结核病免疫治疗新策略：巨噬细胞靶向性二氧化锰纳米激动剂激活cGAS通路协同清除胞内结核杆菌

一、研究团队与发表信息
本研究由广东医科大学第一东莞附属医院医学分子诊断广东省重点实验室Kangsheng Liao、Ruihong Chen、Jinwei Zhang等作为共同第一作者，通讯作者包括Fen Yang、Jun-Fa Xu、Ling Shen和Jiang Pi。研究成果于2025年3月发表于材料科学领域期刊《Acta Biomaterialia》（卷196，页471-486）。

二、学术背景与研究目标
结核病（Tuberculosis, TB）由结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis, MTB）感染引起，是全球最致命的传染病之一。MTB通过抑制巨噬细胞的自噬（autophagy）、M1型极化（M1 polarization）等免疫逃逸机制实现胞内存活，而现有抗结核药物存在靶向性不足的问题。cGAS-STING信号通路（cyclic GMP-AMP synthase-stimulator of interferon genes pathway）是宿主抗MTB感染的关键免疫防御机制，其激动剂锰离子（Mn²⁺）可激活巨噬细胞自噬并抑制MTB。然而，Mn²⁺稳定性差，限制了其临床应用。本研究旨在构建一种基于二氧化锰纳米颗粒（MnO₂ NPs）的巨噬细胞靶向纳米激动剂（Tuf-Rif@HA-MnO₂ NPs），通过协同递送利福平（rifampicin）和激活cGAS-STING通路，实现高效抗结核治疗。

三、研究流程与方法
1. 纳米颗粒设计与表征
- 合成流程：通过聚烯丙胺盐酸盐（PAH）还原高锰酸钾制备MnO₂ NPs核心，依次负载利福平、包覆透明质酸（HA），最后偶联巨噬细胞靶向肽Tuftsin，形成Tuf-Rif@HA-MnO₂ NPs。
- 表征技术：透射电镜（TEM）显示颗粒呈球形（直径~200 nm）；X射线光电子能谱（XPS）证实Mn⁴⁺存在；傅里叶变换红外光谱（FTIR）验证Tuftsin和利福平成功修饰；体外实验证实纳米颗粒可被谷胱甘肽（GSH）降解释放Mn²⁺。

1. 巨噬细胞靶向性与胞内定位

   • 体外实验：流式细胞术和共聚焦显微镜显示，Tuftsin修饰显著增强纳米颗粒在THP-1巨噬细胞和原代小鼠骨髓源性巨噬细胞（BMDMs）的摄取效率（较未修饰组提高2倍），并优先定位于溶酶体。
     
   • 离体实验：小鼠脾脏免疫细胞中，CD14⁺巨噬细胞对Tuf-FITC@HA-MnO₂ NPs的摄取率显著高于CD3⁺ T细胞和CD19⁺ B细胞（p<0.001）。
     

2. cGAS-STING通路激活与自噬诱导

   • 信号通路分析：Western blot显示，Tuf-Rif@HA-MnO₂ NPs处理MTB感染的巨噬细胞后，磷酸化TBK1（p-TBK1）和IRF3（p-IRF3）表达上调，STING蛋白降解（提示通路激活），LC3B-II（自噬标志物）表达增加。
     
   • 功能验证：通过构建cGAS敲低（KD）的THP-1细胞，证实纳米颗粒的MTB清除作用依赖cGAS通路（KD细胞中协同效应消失）。
     

3. 免疫调节与抗菌效应

   • 巨噬细胞极化：流式细胞术显示，纳米颗粒将M2型巨噬细胞（CD206⁺）重编程为M1型（CD80⁺或CD86⁺），并促进促炎因子TNF-α和IL-6分泌（ELISA检测，p<0.01）。
     
   • 体内抗结核效果：MTB感染小鼠模型（静脉注射H37Ra株）中，Tuf-Rif@HA-MnO₂ NPs治疗组肺组织MTB负荷（CFU计数）较单药组降低90%（p<0.001），且显著减轻肺部炎症（H&E染色证实）。
     

四、主要结果与逻辑链条
1. 纳米颗粒特性：Tuf-Rif@HA-MnO₂ NPs具有稳定的核壳结构、GSH响应性释药能力和巨噬细胞靶向性（图2）。
2. 免疫激活机制：纳米颗粒通过释放Mn²⁺激活cGAS-STING通路→诱导自噬（LC3B-II↑）→促进M1极化（CD86⁺↑/IL-6↑）→协同利福平清除胞内MTB（图4-6）。
3. 全身免疫调节：纳米颗粒还增强树突细胞（DCs）成熟（CD86⁺CD11c⁺↑）、Th1细胞（CD4⁺IFN-γ⁺）和细胞毒性T细胞（CD8⁺IFN-γ⁺）活化（图8），形成系统性抗结核免疫。

五、研究结论与价值
1. 科学价值：首次将MnO₂ NPs用于抗结核免疫治疗，阐明其通过cGAS-STING通路激活宿主防御的分子机制。
2. 应用价值：该纳米平台兼具靶向递药（利福平）和免疫调节（Mn²⁺）功能，为结核病及耐药结核提供“化学-免疫”协同治疗新策略。

六、研究亮点
1. 方法创新：设计Tuftsin-HA双修饰纳米系统，实现巨噬细胞特异性靶向和溶酶体逃逸。
2. 机制突破：揭示MnO₂ NPs通过GSH-Mn²⁺-cGAS轴激活自噬和M1极化的双途径抗菌机制。
3. 转化潜力：体内实验证实其高效低毒特性（肝肾功能指标无异常，图9），具备临床转化前景。

七、局限性与展望
研究指出，MTB感染巨噬细胞的GSH水平较低可能限制Mn²⁺释放效率，未来需开发更智能的纳米载体以优化离子释放动力学。此外，该策略在耐药MTB模型中的效果值得进一步探索。