外泌体递送mRNA，可实现对艾滋病病毒的稳定抑制

2021年9月20日，贝克曼研究所基因治疗中心的研究团队在Nature子刊Nature Communications上发表了题为“Exosome-mediated stable epigenetic repression of HIV-1”的研究论文。
 

该研究开发出了一种靶向HIV-1启动子的锌指蛋白(ZFP-362)，该蛋白与DNA甲基转移酶3A的活性结构域融合，以诱导长期稳定的HIV-1表观遗传抑制。通过外泌体递送这种抑制性蛋白的mRNA，能够在体内抑制小鼠骨髓、脾脏和大脑中的HIV水平，并阻止其复制。这项研究为外泌体介导的治疗性药物系统递送平台以表观遗传方式抑制HIV-1感染铺平了道路。

为了实现对HIV-1的稳定转录抑制，研究团队开发了一种表达重组融合蛋白ZFP 362b-DNMT3A(ZD3A)的载体，它可以借助嵌入的核定位信号(NLS)定位到细胞核。该ZFP能够与HIV-1的LTR启动子内的NF-kB双联结合位点结合，并与DNA甲基转移酶3结构域(3A)融合以生成(ZD3A)。长期感染HIV-1的Jurkat细胞(CHI-Ju)在转染了ZD3A后HIV-1转录物表达显著降低，并且一直被稳定抑制。
 

接下来，研究团队构建了几个具有各种阻遏结构域的ZFP362融合构建体，包括与PWWP、ADD和甲基转移酶的活性域融合成为的ZPAMt，以及与KRAB和甲基转移酶结构域融合的ZKMt。ZPAMt和ZKMt有效地抑制了病毒表达。

图1 ZFP 362b-DNMT3A有效抑制 HIV-1 表达

为了确定观察到的沉默所涉及的作用机制，研究团队用ZPAMt和ZKMt转染细胞并行免疫沉淀，证实了ZFP-362与HIV-1启动子的结合。在转染的CHI-Ju细胞中，研究团队观察到Gag RNA的有效抑制，并通过甲基DNA免疫沉淀测定法检测到相对于对照HIV-1 LTR区域CpG甲基化的靶向富集。这些数据证实观察到的抑制是ZPAMt和ZKMt将DNA甲基化定向到HIV-1 LTR的结果。

图2 ZPAMt和ZKMt占据并甲基化HIV-1 LTR启动子并以难以激活的长期方式抑制病毒表达

最后，为了确定ZPAMt的抗病毒功效，研究团队将HIV-1感染的外周血单个核细胞(PBMC)植入到人源化免疫缺陷小鼠，然后对其进行两周的cART治疗以及ZPAMt注射。结果显示，ZPAMt 显著稳定抑制了HIV-1表达，机制在于5'LTR的显著甲基化。最重要的是，ZPAMt没有产生任何长期毒性。

图3 外泌体包装的 ZPAMt 在体内抑制病毒表达

综上所述，这项工作证明了通过外泌体递送重组ZPAMt可以靶向HIV-1，使之表观遗传沉默，并在病毒感染的细胞中诱导抑制表型。该递送系统为未来开发抑制HIV的疗法铺平了道路。

参考文献

[1] Shrivastava S, Ray RM, Holguin L, Echavarria L, Grepo N, Scott TA, Burnett J, Morris KV. Exosome-mediated stable epigenetic repression of HIV-1. Nat Commun. 2021 Sep 20;12(1):5541.