肝脏是机体重要的代谢器官,承担着解毒、氧化、肝糖原储存以及蛋白质合成与分泌等多种生理功能。与此同时,肝脏还直接或间接参与多条关键代谢通路,与众多遗传性疾病及慢性肝病密切相关。
在各种肝脏疾病中,肝纤维化是慢性肝损伤向肝硬化甚至肝癌进展的重要病理过程。而肝星状细胞(Hepatic Stellate Cells,HSCs)则是推动肝纤维化发生发展的核心效应细胞。
正常情况下,HSCs处于静息状态,其胞质内富含维生素A脂滴。当肝脏受到持续损伤时,HSCs会逐渐活化,转分化为肌成纤维细胞样表型,并大量分泌胶原蛋白等细胞外基质成分,最终导致纤维化和瘢痕组织形成。因此,如何在体内精准靶向HSCs并实现特异性基因调控,已成为肝纤维化机制研究中的关键问题。
随着病毒载体技术的发展,借助病毒载体进行肝脏基因水平调控已成为研究热点。相较于腺病毒载体,重组腺相关病毒(rAAV)具有免疫原性低、长期稳定表达、血清型丰富、宿主范围广等优势,在肝脏疾病机制研究和基因治疗领域占据重要地位。
基于和元生物多年肝脏疾病研究项目服务经验以及大量客户案例总结,实现肝纤维化研究中HSC精准靶向通常需要综合考虑三个关键因素:血清型选择、启动子选择以及递送方式。
第一步:选择合适的AAV血清型
在肝星状细胞相关研究中,AAV8和AAV6是目前应用最广泛的两种血清型。
AAV8:肝脏递送领域的经典选择
AAV8是目前肝脏研究中应用最成熟的血清型之一。
研究表明,AAV8能够高效转导小鼠肝脏,通过静脉注射对肝脏的转导率可达到90%以上,同时具有较长的表达持续时间。因此,无论是在肝脏疾病机制研究还是基因治疗研究中,AAV8均被广泛采用。
根据和元生物多年肝脏项目服务经验,AAV8也是肝纤维化、MASLD及MASH相关研究中最常被选择的血清型之一。
AAV6:活化肝星状细胞的重要工具
除了AAV8之外,有研究发现AAV6对于活化状态的肝星状细胞具有趋向性,因此在肝纤维化研究中同样受到广泛关注。
发表于《Cell Stem Cell》的研究显示,无论采用静脉注射还是肝内注射,AAV6-EYFP均能够有效转导活化的肝星状细胞,证明AAV6具有良好的HSC靶向潜力。
这一发现使AAV6成为研究活化HSC功能的重要工具。
图1 静脉注射(左)和肝内注射(右)AAV6-EYFP有效转导活化的肝星状细胞
(Milad Rezvani, et al., Cell Stem Cell, 2016)
第二步:选择HSC特异性启动子
仅依靠血清型并不能完全实现细胞特异性表达,启动子的选择同样至关重要。
GFAP启动子
胶质纤维酸性蛋白(Glial Fibrillary Acidic Protein,GFAP)是肝星状细胞的重要标志物之一。
已有大量研究表明,GFAP启动子能够介导肝星状细胞特异性表达,因此成为目前HSC研究中应用最广泛的启动子之一。
结合和元生物服务案例来看,目前许多肝纤维化和MASH研究均采用AAV8-GFAP组合实现目标基因在HSC中的特异性表达或敲低。
α-SMA启动子
当肝脏发生损伤时,HSCs逐渐活化并表现出肌成纤维细胞特征,α-SMA表达明显升高。
因此,对于关注活化肝星状细胞的研究,也可利用α-SMA启动子实现活化HSC特异性基因调控。
第三步:选择合适的递送方式
肝脏拥有丰富的血液供应,因此既可以采用局部注射方式,也可以采用系统给药方式进行AAV递送。
根据和元生物肝脏靶向技术平台及项目经验,目前肝脏研究中最常见的递送方式主要包括直接注射和系统注射两大类。
其中,肝叶直接注射、门静脉注射等方式能够获得较高的局部转导效率,但操作相对复杂,对动物创伤较大。
相比之下,尾静脉注射操作简单、重复性好,因此成为目前应用最广泛的肝脏递送方式之一。
对于成年小鼠,肝脏研究中常见的AAV给药剂量通常为:
1–2×10¹¹ vg/只
对于需要更高转导效率的实验,也可根据研究目的调整递送方式和给药剂量。
AAV如何验证肝纤维化关键基因功能?
完成血清型、启动子和递送方案设计后,研究人员通常会利用AAV开展基因敲低或过表达实验,从而验证候选基因在肝纤维化中的作用。
案例一:HSC特异性敲低Mmp7缓解肝纤维化
代谢功能障碍相关性脂肪性肝炎(MASH)是全球肝脏相关疾病和死亡的重要原因之一。
近期,上海交通大学医学院附属第六人民医院科研团队发表于《Cell Metabolism》的研究发现,高糖饮食(尤其是果糖)可通过重塑肠道菌群代谢,促进内源性乙醛生成,进一步上调肝星状细胞中的MMP7表达,从而推动MASLD向MASH进展。
为了验证MMP7在HSC中的作用,研究人员利用和元生物构建的AAV8-GFAP载体,在肝星状细胞中特异性敲低Mmp7。
结果显示,抑制HSC来源的MMP7后,高脂高果糖饮食(HFHFD)诱导的肝纤维化得到显著缓解。
图2 抑制HSCs来源的MMP7显著减弱纤维化
(Yajun Tang, et al., Cell Metabolism, 2026)
案例二:HSC特异性敲低CK2α减轻肝纤维化
蛋白激酶CK2是一种促生存激酶,其在肝纤维化中的作用此前尚不明确。
温州医科大学研究团队发现,CK2α对于维持HSC活化和纤维化表型至关重要。
研究人员利用和元生物构建的AAV8-GFAP载体,在肝星状细胞中特异性敲低CK2α。
结果显示,该策略能够减少肝脏胶原沉积,并缓解CCl4诱导的小鼠肝纤维化。
图3 HSCs特异性敲低CK2α可减轻CCl4诱导的肝纤维化
(Junfu Fan, et al., British Journal of Pharmacology, 2022)
案例三:HSC中过表达Mfap2调控炎症与细胞外基质重塑
除了基因敲低之外,AAV同样可用于基因过表达研究。
首都医科大学北京友谊医院研究团队利用和元生物构建的AAV6,在活化肝星状细胞中过表达Mfap2,以探究其在肝纤维化中的作用。
研究结果显示,虽然Mfap2过表达并未改变肝纤维化的组织学进展,但能够抑制肝内炎症反应以及细胞外基质重塑过程。
图4 HSCs过表达Mfap2可抑制肝内炎症和细胞外基质重塑
(Wen Zhang, et al., Theranostics, 2025)
经验总结
结合公开发表文献、和元生物肝脏靶向技术平台数据以及大量客户项目经验,在肝纤维化研究中实现肝星状细胞精准靶向的经典策略通常为:
AAV8 + GFAP启动子 + 尾静脉注射
其中,AAV8负责高效肝脏递送,GFAP启动子实现HSC特异性表达,而尾静脉注射则兼具操作便捷性和良好的体内转导效果。
对于关注活化肝星状细胞的研究,则可进一步考虑:
AAV6 + GFAP启动子
目前,该类策略已被广泛应用于MMP7、CK2α、MFAP2等多个肝纤维化关键基因的体内功能验证研究。
对于MASLD、MASH及肝纤维化机制研究而言,选择合适的血清型、启动子和递送方案,是提高HSC靶向效率、获得可靠实验结果的重要基础。