生命科学学院苏晓东研究组与合作者揭示AAV与新型受体（AAVR2）结合的分子机制
腺相关病毒（AAV）作为基因治疗的载体已被许多国家批准用于治疗多种遗传疾病，包括视网膜色素变性、脊髓性肌萎缩症、杜氏肌营养不良和血友病，并在临床上取得了很显著的疗效。这些成功案例是建立在AAV能够在人类的多种组织中实现安全且高效转导的基础上，也使得AAV成为目前最为广泛地应用于临床的人类病毒载体。
根据病毒衣壳蛋白的氨基酸序列和三维结构，AAV被划分为六个主要谱系（Clade A–F）。不同血清型展示出独特的细胞/组织嗜性，因此，不同类型的AAV可用于靶向多种不同组织和疾病类型。其组织选择性主要由衣壳与宿主蛋白（尤其是细胞受体）的相互作用所决定。 其中，多血清型AAV受体AAVR（KIAA0319L）被证明是大多数AAV天然或人工血清型转导所必需的关键受体[1]。不过，越来越多的研究指出，AAV的组织特异性可能涉及其他受体或辅助因子，并且部分AAV血清型的转导可能完全不依赖于AAVR[2,3]。
2025年7月14日，北京大学生命科学学院、生物医学前沿创新中心的苏晓东团队与澳洲悉尼大学的John Rasko团队合作，在《细胞》（Cell）杂志上合作发表了题为《AAV病毒的新型受体》（“An alternate receptor for adeno-associated viruses”）的文章，报道了一种此前未知的AAV受体——羧肽酶D（Carboxypeptidase D, CPD），并将其命名为AAVR2。
图1. 2025年7月14日上线的《细胞》文章《AAV病毒的新型受体》（“An alternate receptor for adeno-associated viruses” ）揭示了羧肽酶D（Carboxypeptidase D, CPD）可以作为Clade E和G家族AAV的高亲和性新型受体，且将其命名为AAVR2
悉尼研究团队首先设计了一个全基因组CRISPR/SAM转录激活文库，在AAVR敲除的细胞系中导入文库，随后用AAV8-EGFP进行转导，通过流式细胞术富集感染率高的细胞，随后进行NGS测序分析，成功筛选出CPD基因。后续的验证细胞实验进一步表明，AAVR2能够介导Clade E血清型AAV（包括AAV8、AAVrh10、AAVhu37）及自然来源的AAV11与AAV12的转导，且该过程不依赖传统的AAVR受体。
为了理解AAVR2的结构与功能，北大的合作研究者们在HEK293细胞中过表达并纯化了AAVR2蛋白的胞外域全长以及各种结构域片段，通过酶联免疫吸附实验（ELISA）和表面等离子共振（SPR）证实， AAVR2可以与AAV8衣壳直接相互作用，并证明相互作用主要是由AAVR2的第一个结构域CP1介导。 实验进一步表明AAV8与AAVR2之间的亲和力很强，能达到KD="73.8" nM。
接着，北大的研究者们利用冷冻电镜（Cryo-EM）解析了AAV8和CP1结构域的高分辨率复合物结构。 结果显示，CP1结合于AAV8衣壳的二次对称轴区域，周围由多个可变环结构（VR-loops）环绕。在这些VR-loops中，VR-VIII loop发挥关键作用，结构显示这一段与CP1直接相互作用，并且将AAV8的VR-VIII loop嫁接到AAV2的衣壳蛋白，可使原本不能通过AAVR2感染的AAV2获得AAVR2依赖的转导能力，直接证明了该段区域在受体特异性中的功能决定作用。
图2. AAVR2（CPD）的第一个结构域CP1结合于AAV8衣壳的二次对称轴区域，与以前发现的AAVR与AAV的结合方式完全不同。 除了展示AAVR2与AAV8相互作用的细节外（2C），此图还比较了AAVR与AAVR2结合AAV的不同之处（2D）
总体而言，本研究鉴定了一条新的AAV转导途径，该通路可以不依赖AAVR，具体情况取决于AAV血清型。这些发现强调了深入理解AAV细胞进入机制分子决定因素的重要性，并展示了通过受体调控来优化AAV基因转导策略的潜力。
悉尼大学John E.J Rasko教授、Charles G Bailey博士以及苏晓东为本文的共同通讯作者，悉尼大学的博士后Bijay P Dhungel和北京大学博士后徐华是本文的共同第一作者。北京大学生命科学学院冷冻电镜平台王国鹏老师对本研究作出了重要贡献。
参考文献：
1. Pillay, S., Meyer, N.L., Puschnik, A.S., Davulcu, O., Diep, J., Ishikawa, Y., Jae, L.T., Wosen, J.E., Nagamine, C.M., Chapman, M.S., and Carette, J.E. (2016). An essential receptor for adeno-associated virus infection. Nature 530, 108—112. 10.1038/nature16465.
2. Havlik, L.P., Das, A., Mietzsch, M., Oh, D.K., Ark, J., McKenna, R., Agbandje-McKenna, M., and Asokan, A. (2021). Receptor Switching in Newly Evolved Adeno- associated Viruses. J Virol 95, e0058721. 10.1128/JVI.00587-21.
3. Dudek, A.M., Pillay, S., Puschnik, A.S., Nagamine, C.M., Cheng, F., Qiu, J., Carette, J.E., and Vandenberghe, L.H. (2018). An Alternate Route for Adeno-associated Virus (AAV) Entry Independent of AAV Receptor. J Virol 92, e02213-02217. 10.1128/JVI.02213-17.
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