原位诱导中性粒细胞凋亡治疗急性炎症

文摘   科学   2024-06-19 20:00   四川  






近期,华中科技大学药学院张志平教授团队在《Journal of Controlled Release》期刊2024年第369期上发表了题为“In situ neutrophil apoptosis and macrophage efferocytosis mediated by Glycyrrhiza protein nanoparticles for acute inflammation therapy”的研究论文。该研究利用甘草蛋白构建了一种负载地塞米松的蛋白纳米粒(Dex@GNPs),其可选择性被中性粒细胞快速内化并搭中性粒细胞便车聚集至炎症部位。随后,Dex@GNPs通过ROS依赖机制诱导中性粒细胞凋亡。巨噬细胞对凋亡中性粒细胞的胞葬作用不仅诱导巨噬细胞极化为抗炎表型,同时还促进了Dex@GNPs向巨噬细胞传递,从而进一步利用地塞米松调节巨噬细胞功能。在急性呼吸窘迫综合征和脓毒症小鼠模型中,Dex@GNPs可显著改善紊乱的免疫微环境并减轻组织损伤。该研究联合中性粒细胞搭车和巨噬细胞胞葬驱动药物传递和炎症调节,为急性炎症的有效治疗提出了一种新的策略。





在急性炎症的发展过程中,巨噬细胞和中性粒细胞相互促进彼此的激活和募集,从而导致炎症反应失控并造成严重的组织损伤。因此,为维持组织稳态,中性粒细胞和巨噬细胞的功能和活动需受到严格控制。鉴于此,调节复杂炎症网络中的中性粒细胞-巨噬细胞轴已成为治疗炎症疾病极具吸引力的策略。然而,同时精确调节中性粒细胞和巨噬细胞的功能是一个巨大难题。

值得注意的是,中性粒细胞发生凋亡时会释放可溶性因子作为“find me”信号吸引巨噬细胞向其迁移。巨噬细胞随后可特异性识别凋亡中性粒细胞膜表面高水平的“eat me”信号并吞噬凋亡中性粒细胞。这一过程同时可促进巨噬细胞向抗炎表型极化,被称为巨噬细胞胞葬作用[1, 2]。因此,开发一种可特异性诱导中性粒细胞凋亡的药物递送系统,是实现药物从中性粒细胞靶向递送到巨噬细胞的可行途径,并使得同时调节中性粒细胞和巨噬细胞成为可能。

该团队在前期发现甘草蛋白可增强药物抗炎作用的基础上[3],进一步发现甘草蛋白纳米粒可被中性粒细胞选择性摄取,搭中性粒细胞便车聚集至炎症部位,并以ROS依赖机制诱导中性粒细胞凋亡[4]。该系统利用甘草蛋白纳米粒搭载地塞米松,针对中性粒细胞和巨噬细胞在炎症中的不同作用而对其进行差异化调节,从而抑制炎症反应和促进损伤组织修复,达到有效治疗急性炎症目的(图1)。

 


图1. Dex@GNPs靶向炎症部位和调节炎症微环境的机制


甘草蛋白纳米粒选择性被中性粒细胞摄取

研究者构建了以急性肺部炎症为特征的小鼠ARDS模型,发现甘草蛋白纳米粒(GNPs)在健康小鼠体内主要聚集在肝脏,而在ARDS小鼠中则对炎症肺部表现出高度选择性(图2A,B)。在ARDS小鼠肺组织中,GNPs主要被中性粒细胞摄取(图2C),证明了GNPs可特异性靶向中性粒细胞。



图2. GNPs体内分布和细胞摄取情况

GNPs体内分布的(A)组织荧光图像和(B)定量分析;(C)ARDS小鼠肺部主要吞噬细胞对GNPs的摄取情况。


选择性诱导中性粒细胞凋亡

进一步研究发现,GNPs以时间和剂量依赖的方式诱导中性粒细胞凋亡(图3A)。更为重要的是,GNPs的促凋亡作用具有高度选择性,并不会导致血管内皮细胞HUVECs和肺上皮细胞MLE-12凋亡(图3B)。



图3. GNPs对不同细胞活性影响

(A)中性粒细胞;(B)HUVEC和MLE-12。


胞葬介导的药物递送与炎症调节

当携带GNPs的中性粒细胞被巨噬细胞吞噬时,GNPs也成功地从中性粒细胞传递到巨噬细胞,然后随着中性粒细胞被消化而释放到细胞质中(图4A)。而将Dex@GNPs预处理的中性粒细胞(Dex@GNPs-NEs)与炎性巨噬细胞共孵育,则可显著促进巨噬细胞向M2抗炎表型极化(图4B)。



图4. Dex@GNPs协同抗炎作用

(A)药物从中性粒细胞向巨噬细胞传递。BMDMs:骨髓源性巨噬细胞;(B)巨噬细胞表型。


有效减轻炎症反应和组织损伤


受益于GNPs靶向诱导中性粒细胞凋亡和地塞米松抑制细胞因子的协同作用,在小鼠ARDS模型中,经Dex@GNPs治疗可显著缓解肺组织损伤(图5A)。在小鼠败血症模型中,Dex@GNPs能有效抑制全身炎症反应并可恢复组织的免疫稳态(图5B)。


 

图5.  Dex@GNPs的体内治疗效果

(A)ARDS小鼠经Dex@GNPs治疗后肺组织H&E染色;(B)败血症小鼠血浆中细胞因子水平。


综上所述,这些结果表明Dex@GNPs可通过原位诱导中性粒细胞凋亡,“逆转”中性粒细胞的促炎作用,并利用凋亡中性粒细胞向巨噬细胞靶向递送抗炎药物,多方位调节炎症微环境,为急性炎症治疗提供了新的思路。

 

研究亮点


  1. 甘草蛋白纳米粒可特异性靶向中性粒细胞并诱导其凋亡;
     
  2. 联合中性粒细胞搭车和巨噬细胞胞葬实现药物的靶向递送;
     
  3. 根据巨噬细胞和中性粒细胞在炎症中的不同作用而对其进行精确调节;
     
  4. Dex@GNPs可改善ARDS和败血症紊乱的免疫微环境并减轻组织损伤。


文章信息


Volume 369, May 2024, Pages 215-230

https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2024.03.029

作者信息



 通讯作者 




张志平,入选万人计划科技创新领军人才,华中科技大学同济药学院教授,博士生导师。要研究方向:仿生递送系统在肿瘤、急性呼吸窘迫综合征中的研究。发表文章90余篇,他引6000余次,高被引文章7篇,h因子43。目前担任Journal of Controlled Release、Acta Pharmaceutica Sinica B、Asian Journal of Pharmaceutical Sciences和Current Medical Science编委;任中国药学会药剂专委会委员,中国颗粒学会第八届理事会理事,中国抗癌协会纳米肿瘤专业委员会委员,中国生物物理学会纳米生物物理专业委员会委员,湖北省药学会理事会理事、制药工程专委会副主任委员等。


孔丽,博士,女,华中科技大学同济药学院药剂学系副教授。研究方向:仿生药物递送体系设计与研究及其在免疫疗法方向的应用。


杨丛莲,博士,女,华中科技大学同济药学院药剂学系副教授。研究方向:新型药物递释系统和细胞类制剂。 



 第一作者 





刘雄,华中科技大学同济药学院,研究方向为仿生药物递送系统,纳米药物递送系统用于急性炎症治疗。


参考资料



  1. O. Soehnlein, L. Lindbom, Phagocyte partnership during the onset and resolution of inflammation, Nat. Rev. Immunol., 10 (2010) 427-439.
  2. M.R. Elliott, K.M. Koster, P.S. Murphy, Efferocytosis Signaling in the Regulation of Macrophage Inflammatory Responses, J. Immunol., 198 (2017) 1387-1394.
  3. Y. Li, D. Zhang, T. Shi, Y. Yu, Y. Tian, Q. Xie, J. Shi, L. Kong, C. Yang, Z. Zhang, De novo engineering of nanoformulation from traditional Chinese medicine mixtures for psoriasis, Nano Res., 16 (2023) 5279-5291.
  4. X. Liu, X. Ou, T. Zhang, X. Li, Q. Qiao, L. Jia, Z. Xu, F. Zhang, T. Tian, H. Lan, C. Yang, L. Kong, Z. Zhang, In situ neutrophil apoptosis and macrophage efferocytosis mediated by Glycyrrhiza protein nanoparticles for acute inflammation therapy, J Control Release, 369 (2024) 215-230.

编辑 | 谢明心  


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