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基因疗法为许多疾病提供了治疗选择，但治疗性转基因表达的安全和长期控制仍然是临床应用所面临的主要问题。在本研究中，华东师范大学叶海峰教授等人在腺相关病毒（AAV）载体（AAVMUSE）中，开发了一种基于G蛋白偶联的小鼠嗅觉受体（MOR215-1）和合成cAMP响应启动子（PCRE）的麝香酮诱导的转基因系统。暴露于触发物后，肌肉酮可与MOR215-1结合并激活cAMP信号通路以启动转基因表达。AAVMUSE能够对小鼠肝脏或肺部的萤光素酶表达进行至少20周的远程、麝香酮剂量和暴露时间依赖性控制。此外，作者还将这种AAVMUSE应用于治疗两种慢性炎症性疾病：非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）和过敏性哮喘，表明仅注射一次AAVMUSE后再吸入麝香酮可以实现治疗蛋白（ΔhFGF21或ΔmIL-4）的长期可控表达。研究认为，该气味分子控制系统可以推进基于基因精确治疗。相关工作以“AAV-delivered muscone-induced transgene system for treating chronic diseases in mice via inhalation”为题发表在Nature Communications。
【文章要点】
利用挥发性和无痕迹的麝香酮作为气味分子触发剂，作者在此开发了一种麝香酮诱导的转基因系统（MUSE），并将其进一步包装到AAV载体（以下简称“AAVMUSE”）中，通过吸入实现治疗基因的可控表达。如图1所示，为了产生MUSE，作者组成性表达了麝香酮响应性小鼠嗅觉受体（MOR215-1）蛋白和受体转运蛋白1（RTP1S）（可促进MOR215-1输运到细胞表面膜）。当暴露于麝香酮时，麝香酮与G蛋白偶联受体MOR215-1结合，通过Gαolf介导的腺苷酸环化酶（AC）的激活，触发第二信使cAMP的细胞内激增。cAMP随后可以与蛋白激酶A（PKA）的调节亚基结合，而该催化性亚基可进一步转移到细胞核中，在细胞核中磷酸化cAMP反应性结合蛋白1（CREB1），最终CREB1与合成的cAMP反应启动子（PCRE）结合以启动转基因表达。研究显示，AAVMUSE系统能够在没有刺激的情况下，远程、肌肉酮剂量和暴露时间依赖性地诱导AAV递送的转基因表达。
图1 AAVMUSE系统设计及其应用于基因治疗的示意图
利用上述系统，作者展示了在单次AAV给药后20周内可诱导的重复转基因激活。研究还证明，使用嗜肝血清型AAV2/9的AAVMUSE-ΔhFGF21系统可以暂时调节治疗性蛋白（ΔhFGF21）的产生（图2），以治疗非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）模型小鼠，并证明了使用AAV血清型（AAV2/6和AAV2/lung）组合的MUSE迭代可以控制ΔmIL-4治疗性蛋白的产生以治疗过敏性哮喘模型小鼠。因此，该研究表明，AAVMUSE是控制基因疗法工具箱中的一个有价值的补充工具，可以提高治疗的安全性和有效性，并推进基因疗法在精准医学中的应用。
图2 AAVMUSE-ΔhFGF21介导的基因疗法
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-024-45383-z
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