項鵬/夏凱團隊通過AAVDJ基因治療恢復LCF小鼠的自然生育能力并改善身體功能
文章標題：AAV-mediated gene therapy restores natural fertility and improves physical function in the Lhcgr-deficient mouse model of Leydig cell failure
發表期刊：CELL PROLIFERATION
合作客戶：中山大學項鵬/夏凱研究團隊
AAVDJ轉染睪丸細胞的效率最高
研究背景
睪丸間質細胞（Leydig cells，LC）負責男性95%以上的睪酮合成和分泌，對男性表型、內分泌穩態和生殖功能的發展和維持必不可少。然而，與睪酮合成相關的關鍵基因的有害突變會導致睪酮水平降低，最終導致睪丸間質功能衰竭（LCF）。以往的研究表明AAV8介導的基因治療在Lhcgr缺陷小鼠模型中顯示出對LCF的治療潛力，然而，基因治療的小鼠仍然不能自然生育后代，表明經AAV8治療小鼠的睪酮和精子發生適度恢復仍然不足以支持自然生育能力。本研究對AAV血清型進行了廣泛篩選，以確定對LC細胞祖細胞靶向效率更強的載體，并評估了AAV介導的基因治療對LCF小鼠睪酮水平、性發育和精子發生的影響。
研究方法與結果
1、AAVDJ-Lhcgr有效靶向LC祖細胞，并促進Lhcgr-/-小鼠生殖器官發育
將11種不同衣殼的AAVs（AAV1、2、5、6、7、7m8、8、9、rh10、anc80和DJ），以不同劑量注射到小鼠睪丸間質中，熒光觀察發現AAVDJ驅動睪丸內最有效的基因表達，與AAV8相比，AAVDJ在Leydig細胞祖細胞中表現出更高的感染效率；并且經AAVDJ-Lhcgr治療后，Lhcgr-/-小鼠睪丸中Lhcgr的表達水平和血清睪酮濃度明顯增加，LCs功能也得到顯著恢復。進一步評估發現AAVDJ-Lhcgr治療顯著改善了Lhcgr-/-小鼠的生殖器官參數，有效重啟了小鼠生殖器官的發育。隨后研究團隊確定了AAVDJ-Lhcgr療法是否可以挽救Lhcgr-/-小鼠的精子發生，組織學分析發現AAVDJ治療組（8x109 gc/睪丸）的睪丸曲精管直徑擴大，精子發生明顯，且睪丸中存在成熟精子，精子數量和活力顯著增加。
AAVDJ-Lhcgr重啟Lhcgr-/-小鼠的性發育并挽救精子發生
2、AAVDJ-Lhcgr恢復Lhcgr-/-小鼠生育能力使其產生可生育后代
為了評估基因治療后Lhcgr-/-小鼠的生育能力，在AAVDJ-Lhcgr（8x109 gc/睪丸）治療后4周，將雄性Lhcgr-/-小鼠與Lhcgr+/+雌性小鼠共同飼養進行繁殖，6周后，有2只Lhcgr+/+雌性小鼠分別產下5窩和7窩后代，基因分型分析證實，檢測的五只代表性幼崽均為雜合子。進一步的PCR證實AAVDJ不整合到生殖細胞的基因組中。隨后，研究團隊對通過AAVDJ-Lhcgr基因治療產生的F1是否能產生F2進行了驗證，將F1中的五只成年雄性和五只雌性與相應的Lhcgr+/+小鼠交配，結果表明所有F1小鼠都能夠通過自然交配產生F2，并且表現出與Lhcgr+/+小鼠相當的正常生育能力。上述結果證明AAVDJ-Lhcgr治療的Lhcgr-/-小鼠通過自然交配能夠產生可生育的后代。
AAVDJ-Lhcgr恢復Lhcgr-/-雄性小鼠的生育能力并產生可生育后代
3、AAVDJ-Lhcgr改善Lhcgr-/-小鼠的脂肪和肌肉功能并促進骨形成
先前的研究表明睪酮水平低與體脂增加、肌肉質量減少和肌肉功能受損等身體不良影響有關，因此研究人員檢測了AAVDJ-Lhcgr治療對Lhcgr-/-小鼠這些參數的影響。組織學分析顯示，與PBS治療的小鼠相比，AAVDJ-Lhcgr治療的Lhcgr-/-小鼠的附睪脂肪體重比顯著降低，附睪脂肪細胞體積較小；脛骨前肌重量及橫截面肌纖維面積明顯增加。握力測試發現AAVDJ-Lhcgr治療組小鼠表現出比PBS治療組小鼠更大的握力，并且懸掛時間增加，表明基因治療后小鼠肌肉耐力增強；跑步機測試顯示，AAVDJ-Lhcgr組小鼠的運動能力顯著提高。這些發現證明了AAVDJ-Lhcgr治療對Lhcgr-/-小鼠體脂減少、肌肉質量增強和肌肉功能改善的有益作用。進一步研究表明基于AAVDJ的基因治療有望通過抑制骨髓脂肪積聚和促進Lhcgr-/-小鼠的骨形成來保護骨骼穩態。
AAVDJ-Lhcgr改善Lhcgr-/-小鼠的脂肪和肌肉功能并促進骨形成
結論
本研究證明了AAVDJ介導的基因治療作為一種有前景的LCF治療方法的有效性和安全性。即使在相對較低的劑量下，AAVDJ基因治療也能顯著提高Lhcgr-/-小鼠的血清睪酮水平，顯著改善性發育，并部分促進精子發生。重要的是，AAVDJ介導的基因治療使Lhcgr-/-小鼠能夠通過自然交配恢復生育能力，從而產生可育后代。此外，這種治療方法有效地改善了Lhcgr-/-小鼠的脂肪、肌肉和骨骼功能。這些發現為靶向遺傳性LCF或其他生殖疾病的基因療法的潛在臨床應用提供了有力證據。
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