AAV精准靶向脂肪组织：血清型、启动子、注射用量全总结
AAV（腺相关病毒）因其免疫原性低、安全性高、宿主范围广、组织特异性、长期稳定表达等特点，已被广泛的应用在动物水平的基因表达、基因操作和基因治疗。前面我们从血清型选择、启动子使用和注射方式等多个关键因素，介绍了AAV在胰腺组织、肾脏组织的靶向策略。
“组织特异性技术干货系列”持续更新，本期将聚焦AAV在脂肪组织的靶向策略，希望对大家研究有所帮助。
脂肪组织传统上分为两类，即白色脂肪组织（WAT）和棕色脂肪组织（BAT），它们具有不同的发育起源、形态和功能。
WAT由白色脂肪细胞组成，细胞质中有一个单眼脂滴，占脂肪组织的大部分。BAT由棕色脂肪细胞组成，细胞质中有多个小脂滴，线粒体中有丰富的解偶联蛋白1（UCP1）。脂肪组织由脂肪细胞和基质血管部分（或细胞）组成，基质血管部分包括前脂肪细胞、成纤维细胞、间充质干细胞（MSCs）、内皮细胞和平滑肌细胞、巨噬细胞和免疫细胞等。
图1. 脂肪组织细胞群构成模式图
AAV侵染脂肪常用血清型为：AAV8和AAV9
AAV 8型和9型特别擅长转导WAT和BAT诱导脂肪细胞发生功能性变化。这种方法为研究脂肪组织功能障碍的代谢和分子机制以及开发治疗肥胖和2型糖尿病的新疗法提供了宝贵的工具。静脉注射5x10^12 vg的AAV8或AAV9-CAG-GFP载体到正常小鼠，可以转染全身的WAT和BAT组织，但不同脂肪组织的转染效率有所差异。采用局部给药可以更有效地转染特定的脂肪组织。例如，直接注射到棕色脂肪组织(iBAT)中可以高效转染棕色脂肪细胞。
图2. 不同血清型对脂肪组织的侵染效率[1]
mAP2.2（2.2-kb fragment of murine adiponectin promoter）脂肪特异性启动子
Kreuz and colleagues[2]发现，通过使用2.2kb的小鼠脂联素启动子片段（mAP2.2），AAV8-mAP2.2-EGFP转导皮下和内脏脂肪库，显著限制了脱靶转导。当在成年雄性C57BL/6小鼠中测试，注射AAV8-mAP2.2-mediated perilipin A 后，皮下和内脏脂肪库中mediated perilipin A强烈表达，代谢参数（无血清脂肪酸、血糖和呼吸交换率）发生显著变化。
图3. mAP2.2可以在脂肪组织特异性表达，避免在肝脏中泄露[2]
adiponectin成熟脂肪细胞特异性启动子
Gencer Sancar等人[3]使用adiponectin成熟脂肪细胞特异性启动子来实现目标蛋白(如perilipin-GFP和HSL-mCherry)在成熟脂肪细胞3T3-L1中的特异性表达。免疫印迹验证，证明了adiponectin启动子可以在脂肪组织中特异性表达，而在肝脏、肾脏等部位没有表达。
图4. 免疫印迹验证adiponectin启动子在非靶向器的特异性[3]
UCP1棕色脂肪特异性启动子
解偶联蛋白1（UCP1）是线粒体产热基因，对于棕色脂肪组织中以热量形式的能量消耗至关重要，UCP1仅在棕色脂肪细胞分化期间表达，并且是治疗肥胖症的候选靶标[4]。Winifred等人[5]在Atg5Flox/Flox小鼠中注射AAV8-UCP1-iCre病毒，生成Atg5条件敲除小鼠模型，BAT特异性Atg5敲除小鼠在甲状腺功能亢进条件下体温较对照组低，这证实了自噬对T3诱导的热产生的重要性。
全身递送AAV可以使其广泛分布于更多的脂肪库，但这一方法需要比局部递送采用更高的剂量，可能会引发针对衣壳的更强烈免疫反应，并产生脱靶效应。相比之下，局部递送AAV有助于减轻脱靶效应，而且因为剂量较低，从而减少了循环中的病毒泄漏。尽管如此，对多个脂肪库注射不仅耗时且具有侵入性，而且对于内脏脂肪库来说更是难以实施。因此选择注射方式需要根据具体靶向的脂肪组织决定。
Rhiannon Bates[6]在综述中总结了许多AAV在脂肪相关疾病中的应用，其中包括了血清型，注射方式，注射量等关键信息（表1）。综述指出，全身递送方式主要是通过尾静脉给药和腹腔给药，注射病毒总量在1E+12 vg左右，而使用特异性启动子时病毒使用量更高。对于原位给药，病毒注射量在1E+10 vg~2E+11 vg之间，但大多数情况下需要手术来暴露脂肪组织。
表1. AAV在脂肪相关疾病中的应用[6]
参考文献
[1] Jimenez, V., et al., In vivo adeno-associated viral vector-mediated genetic engineering of white and brown adipose tissue in adult mice. Diabetes, 2013. 62(12): p. 4012-4022.
[2] Uhrig-Schmidt, S., et al., Gene Delivery to Adipose Tissue Using Transcriptionally Targeted rAAV8 Vectors. Plos One, 2014. 9(12): p. e116288.
[3] Sancar, G., et al., FGF1 and insulin control lipolysis by convergent pathways. Cell Metabolism, 2022. 34(1): p. 171-183.e6.
[4] Yuanbo, Z. and J.P. Uhler, Identification of a G-quadruplex forming sequence in the promoter of UCP1. Acta Biochimica et Biophysica Sinica, 2018(7): p. 7.
[5] Winifred, et al., Thyroid hormone (T3) stimulates brown adipose tissue activation via mitochondrial biogenesis and MTOR-mediated mitophagy. Autophagy, 2018.
[6] Bates, R., W. Huang and L. Cao, Adipose Tissue: An Emerging Target for Adeno-associated Viral Vectors. Molecular Therapy — Methods & Clinical Development, 2020. 19: p. 236-249.
