受凋亡细胞机制启发的纳米平台,针对肺巨噬细胞-线粒体轴进行急性肺损伤治疗

时间:2025年11月18日
来源:Journal of Controlled Release

编辑推荐:

急性肺损伤(ALI)的炎症风暴和线粒体功能障碍通过巨噬细胞极化失衡引发,本研究开发凋亡小体仿生纳米平台CeCPT@PSL,其PS壳层靶向巨噬细胞并诱导M2极化,同时负载的CeCPT通过氧化还原调控修复线粒体功能,协同打破炎症-氧化-线粒体损伤的恶性循环,在ALI小鼠模型中显著改善肺功能。

广告
   X   

谭宝金|杨伟林|张光林|曾荣
济南大学化学与材料学院材料科学与工程系,中国广州510632

摘要

急性肺损伤(ALI)是一种由巨噬细胞极化失衡引发的危及生命的炎症综合征,会导致细胞因子风暴失控和肺泡-毛细血管屏障破裂。虽然针对巨噬细胞的免疫调节具有治疗潜力,但现有策略存在细胞靶向不精确和功能重编程不足的问题。为了解决这些问题,我们开发了一种吸入式的仿生凋亡小体纳米平台(CeCPT@PSL)。其含有磷脂酰丝氨酸的脂质体(PSL)外壳能够模拟凋亡小体的“吞噬我”信号,从而实现巨噬细胞的靶向和免疫调节。受凋亡小体调节细胞器功能的启发,封装的合成线粒体靶向纳米酶复合物(CeCPT)通过恢复氧化还原稳态来精确修复线粒体。这种双通路策略通过同时调节巨噬细胞功能和修复受损线粒体,实现了协同治疗,从而增强了巨噬细胞的极化能力。在小鼠ALI模型中,吸入的CeCPT@PSL通过靶向肺-巨噬细胞-线粒体轴,同时减轻了炎症级联反应,修复了线粒体损伤,并恢复了肺功能。这一生物启发的多功能平台建立了一种新的策略,其中人工纳米囊泡能够模拟细胞功能,以解决病理级联反应,为难治性炎症疾病提供了有前景的治疗途径。

引言

急性肺损伤(ALI)以肺部炎症、水肿和肺泡-毛细血管屏障破坏为特征,是一种发病率较高的严重呼吸系统疾病[[1], [2], [3]]。未经治疗的ALI可能会发展为急性呼吸窘迫综合征(ARDS),这是一种与高临床死亡率相关的疾病[4,5]。流行病学研究表明,ALI/ARDS的年发病率约为每10万人中有10例[6]。更严重的是,过去十年中ARDS的临床死亡率超过了30%,并且呈现上升趋势[7]。ALI的发病机制非常复杂,涉及多种因素,目前尚未完全阐明。然而,大量研究表明,促炎细胞因子的过度产生和炎症细胞在肺组织中的积聚是ALI发病的主要因素[[8], [9], [10]]。
巨噬细胞是肺部免疫稳态的核心调节者,其极化动态决定了急性肺损伤的进展[[11], [12], [13], [14]]。促炎型(M1)和促修复型(M2)巨噬细胞之间的平衡对于良好的疾病结果至关重要[15,16]。当持续的炎症刺激导致巨噬细胞过度激活时,病理性的ALI会破坏这种平衡,引发炎症放大、M1极化持续以及线粒体功能障碍[[17], [18], [19]]。重要的是,巨噬细胞的线粒体不仅作为能量工厂,还通过代谢重编程来指导表型极化[[20,21]]。这种相互作用会形成一个自我强化的循环:线粒体损伤产生氧化应激,进一步加剧炎症信号,从而巩固M1表型。肺泡-毛细血管屏障完整性的受损加速了组织损伤[[22], [23], [24], [25]]。因此,理想的巨噬细胞重编程不仅需要抗炎诱导,还需要恢复正常的线粒体能量代谢。
近年来,仿生纳米递送系统已成为解决巨噬细胞靶向和调节这些挑战的有希望的方法[[26], [27], [28], [29]]。在各种仿生策略中,凋亡小体是一种天然的外泌囊泡,在程序性细胞死亡过程中释放,其表面暴露的磷脂酰丝氨酸(PS)可以激活巨噬细胞的吞噬受体,从而抑制促炎细胞因子并促进M2极化[[30], [31], [32], [33], [34]]。值得注意的是,天然凋亡小体含有多种内部成分(包括细胞质蛋白、细胞器和核物质),这些成分在吞噬过程中能够激活多种信号通路,积极促进抗炎环境[[35], [36], [37]]。受此机制的启发,我们之前的工作开发了含有磷脂酰丝氨酸的脂质体(PSL),作为简化的仿生平台,能够引导巨噬细胞向抗炎状态转变[[38], [39], [40]]。然而,这些以PS为重点的策略主要调节表面受体信号,而没有解决ALI病理学中的关键细胞内问题,即线粒体作为调控巨噬细胞功能重编程的代谢中心[[15,16,41,42]]。为了弥补这一不足,并实现必要的协同调节,将表面介导的抗炎信号与细胞内线粒体修复相结合,是有效干预ALI的关键进展。
在这项工作中,我们开发了具有线粒体靶向能力的铈(Ce)基纳米酶复合物,作为线粒体功能的精确调节剂。基于Ce的纳米酶利用其独特的Ce3+/Ce4+氧化还原循环能力,表现出优异的活性氧(ROS)清除活性和良好的生物安全性,成为天然酶的强大替代品[[41], [42], [43], [44], [45], [46], [47]]。为了将这一概念转化为临床应用,我们开发了一种吸入式的仿生凋亡小体纳米平台(CeCPT@PSL),该平台能够靶向肺-巨噬细胞-线粒体轴,实现精准的ALI干预(图1)。该平台表面暴露的PS作为“吞噬我”信号,触发巨噬细胞特异性识别,启动吞噬作用和随后的免疫调节重编程。细胞内化后,三苯基膦(TPP)修饰的CeCPT载荷选择性地积累在线粒体中,通过恢复氧化还原稳态实现多维功能修复。这种线粒体修复与PS受体介导的免疫调节协同作用,打破了自我持续的氧化-炎症级联反应,为ALI提供了更有效的治疗干预。

材料

β-环糊精(β-CD)、环氧氯丙烷(EPI)和1,1-二苯基-2-吡啶肼(DPPH)从中国上海的Aladdin Industrial Inc.购买。醋酸铈、姜黄素(Cur)、4-羧基丁基三苯基膦溴化物(TPP-COOH)、过硫酸铵和香豆素6(C6)从中国上海的Shanghai Bide Pharmatech Co.,Ltd.购买。磷脂酰胆碱(PC)从美国密苏里州圣路易斯的Sigma-Aldrich购买。4-二甲基氨基吡啶(DMAP)、N,N′-二环己基碳二亚胺(DCC)

线粒体靶向载荷(CeCPT)的合成与表征

通过使用环氧氯丙烷交联β-CD制备了PCD[48]。随后,将亲脂性阳离子TPP通过酯化反应连接到PCD上,得到PCD-TPP(PT)。CeCPT纳米酶通过自模板策略合成:首先将姜黄素封装在PT中形成Cur@PCD-TPP(CPT),然后与铈离子结合形成Ce-Cur@PCD-TPP(CCPT)。CCPT复合物随后经过水热转化

结论

总之,本研究开发了一种仿生凋亡小体纳米平台,将磷脂酰丝氨酸受体介导的免疫调节与精确的线粒体修复相结合,用于急性肺损伤的治疗。通过仿生复制天然凋亡小体的生物学功能,CeCPT@PSL实现了巨噬细胞的特异性靶向,并递送TPP偶联的铈纳米酶(CeCPT)以恢复线粒体稳态。这种协同策略促进了从M1向M2的转变

CRediT作者贡献声明

谭宝金:撰写——原始草稿、可视化、验证、软件开发、方法论、数据管理、概念构思。杨伟林:验证、研究、数据分析。张光林:撰写——审稿与编辑、监督、资源协调、研究。曾荣:撰写——审稿与编辑、监督、项目管理、方法论、资金获取。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金(32271376)和韶关科技规划项目(230330108034335)的财政支持。

生物通微信公众号
微信
新浪微博


生物通 版权所有