SGNs)是听觉系统的一级神经元,在听觉传导过程中起重要作用。

此外,由毛细胞、支持细胞及其它附属结构构成了Corti器(柯蒂氏器),Corti器周围是充满外淋巴管的前庭阶(Scala vestibuli)、鼓阶(Scala tympani)以及充满内淋巴管的蜗管(Scala media)。

AAV靶向内耳的启动子选择

· 组成型启动子

CMV和CBA已被证明可驱动耳蜗毛细胞、支持细胞等多种细胞类型中的转基因表达,Pgk1(磷酸甘油酸激酶1)启动子则可驱动外源基因在支持细胞中表达。

图2. CMV、CBA和Pgk1启动子驱动外源基因在离体培养小鼠耳蜗细胞中的表达


· 特异性启动子

Syn1(突触素1)启动子可驱动外源基因在耳蜗螺旋神经节神经元中的有效转导,Myo7a(人肌球蛋白ⅦA)、Pou4f3(POU结构域第4类转录因子3)和Slc26a5(溶质载剂家族26成员5)是转导毛细胞的可选启动子,使用时应考虑AAV的包装容量。

图3. Syn1启动子驱动外源基因在离体培养小鼠耳蜗耳蜗螺旋神经节神经元中的表达
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