腺病毒 | 高效基因载体工具

腺病毒（adenovirus，Ad）最初由W. P. ROWE等人在人腺样体中分离得到并命名，这是一种直径为70-100nm、无包膜的双链DNA病毒。目前已知的人腺病毒血清型有50多种。其中基于人腺病毒5型（Ad5）改造的载体使用较为广泛，其特点是人为地删除了E1和E3基因，导致腺病毒失去复制能力和一定程度上降低免疫原性，使得Ad5成为一种广泛、安全、有效的基因运输载体。

 

  

根据重组腺病毒的特点，我们继续了解腺病毒在不同领域中的应用都有哪些

 

腺病毒除了用作基因治疗药物载体和疫苗载体以外，在基础生物医学研究上也受到科研工作者的青睐，可以搭载最高达8kb大小的目的基因。腺病毒基因组不会整合到宿主细胞中，可以直接进行翻译和转录，相比于RNA病毒起效更快。对于细胞实验在感染后36-48小时会出现表达高峰；对于动物实验则在3-4天即达到表达高峰，表达效果可维持1-3周左右。

 

  

我们再来看一下腺病毒是如何包装生产的？

目前，腺病毒的包装系统主要有两种：AdMax系统（图1）和AdEasy系统（图2）。与慢病毒和腺相关病毒不同，腺病毒的包装细胞使用的是293A细胞（可表达E1基因），使腺病毒能顺利完成复制扩增（图3）。大家可以根据自己的实验需求针对性选择，两种系统的具体特点比较见表1。

 

表1 腺病毒两种包装系统的对比

 

图1  AdMax系统包装原理示意图

图2  AdEasy系统包装原理示意图

 

图3 腺病毒包装过程示意图

 

  

那么有哪些腺病毒产品可供选择呢？

在此之前，我们先看看它是如何感染细胞的。首先，腺病毒衣壳主要由三种蛋白组成：六邻体蛋白、五邻体蛋白、纤突蛋白。每个五邻体蛋白上结合着一根纤突蛋白。在腺病毒感染细胞的过程中（图4），纤突蛋白先与细胞膜表面的嵌合抗原受体（CAR）结合，接着五邻体蛋白与细胞膜上的整合素αVβ相互作用，通过内吞作用将腺病毒转移到胞内。根据纤突蛋白的不同，汉恒生物不仅能提供常规的Ad5，还拥有自主研发的改良型腺病毒载体—Ads，它能高效感染悬浮细胞、专用于原代T细胞。

 

图4 腺病毒感染细胞过程

 

表2 腺病毒产品比较

 

总之，细胞实验和动物实验都可以用腺病毒，可见其在科研领域适用范围之广。汉恒生物的腺病毒产品成功助力许多生物医学研究人员发表相关文献，下面我们通过一些汉恒生物高校/科研平台客户使用案例来了解一下腺病毒产品的使用成果。

 

案例一

客户单位：上海交通大学医学院附属第九人民医院

文章标题：Histone demethylase JMJD3 downregulation protects against aberrant force-induced osteoarthritis through epigenetic control of NR4A1

期刊：International Journal of Oral Science

影响因子：24.897

研究领域：骨关节炎

主要应用：构建sh-JMJD3腺病毒和sh-NC腺病毒，以MOI为300感染小鼠原代软骨细胞。研究发现抑制JMJD3的表达可抵抗异常流体剪切力导致的软骨细胞损伤，减轻骨关节损伤，为关节疾病得到治疗提供了潜在治疗靶点。

Figure 3 腺病毒感染软骨细胞后下调JMJD3基因可抑制SNP诱导的细胞凋亡和FSS诱导的软骨细胞损伤。

 

Figure 4 在与异常力相关的软骨损伤中，JMJD3使NR4A1基因启动子区的H3K27me3去甲基化。

 

案例二

客户单位：空军军医大学国家口腔疾病临床医学研究中心

文章标题：Gold nanoparticles targeting the autophagy–lysosome system to combat the inflammation-compromised osteogenic potential of periodontal ligament stem cells: From mechanism to therapy

期刊：Biomaterials

影响因子：15.304

研究领域：牙周膜干细胞（PDLSCs）

主要应用：构建自噬双标腺病毒—mRFP-GFP-LC3腺病毒，检测炎症条件下的牙周膜干细胞（I-PDLSCs）成骨化障碍过程中自噬流的变化情况。研究表明，I-PDLSCs自噬-溶酶体系统被抑制，而金纳米颗粒（Au NP）能再激活自噬流，进而抵抗炎症对PDLSCs的成骨化抑制。

 

Figure 3 I-PDLSCs在成骨诱导早期自噬流降低

 

Figure 7 Au NP处理促进了I-PDLSCs的自噬和自噬流

 

案例三

客户单位：复旦大学附属眼耳鼻喉科医院

文章标题：lncRNA FR215775 Regulates Th2 Differentiation in Murine Allergic Rhinitis

期刊：Journal of Immunology Research

影响因子：4.493

研究领域：过敏性鼻炎（AR）

主要应用：构建lncRNA FR215775的干扰腺病毒载体（sh-FR215775-Ads）和对照腺病毒载体（sh-control），感染AR小鼠模型分离出的原代CD4+T细胞，以及通过尾静脉注射到AR小鼠体内。通过体内外实验表明，lncRNA FR215775可能通过促进CD4+T细胞增殖和分化参与AR，为找到AR发病机制提供了重要的见解和潜在的治疗靶点。

 

Figure 3 LncRNA FR215775基因敲除对Th2细胞功能和分化的影响

 

 案例四

客户单位：同济大学附属第十人民医院

文章标题：ETS-1 facilitates Th1 cell-mediated mucosal inflammation in inflammatory bowel diseases through upregulating CIRBP

期刊：Journal of Autoimmunity

影响因子：14.511

研究领域：炎症性肠病

主要应用：构建Ad-m-CIRBP-shRNA和Ad-NC，通过腹腔注射至Ets-1 Tg小鼠体内，每只小鼠的剂量为2×1010 PFU，2天后采用TNBS诱导结肠炎模型。研究结果表明，下调  CIRBP表达可抑制Th1细胞分化和TNF-α的产生，以减轻TNBS诱导 Est-1 Tg小鼠结肠

 

Figure S5D 敲低CIRBP可下调CD4+T细胞部分相关细胞因子的表达

 

References

1. Rowe W.P., Huebner R.J., Gilmore L.K., Parrott R.H., Ward T.G. Isolation of a cytopathogenic agent from human adenoids undergoing spontaneous degeneration in tissue culture. Proc. Soc. Exp. Biol. Med. 1953;84:570–573. doi: 10.3181/00379727-84-20714.

2. Kulanayake S, Tikoo SK. Adenovirus Core Proteins: Structure and Function. Viruses. 2021 Feb 28;13(3):388. doi: 10.3390/v13030388. 

3. Jin Y, Liu Z, Li Z, Li H, Zhu C, Li R, Zhou T, Fang B. Histone demethylase JMJD3 downregulation protects against aberrant force-induced osteoarthritis through epigenetic control of NR4A1. Int J Oral Sci. 2022 Jul 14;14(1):34.

4. Yin Y, Tian BM, Li X, Yu YC, Deng DK, Sun LJ, Qu HL, Wu RX, Xu XY, Sun HH, An Y, He XT, Chen FM. Gold nanoparticles targeting the autophagy-lysosome system to combat the inflammation-compromised osteogenic potential of periodontal ligament stem cells: From mechanism to therapy. Biomaterials. 2022 Sep;288:121743. 

5. Ma Y, Shi L, Zhao K, Zheng C. lncRNA FR215775 Regulates Th2 Differentiation in Murine Allergic Rhinitis. J Immunol Res. 2022 Jun 14;2022:7783481. 

6. He Q, Gao H, Chang YL, Wu X, Lin R, Li G, Lin J, Lu H, Chen H, Li Z, Cong Y, Yao J, Liu Z. ETS-1 facilitates Th1 cell-mediated mucosal inflammation in inflammatory bowel diseases through upregulating CIRBP. J Autoimmun. 2022 Aug 1;132:102872.