将外源治疗基因转移到造血干/祖细胞(HSPC)对其进行遗传修饰是治疗疾病的一种有效策略。重组AAV载体（rAAV）和慢病毒载体(LV)在此策略中得到了广泛应用。鉴于安全性、外源基因产物及其产物免疫原性等问题，rAAV转导HSPC在某些方面具有独特的优势。（本文就此不一一阐述，公众号“基因治疗领域”后续会有专题文章作详细介绍。）rAAV载体已被越来越多的研究人员考虑用在基于HSPC的基因治疗上。早期，rAAV应用于血液细胞基因治疗的最大挑战之一是其转导效率过低，之后通过基因工程等手段改造rAAV载体（例如外壳一些磷酸化位点的突变，降低了rAAV的胞内泛素化蛋白酶体降解。）提高了rAAV转导血液细胞的能力，此外，可通过联合一些化合物来进一步提高rAAV转导HSPCs的效率。目前，已有多种可显著提高rAAV转导效率的化合物被成功筛选出来。然而其中很多化合物促进rAAV转导HSPCs的分子机制还未知。蛋白酶体抑制剂(PIs)在体内外被广泛用于提高多种血清型rAAV载体介导的转基因表达，PIs被认为有抑制rAAV衣壳泛素化降解的能力。最初研究人员认为蛋白酶体降解也许是导致rAAV6转导HSPCs效率低的，但研究结果显示蛋白酶体抑制剂MG132不能提高rAAV对造血细胞的转导效率，见图1所示。图1. MG132提高了rAAV对293细胞的转导率，未提高对造血细胞K562的转导率
此外，研究人员研究了多种蛋白酶体和蛋白酶抑制剂（具体见图2），结果显示这些蛋白酶体和蛋白酶抑制剂不能提高rAAV6转导造血细胞的效率。上述数据表明蛋白酶体/蛋白酶降解途径可能在rAAV6介导的造血细胞转基因表达中不起重要作用。图2. 多种蛋白酶体和蛋白酶抑制剂不能明显提高rAAV6转导造血细胞的效率（Bor: Bortezomib, Car: Carfilzomib）近些年，研究人员陆续报道了一些可提高rAAV转导效率的中药提取化合物。研究人员对这些中药中提取的化合物进行筛选，发现紫草素提高rAAV6转导造血细胞的效率最明显（见图3）。（紫草素，外文名称为Shikonin，系由天然植物宗阜根中所提取的紫红色茶醌类天然色素，主要成分是紫草醌及其衔生物。）图3. 中药提取的不同化合物对rAAV6转导效率的影响（Api: Apigenin, Bu: Bufalin, Cel: Celastrol, Chr: Chrysin, Cur: Curcumin, Lut: Luteolin, Pri: Pristimerin, SAB: Salvianolic acid B, Shi: Shikonin）进一步研究发现，紫草素对其它rAAV转导HPSC也有促进作用，如图4所示，在此实验条件下，可促进rAAV1、rAAV3， rAAV5，rAAV6，rAAV7，rAAV8，rAAV9和rAAV10对K562细胞的转导，但对rAAV2与rAAV4转导率无促进作用。鉴于之前有报道称，紫草素可诱导细胞产生ROS（活性氧），研究人员研究发现，紫草素可诱导造血细胞产生ROS，推测紫草素也许是ROS途径促进rAAV6的转导。通过设置ROS清除剂NAC不同剂量组与对照组，研究结果支持了研究人员的上述推测，具体结果见图5。图5. 紫草素在K562细胞中通过ROS途径促进rAAV6转导率此外，研究人员通过实验探索是否还有额外的机制参与紫草素促rAAV6转导造血细胞，结果表明紫草素对rAAV入胞效率、细胞基因组双链断裂率及rAAV入核等过程无影响（见图6）。虽然数据显示紫草素抑制了蛋白酶体活性，但是前期实验表明多种蛋白酶抑制剂对rAAV6促转导HSPCs无效或效果不明显，因此推测紫草素促rAAV6转导HSPCs与蛋白酶体活性无关。图6. 其它途径不是促进rAAV6转导造血细胞的因素
参考资料：
1. Zhong, Chen, et al. "Mechanism for enhanced transduction of hematopoietic cells by recombinant adeno‐associated virus serotype 6 vectors." The FASEB Journal,2020.
2. 蒋英丽，宋今丹. 新疆紫草素诱导人大肠癌细胞的凋亡．《 癌症 》， 2001