AAV介导的基因治疗通过NF-κB通路驱动肾脏类器官的肾毒性反应

基因治疗的安全性问题亟待解决！本研究利用肾脏类器官模型，揭示AAV病毒载体通过激活NF-κB通路引发肾小管损伤、纤维化和衰老的关键机制。研究人员发现IKK抑制剂可显著减轻AAV诱导的炎症反应和间质纤维化，为基因治疗的临床安全性评估提供了新型人源化平台。

基因治疗被誉为医学领域的革命性技术，但近期临床试验中频发的器官衰竭事件给这一领域蒙上阴影。尤其令人担忧的是，传统动物模型往往无法准确预测人体对基因治疗载体的毒性反应。在255项AAV（腺相关病毒）载体临床试验中，已报告11例患者死亡案例，凸显了开发人源化评估工具的紧迫性。

针对这一关键问题，哈佛医学院Mass General Brigham（美国）的Navin Gupta和Ryuji Morizane团队创新性地采用人类干细胞衍生的肾脏类器官模型，系统评估了AAV载体介导的CRISPR/Cas9基因编辑的肾毒性机制。这项发表在《Signal Transduction and Targeted Therapy》的研究发现，AAV2血清型可高效转导近端肾小管（LTL⁺细胞转导率达46.2%），但会触发显著的DNA损伤反应（γH2AX阳性）和NF-κB信号通路激活，导致上皮-间质转化（EMT）和胶原沉积。

研究团队运用三大关键技术：1）多能干细胞定向分化为三维肾脏类器官；2）空间转录组技术（STARmap）解析AAV处理的细胞特异性基因表达谱；3）IKK激酶抑制剂（bardoxolone）干预实验验证NF-κB通路的致病作用。实验采用H9胚胎干细胞和BJFF诱导多能干细胞来源的类器官，通过T7核酸内切酶检测和原位杂交评估DMD基因编辑效率。

【AAV2展现肾脏类器官转导优势】

活体荧光显微成像显示，AAV2对近端肾小管（LTL⁺）和远端肾小管（CDH1⁺）的转导效率显著高于AAV8/9（45-46% vs <15%）。双载体策略递送的saCas9/gRNA在HK-2永生化细胞中实现50%的DMD基因编辑，但在类器官中未检测到显著编辑，提示基因组可及性差异。

【空间转录组揭示毒性机制】

定制化STARmap探针（1486个靶基因）发现AAV处理组近端肾小管高表达纤维化标志物（COL5A1、VIM）、凋亡因子（CASP8）和NF-κB抑制蛋白（NFKBIA）。免疫组化证实损伤小管中RELA核转位，伴随炎症因子IL-1β/IL-6分泌增加3-5倍，揭示病毒脱壳触发的DNA损伤是毒性源头。

【IKK抑制挽救纤维化表型】

bardoxolone处理使胶原沉积减少60%，衰老标志物CDKN1A⁺细胞比例从69.2%降至33.4%，且不影响AAV转导效率。该发现为临床联合用药提供了理论依据，尤其适用于存在肾脏脱靶风险的全身性AAV给药方案。

这项研究开创性地建立了肾脏类器官在基因治疗安全性评估中的应用范式，揭示AAV载体通过VP3衣壳蛋白非依赖的NF-κB通路激活引发肾毒性的共性机制。尽管类器官缺乏血管网络和肾小球滤过功能，但其准确预测了近端肾小管这一药物毒性主要靶点的反应特征。研究不仅为降低基因治疗临床风险提供了新型预警指标（IL-1β/NFKBIA），还提示IKK抑制剂可作为AAV相关肾毒性的潜在解救药物。对于占儿童慢性肾病50%的600余种单基因肾病的基因治疗研发，该平台具有重要的转化价值。