CCSN 2024丨徐钢教授：细胞外囊泡递药系统在肾脏病中的应用探索
文摘
健康
2024-10-21 18:04
北京
近年来，慢性肾脏病（CKD）在我国呈现发病率高和知晓率低的特点，给公众健康带来了严峻挑战。研究表明，炎症和纤维化是多种肾脏疾病发生、发展为终末期肾脏病的关键环节。然而，目前临床上尚缺乏有效的药物来消除炎症和纤维化。因此，迫切需要研发新药物以突破现有治疗“瓶颈”。细胞外囊泡（EVs）为细胞释放的天然纳米级膜囊泡，其内携带丰富的生物活性物质（如蛋白质、脂质和RNA），在细胞间通讯中扮演了重要角色。与人工合成纳米粒递送载体相比，EVs具有低免疫原性、良好生物相容性、跨越生物屏障和易于工程化改造等优势，为现代药物靶向递送开辟了新的研究领域。近年来，基于EVs递药系统的肾脏病靶向治疗相关研究中取得了显著突破，有望进行临床转化，给CKD患者带来更多福音。
在今年的中华医学会肾脏病学分会2024年学术年会（CCSN 2024）上，华中科技大学附属同济医院肾内科徐钢教授为我们阐述了细胞外囊泡递药系统在肾脏病中的应用现状。现整理核心精要，以飨读者。
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EVs生产工艺流程包含上游的细胞培养和下游的细胞外囊泡提取、纯化、装载药物、功能修饰和储存。获得EVs的母细胞来源广泛，可以是干细胞、肿瘤细胞、免疫细胞和293T细胞。永生化细胞系具有易于培养、增殖速度快和批次间差异小等优势，是大多数研究的候选母细胞。针对EVs产量不足问题，现阶段对细胞培养条件进行了优化，如应用固定床生物反应器、细胞聚集体和三维细胞培养。另外，通过热应激、饥饿、缺氧、辐射和调节微环境PH值可进一步增加EVs的产量。细胞分泌的EVs在尺寸、形态和生化特性等方面差异较大，直接影响细胞外囊泡的载药能力、体内的分布、细胞摄取和生物学功能。目前，常见提取纯化方法有超速离心、超滤、免疫捕获、分子排阻层析和微流控分离等，各具优劣势，需基于特定母细胞分泌的EVs自身特点和分离纯化需求，选择合适的分离方法。天然的纳米囊泡本身携带一些生物活性物质，这些物质的浓度不足以满足治疗需求。因此，需要通过內源性或外源性方法促使EVs装载治疗药物（如蛋白质、核酸和小分子）。前者主要是基于细胞稳定转染技术，以主动的內源性加载方式生产含有转基因产物的EVs。后者主要是通过共孵育被动加载和超声、电刺激和挤压等主动加载。此外，天然EVs本身靶向能力较差，工程化修饰可以增强其靶向性和抵抗机体清除能力。如将蛋白、多肽或抗体通过连接子锚定在EVs上，或者直接与EVs膜支架蛋白进行融合表达，增加其循环稳定性并特定地靶向某些细胞类型[1]。近年来，随着EVs在肾脏病中的作用逐渐被发掘，基于EVs递药系统的肾脏病靶向治疗相关研究不断涌现。研究表明，基于巨噬细胞源EVs的IL-10递药系统可通过稳定肾小管线粒体功能、促进肾小管修复和促进巨噬细胞向抗炎表型（M2）极化，抑制急性肾损伤（AKI）向CKD的慢性转变[2]。利用肾损伤分子-1靶向肽LTH修饰红细胞衍生的EVs，靶向损伤肾小管递送siP65和siSNAI1，可有效改善肾脏间质炎症和纤维化从而阻断AKI的慢性进展[3]。此外，利用挤压方法制备的中性粒细胞外囊泡负载IL-37，并修饰上P选择素糖蛋白配体-1，有效将IL-37靶向递送至肾脏内受损的内皮细胞，抑制促炎细胞因子的产生[4]。干预B细胞活化和阻断自身免疫性抗体是狼疮性肾炎的主要治疗手段，而长期系统性使用免疫抑制剂或单克隆抗体可增加感染和血栓形成风险。构建过表达CD40 EVs的成纤维细胞系NIH 3T3，并负载霉酚酸脂（MMF）的优势：一方面，CD40 EVs阻断CD 4+ T细胞上的CD40L，破坏CD40/CD40L共刺激信号轴，从而抑制B细胞产生抗体；另一方面，由CD40介导的T细胞、B细胞和树突状细胞内吞包裹MMF的EVs，从而消耗这些过度活化的免疫细胞[5]。同种异体肾移植排斥是移植肾功能下降的主要原因之一，如何有效地抑制排斥反应，促进免疫耐受，成为提高肾移植成功率的关键。基于遗传手段改造的293T细胞，其衍生的工程化EVs内含粘合分子integrin、抗炎细胞因子IL-10以及CTLA-4和PD-1共抑制接触分子。与对照递送载体相比，该工程化EVs可以有效黏附移植肾中损伤的淋巴管、血管内皮和肾小球区域。释放抗炎因子和共抑制接触分子增强移植肾免疫耐受，显著延长受体存活时间[6]。糖尿病肾病（DKD）是糖尿病患者常见的严重并发症之一，以持续性高血糖引起的慢性炎症和进行性肾纤维化为特征。然而，目前尚无有效阻止或逆转DKD肾纤维化的治疗手段。基于人间充质干细胞源的EVs富含CK1δ/β-TRCP激酶泛素系统，其可促进系膜细胞内YAP泛素化降解从而抑制YAP信号通路，最终抑制肾间质纤维化，延缓DKD[7]。另外，RVG肽修饰负载miR-23a/27a/26a的骨骼肌卫星细胞源EVs可以抑制肾小管纤维化相关因子Lpp、Kihl42和Zbtb20，显著减轻DKD纤维化进展[8]。大量研究证实，基于EVs的药物递送系统在肾脏病治疗中展示了巨大的潜力和优势，然而，距离临床转化还任重道远。首先，EVs生产和提取的过程目前仍缺乏统一的标准，导致产品在纯度、成分和生物活性方面存在差异，影响临床应用。其次，药物负载策略、EVs工程化修饰、EVs被摄取和释放药物机制仍需深入研究，以达到最佳疗效。同时，目前尚不清楚EVs在体内的分布、代谢过程和清除机制，可能影响其治疗效能和安全性，因此需要更多的研究来揭示这些过程。二级教授、主任医师、博士生导师
华中科技大学同济医学院附属同济医院
内科学系兼肾内科主任
社会任职：
湖北省医师协会肾脏内科医师分会主任委员
湖北省肾脏替代治疗临床医学研究中心主任
中华医学会肾脏病学分会委员
中华预防医学会肾脏病预防与控制专业委员会副主委
国家卫生健康突出贡献中青年专家
《临床肾脏病杂志》主编
五年制本科临床医学专业规划教材《内科学》编委
国家卫健委住院医师规范化培训教材《内科学 肾脏内科分册》副主编
科研情况：
多次承担国家自然科学基金重点项目、重大研究计划重点支持项目、 国家自然科学基金重点国际合作项目及国家自然科学基金面上项目等。多篇论文发表在 Cell Metabolism,Science Advances ,KI,JASN 等杂志。
1.Rai, A, et al. Circ Res. 2024; 135(1): 198-221.2.Tang, T.T, et al. Sci Adv. 2020; 6(33): eaaz0748.3.Tang, T.T., et al. J Am Soc Nephrol. 2021; 32(10): 2467-2483.4.Ma, W., et al. J Control Release. 2024; 370: 66-81.5.Fang, T., et al. Small Methods. 2023; 7(3): e2200925.6.Lin, J., et al. Adv Sci (Weinh). 2022; 9(31): e2202633.7.Ji, C., et al. J Nanobiotechnology. 2024; 22(1): 339.8.Ji, J.L., et al. Acta Pharmacol Sin. 2023; 44(12): 2455-2468.“肾医线”读者专属微信群建好了，快快加入吧。扫描“肾医线”小助手二维码（微信号：nephro-online），回复“肾医线读者”，ta会尽快拉您入群滴！
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