使用抗TNF抗体偶联的普鲁士蓝纳米颗粒靶向促炎性髓系细胞,可以缓解炎症性肠病中的炎症症状

时间:2026年3月29日
来源:Nano Today

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炎症性肠病(IBD)免疫失调与氧化应激相关,持久激活的促炎髓系细胞导致抗TNF治疗无效。本研究开发双功能PB@IFX复合物(普鲁士蓝纳米颗粒-抗TNF抗体),通过清除ROS和中和TNF阻断TNF/NF-κB/ROS正反馈循环及NLRP3炎症小体通路,显著减少巨噬细胞、单核细胞、中性粒细胞和树突状细胞浸润,促进调节性T细胞扩增及上皮修复。单细胞转录组学证实PB@IFX抑制促炎介质基因表达和NET相关程序,并诱导髓系细胞向抗炎表型极化。长期生物分布研究显示良好安全性和生物相容性。该协同纳米疗法为IBD治疗提供新策略。

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王颖|何静贤|卢文香|赵一通|冯凯政|吴浩安|张宇|白云飞
中国东南大学生物科学与医学工程学院数字医学工程国家重点实验室,南京 211102

摘要

炎症性肠病(IBD)的特征是免疫失调和氧化应激。持续激活的促炎性髓系细胞与IBD患者对抗TNF治疗的反应不佳有关。活性氧(ROS)作为一个关键的致病中心,将TNF驱动的NF-κB激活与NLRP3炎症小体信号通路连接起来,从而维持慢性炎症微环境(IME)。因此,我们开发了一种双功能药物——英夫利昔单抗-普鲁士蓝纳米颗粒结合物(PB@IFX),它既能清除ROS,又能中和TNF。通过使用TNBS诱导的慢性结肠炎模型并结合单细胞转录组学分析,我们证明PB@IFX可以减少炎症性髓系细胞(Spp1⁺巨噬细胞、Ly6c⁺单核细胞、中性粒细胞和pDCs)及激活的成纤维细胞,同时恢复上皮细胞的完整性并增加调节性T细胞的数量。因此,PB@IFX抑制了编码促炎介质和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶的基因表达,并抑制中性粒细胞的募集和中性粒细胞胞外陷阱(NET)相关的转录程序。此外,PB@IFX还能使巨噬细胞极化向促修复表型转变。这种重塑的肠道炎症微环境有助于恢复微生物群平衡,增加有益细菌并减少病原菌。重要的是,长期生物分布和生物安全性研究证实了其良好的清除能力和生物相容性。我们的发现展示了一种协同纳米治疗策略,能够同时解决免疫失调和氧化损伤问题,并为成功的IBD治疗提供机制上的见解,并确定了提高治疗效果的潜在靶点。

引言

炎症性肠病(IBD),包括克罗恩病(CD)和溃疡性结肠炎(UC),是一类慢性特发性疾病,其特征是胃肠道(GI)的持续炎症,影响着全球数百万人[1],[2],并对医疗保健体系产生重大影响[3],[4]。最近的研究探讨了CD和UC的细胞和分子基础以及组织病理学特征,表明它们本质上是一种炎症性疾病[5],[6],[7],[8],[9],[10],[11],[12],[13]。在炎症区域,氧化应激、炎症介质、细胞因子、促炎酶、炎症细胞、细胞外基质(ECM)和肠道微生物之间相互作用,形成了肠道炎症微环境(IME)[14],[15]。尽管针对IME的免疫抑制疗法(例如抗TNF治疗)已经取得了很大进展,但这些方法远非完美[11],[16]。数据显示,抗TNF治疗的非反应率高达40%,且缓解效果不持久[11],[17],因此需要为患者寻找替代治疗方案。患者对抗TNF治疗无反应的一个关键机制是促炎性髓系细胞(尤其是炎症性单核细胞/巨噬细胞和中性粒细胞)和炎症性成纤维细胞的持续激活,这些细胞通过上调TNF非依赖性细胞因子(如IL1BIL6OSM)来逃避TNF的阻断[11],[12],[18],[19]。
髓系细胞是炎症病灶中活性氧(ROS)的主要来源,这主要通过NADPH氧化酶和功能失调的线粒体电子传递链实现[20],[21]。越来越多的证据表明,高水平的ROS作为效应因子,导致组织氧化损伤,并通过正反馈循环调节NF-κB和NLRP3炎症小体通路,从而形成“炎症-ROS-更多炎症”的恶性循环[22],[23],[24]。
针对IME的纳米疗法的最新进展显示出治疗IBD的潜力,这些疗法利用了纳米材料自身的酶样催化特性(如清除ROS)和靶向递送策略[15],[25],[26],[27],[28],[29],[30],[31],[32],[33]。普鲁士蓝纳米颗粒(PBNPs)因其强大的ROS清除能力(通过SOD/CAT/POD酶模拟活性)和优异的生物相容性而成为有前景的治疗候选物[34],[35],[36],[37]。我们假设将PBNPs与抗TNF抗体结合使用,可以通过协同中和TNF和持续清除ROS来增强整体抗炎效果。因此,我们描述了一种英夫利昔单抗-普鲁士蓝纳米颗粒结合物(PB@IFX),以改善IBD的治疗效果。英夫利昔单抗是一种广泛使用的抗TNF抗体[38]。PB@IFX可以通过EPR(增强渗透性和滞留)效应和英夫利昔单抗介导的靶向作用,在炎症病灶处积累药物,从而减少脱靶效应。这种协同抗炎效果显著增强了对抗2,4,6-三硝基苯磺酸盐(TNBS)诱导的慢性炎症的作用(如图1所示)。然而,缓解期间的细胞动态和异质性仍不甚清楚。因此,我们采用了单细胞RNA测序(scRNA-seq)来表征PB@IFX治疗后的IBD炎症微环境。我们的目标是设计一种可以通过多种机制缓解肠道炎症的纳米疗法,并建立一个TNBS诱导的慢性结肠炎模型的细胞谱型,为临床前研究提供概念验证的治疗图谱。

部分摘录

抗TNF治疗的非反应性是由髓系细胞中的ROS-炎症轴驱动的

我们重新分析了接受过抗TNF治疗的IBD患者的scRNA-seq数据[11]。专注于髓系细胞群体,我们发现两种单核细胞(S100A8/A9hiTNFhiIL6pos单核细胞和S100A8/A9hi单核细胞)以及三种树突状细胞(DCs)在非缓解患者中未能减少,而在缓解患者中这些细胞的比例显著降低(图1a,S1a)。相比之下,C1QhiIL1Blo巨噬细胞亚群

讨论

IBD的管理仍然是一个重大的临床挑战,特别是对于那些对抗TNF治疗反应不佳的患者群体[16]。最近的研究揭示了这种治疗失败背后的细胞和分子机制,发现了一个持续的抗TNF抵抗炎症模块,称为GIMATS模块,由IgG浆细胞、促炎性髓系细胞、激活的T细胞和基质成纤维细胞组成[11],[12],[18],[19]。髓系细胞

结论

总之,我们证明了PB@IFX这种结合了TNF中和和ROS清除功能的抗体-纳米颗粒结合物,通过精确递送、炎症信号阻断和氧化还原调节,实现了IBD治疗的协同策略。PB@IFX抑制了促炎性髓系细胞的浸润,打破了维持慢性炎症的TNF/NF-κB-ROS正反馈循环和ROS-NLRP3炎症小体通路。此外,PB@IFX还展示了

普鲁士蓝纳米颗粒与英夫利昔单抗(PB@IFX)的结合

普鲁士蓝(PB)纳米颗粒的合成方法参考了Feng等人的研究[35]。简要来说,溶液A是通过在磁力搅拌下将FeCl3·6H2O(0.2703克)和C6H8O7·H2O(0.6307克)溶解在20毫升去离子水中制备的。溶液B是通过将K4[Fe(CN)6]·3H2O(0.4224克)溶解在20毫升去离子水中制备的。首先将1毫升溶液A加入60毫升去离子水中,然后同时加入19毫升溶液A和20毫升溶液B

CRediT作者贡献声明

赵一通:方法学。卢文香:方法学。何静贤:方法学。王颖:撰写-原始草稿、可视化、验证、软件使用、方法学、数据管理。白云飞:监督、资金获取、概念构思。张宇:监督、资金获取、概念构思。吴浩安:撰写-审稿与编辑、概念构思。冯凯政:资源提供、方法学。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了中国国家重点研发计划(项目编号:2022YFA1205802)和国家自然科学基金(项目编号:61871121)的支持。资助方未参与研究设计、数据收集与分析、发表决定或手稿准备。

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