幾種重組腺相關病毒亞型載體對小鼠睪丸細胞感染和外源基因表達的特性研究

余欣耐，王斌驛，劉 镕

武漢大學泰康醫學院（基礎醫學院）（武漢 430071）

重組腺相關病毒（recombinant adeno-associated virus，rAAV）載體在臨床基因治療中具有獨特優勢，如特定組織和細胞的感染偏好性、相對較低的免疫排斥反應、基因非整合性以及持久穩定的外源基因表達，這些使其成為臨床中最具有應用潛力的基因遞送工具[1-6]。rAAV 載體在單基因疾病治療（如血友病、遺傳性失明和肌肉萎縮癥等）的臨床試驗中取得了階段性的成果[7]，其臨床安全性和有效性相較于之前常用的其他類型病毒載體有顯著提高，目前已有多個基于rAAV 的基因治療藥物在國際上獲準使用。rAAV 的最大優勢在于亞型的多樣性，不同亞型在細胞類群的感染偏好上有所不同，從而可實現基因藥物向特定組織和細胞的靶向精準遞送，研究人員也在積極探索特異化rAAV 衣殼的設計篩選以及現有亞型的應用領域[8-10]。本研究針對rAAV1、rAAV2、rAAV2/8、rAAV6 幾種亞型對睪丸中不同細胞類型的感染特性進行評估，以期為臨床上基于睪丸細胞基因治療男性不育的決策提供參考依據。

1 資料與方法

1.1 實驗動物

SPF 級雄性C57BL/6JNifdc 小鼠（6～8 周齡，20 g±2 g）購自北京維通利華實驗動物技術有限公司湖北分公司。小鼠飼養于SPF 級動物房中（溫度：23 ℃±2 ℃，濕度：50%±5%，12 小時照明光暗循環）。

1.2 細胞株及其培養

HEK293T 細胞購自武漢普諾賽生命科技有限公司。細胞接種于含10%胎牛血清的DMEM 培養基中（每1 mL 培養基含青霉素和鏈霉素各100 U），置于37 ℃、5% CO2、飽和濕度培養箱中培養。

1.3 rAAV病毒包裝與提取

使用prAAV-CMV EGFP、pAAV1-RC、pAAV2-RC、pAAV2/8-RC、pAAV6-RC 和pHelper 質粒轉化E.coliDH5α 后進行克隆擴增，無內毒素化提取純化質粒、并檢測濃度。

按每15 cm 皿40 μL PEI（1 mg/mL）、120 μg質粒（prAAV-CMV EGFP、pAAV-RC 和pHelper質粒摩爾比為1 ∶ 1 ∶ 1）和1.5 mL DMEM 培養基混合15 min 配制轉染試劑，加入含25 mL DMEM培養基和長有70%～80%密度HEK293T 細胞的15 cm 皿中，4～6 小時后更換為含血清的常規培養基，72 小時后分別取培養基和細胞裂解液過濾，使用100 kDa 超濾管進行超濾濃縮，最后通過qPCR 的方法檢測病毒滴度。

1.4 病毒接種小鼠睪丸

實驗使用6～8 周齡雄性小鼠，在小鼠單側睪丸進行生精小管內注射或睪丸間質注射處理，另一側睪丸不進行處理作為對照組，每組實驗使用3 只鼠作重復。

戊巴比妥鈉麻醉小鼠后，使用玻璃針于睪丸與附睪連接處的輸出小管向睪丸內生精小管注射10 μL 病毒（生精小管內注射[11]）；或使用注射針于睪丸白膜扎出小孔，用玻璃針向間質注射5 μL 病毒（睪丸間質內注射[12]）；接種后縫合并正常飼養。

1.5 感染特性分析

接種病毒后第7 天使用頸椎脫臼法處死實驗小鼠，取睪丸組織進行冰凍切片[12]，10%山羊血清室溫封閉1 小時，一抗SOX9（Abclonal，A19710，1 ∶ 100）或CYP17A1（Proteintech，14447-1-AP，1 ∶ 100）4 ℃孵育過夜，二抗（1 ∶ 200）（CoraLite594-conjugated Goat Anti-Rabbit IgG（H+L），Proteintech，SA00013-4）室溫孵育1 小時，用含DAPI 封片劑封片，最后于熒光顯微鏡（Zeiss，Axio Imager）下觀察并拍照。

1.6 統計分析

在Microsoft Excel 2021 中使用線性回歸擬合方法得到病毒滴度檢測的標準曲線及其決定系數R2值。

2 結果

2.1 病毒滴度檢測

使用實時熒光定量PCR 進行病毒滴度檢測。首先，將已知濃度為1×1010molecule/μL 的標準pAAV-CMV EGFP 溶液進行梯度稀釋后用qPCR 測定得到的Ct 值，用以繪制標準曲線（圖1），將得到的滴度值計算標準方程用于計算各收獲的rAAV 病毒液的病毒濃度，最后均使用PBS 溶液稀釋至1.0×107molecule/μL 用于病毒接種。

圖1 qPCR方法檢測病毒濃度的標準曲線Figure 1.The standard curve for virus concentration calculation generated by using quantitative PCR method

2.2 幾種rAAV接種感染小鼠睪丸細胞的特性

分別用rAAV1、rAAV2、rAAV6、rAAV2/8 病毒進行小鼠生精小管內注射，注射劑量為每個睪丸接種1.0×108個病毒顆粒。在接種后第7 天用頸椎脫臼法處死小鼠，取睪丸進行冷凍切片并免疫熒光染色檢測。利用病毒載體攜帶外源Egfp報告基因的特點，通過檢測EGFP 熒光信號可表征病毒載體感染的細胞并證實其成功表達了外源蛋白，同時使用SOX9 抗體標記睪丸支持細胞，可觀察評估不同rAAV 載體對睪丸不同細胞類型的感染情況。如圖2 所示，rAAV1、rAAV2、rAAV6三種亞型均可感染支持細胞（SOX9 陽性，紅色信號）和生殖細胞（靠近生精小管腔面），對生精上皮的支持細胞和生殖細胞的感染能力未表現出明顯的偏好性；在rAAV2 感染組，SOX9 陽性支持細胞中的EGFP 綠色熒光信號比其他SOX9 陰性細胞更強，提示rAAV2 對支持細胞的感染能力相較于對生殖細胞更強，具有一定偏好性；在rAAV2/8 的感染組，EGFP 陽性信號與SOX9 陽性信號共定位，SOX9 陰性的細胞也呈現EGFP 陰性，說明rAAV2/8 經生精小管注射可特異性感染支持細胞，而不感染生殖細胞。

圖2 幾種重組AAV病毒載體對小鼠睪丸細胞的感染特性Figure 2.The infection characteristics of several rAAV subtypes on mouse testicular cells

2.3 rAAV2/8經不同接種方式接種睪丸的感染特性

鑒于rAAV2/8 在經生精小管接種感染時呈現出特異性感染支持細胞，本研究進一步將rAAV2/8 分別經生精小管和睪丸間質注射接種，接種病毒后第7 天處死小鼠取其睪丸進行冷凍切片和免疫熒光染色以觀察rAAV2/8感染睪丸細胞的特性。使用CYP17A1 抗體標記間質細胞，結果顯示，與經生精小管接種的感染結果不同，在經睪丸間質注射接種組，EGFP 陽性信號與間質細胞特異性標記CYP17A1 陽性信號共定位，而生精小管內為陰性，見圖3，說明rAAV2/8 不能穿越血睪屏障，當經生精小管內接種感染時特異性感染支持細胞，當經睪丸間質接種感染時特異性感染間質細胞。

圖3 rAAV2/8病毒不同接種方式對睪丸細胞的感染特性Figure 3.The infection characteristics of rAAV2/8 virus with different inoculation methods on testicular cells

3 討論

男性不育是目前亟待解決的一項重大健康問題，而遺傳缺陷是導致男性不育的重要原因之一[13]。近年來基因治療技術的快速發展，給男性不育患者帶來了一線曙光。目前主要應用于臨床治療的基因遞送病毒載體有兩種，即慢病毒和腺病毒載體，但其在臨床應用方面均存在不足[14]。腺病毒會引起炎癥反應，且其攜帶目的基因的表達能力逐漸喪失[15]；慢病毒遞送載體具有整合性，會將目的基因整合入宿主細胞的基因組[16]，因此，在男性不育的治療過程中由于基因組可遺傳而引起安全和倫理問題。

rAAV治療手段是目前興起的基因治療方式，具有廣泛的治療優勢和應用前景，在部分醫療領域臨床試驗中已經取得了一些成果[17]。例如，rAAV 治療為癌癥治療開辟了新途徑，盡管其在癌癥治療方面的應用仍處于早期階段，但研究人員已開始探索利用rAAV 載體遞送抗癌基因、免疫調節基因等治療癌癥的可行性[18]，這為癌癥患者帶來了新的希望。在不孕不育疾病的治療嘗試方面，已有學者在小鼠上通過AAV 回補基因，恢復了不孕小鼠的生育能力，并成功產生后代[19]。Watanabe 等評估了AAV1/9 在生精小管中的感染偏好性，發現AAV1/9 具有穿越血睪屏障并感染多種細胞類型的能力，但卻無法滿足臨床治療對于精準遞送的要求，即只感染某種特定細胞類型[20]。在另一項研究中，Xia 等使用AAV8 作為遞送載體對睪丸間質細胞衰竭的Lhcgr 缺陷小鼠進行了基因治療，使小鼠成功產生了可育后代，展現出AAV 進行基因回補治療生殖障礙疾病的可行性[12]。

為系統檢測其他幾種AAV 亞型對睪丸細胞的感染特性，本研究利用可獲得的幾種rAAV 亞型檢測發現，rAAV1、rAAV6 在經生精小管注射感染時未表現出明顯的感染細胞類型偏好性，生精小管內大部分細胞均可被感染并表達外源EGFP 綠色熒光蛋白，這與Watanabe 等[20]報道的rAAV1存在穿透血睪屏障的感染能力不一致。本研究發現rAAV1 經生精小管接種并不能穿透血睪屏障感染間質細胞；此外，rAAV2 雖然可同時感染生殖細胞和支持細胞，但是對支持細胞的感染能力更強；而新增檢測的rAAV2/8 則表現出明顯的感染支持細胞偏好性。本研究進一步利用經生精小管和經睪丸間質注射兩種感染方式研究了rAAV2/8 亞型在睪丸中的感染特征，結果發現，在經生精小管注射感染時，rAAV2/8 僅特異性地侵染支持細胞，幾乎不感染精原細胞、精母細胞、圓形精子等生殖細胞；而在經間質感染時，rAAV2/8 偏好性地感染間質細胞，對血管內皮細胞、基底細胞等其他細胞感染能力弱。以上說明rAAV2/8 無法穿越血睪屏障，可精準靶向支持細胞或間質細胞遞送目的基因，這使得rAAV2/8 載體有望作為靶向睪丸支持細胞或間質細胞的基因修復治療或基因編輯的工具，為男性不育等生殖系統疾病的治療提供參考工具。

本研究檢測出幾種rAAV 亞型對小鼠睪丸細胞的感染特性，但由于小鼠和高等動物（包括人）之間存在差異，本研究結論可能無法直接推及到人，未來有待進一步在靈長類動物乃至人的睪丸組織中測試。