植物外泌体结合工程化间充质干细胞纳米囊泡在自身免疫性皮肤疾病治疗中的研究报告

引言

该研究由黄汝帆、贾博、苏丹丹、李曼春、徐展学、何超、黄逸生、范航、陈宏波和程方等人完成，分别来自中山大学（深圳校区）药学院和南方医科大学口腔医院。文章发表于2023年《Journal of Extracellular Vesicles》，DOI编号为10.1002/jev2.12361。本研究的重点是通过融合植物外泌体（Plant-derived extracellular vesicles，简称PLEVs）与工程化间充质干细胞（Mesenchymal stem cells，MSCs）衍生的纳米囊泡来开发新型免疫治疗策略，以解决现有治疗方法的不足。

自身免疫性疾病（Autoimmune diseases）是由于免疫系统无法识别自身抗原与非自身抗原而导致的慢性疾病。常见的皮肤类疾病如牛皮癣（Psoriasis）和特应性皮炎（Atopic Dermatitis, AD）发病率逐年升高。现有疗法（如糖皮质激素、免疫抑制剂等）存在疗效有限、副作用严重等问题。因此，开发安全有效的治疗策略是当务之急。

学术背景

牛皮癣和特应性皮炎是两种主要的皮肤类自身免疫疾病，其特征为免疫细胞异常活化、大量炎症细胞因子的累积以及角质形成细胞的异常增殖。间充质干细胞通过分泌小外泌体（Small extracellular vesicles, SEVs）展现出良好的免疫调节能力，但其高昂的生产成本限制了大规模应用。相比之下，植物来源的外泌体具有低毒性、生物相容性好、成本低等优势，是下一代具有高潜力的纳米治疗载体。然而，PLEVs缺乏针对性和较弱的免疫调节能力。

为了克服这些限制，本研究提出了一种新型方法：将葡萄柚来源的外泌体（Grapefruit-derived extracellular vesicles, GEVs）与工程化的牙龈来源间充质干细胞（Gingiva-derived mesenchymal stem cells, GMSCs）纳米囊泡融合，开发一种多功能纳米囊泡（Fusion vesicles, FVs）。此外，研究加载了一种新型免疫抑制剂CX5461，以增强免疫抑制和抗炎效果。

研究方法与流程

研究分为以下几个主要步骤：

1. 植物外泌体的筛选与鉴定

通过文献研究和实验筛选了10种可食用植物的外泌体，其中葡萄柚来源的外泌体（GEVs）表现出显著的抗炎和抗氧化作用，并通过以下分析验证了其质量： - 透射电子显微镜（TEM）观察其球状结构。 - 纳米颗粒跟踪分析（NTA）测定其粒径约为163.4 nm。 - 脂质组学分析表明GEVs含有丰富的鞘脂（如六糖基神经酰胺），有助于维持皮肤屏障和免疫调节。

2. 工程化干细胞纳米囊泡的开发

通过基因改造，研究团队在牙龈来源的间充质干细胞上表达CCR6（趋化因子受体）。CCR6可以与炎症部位高表达的趋化因子CCL20结合，从而实现靶向性。 - 纳米囊泡的制备通过膜挤出法进行，得到的囊泡粒径约为186.2 nm。 - 体外实验表明，CCR6纳米囊泡（CCR6-NVs）通过竞争性结合CCL20抑制T细胞的迁移，具有免疫调节作用。

3. CX5461免疫抑制剂的加载与囊泡融合

CX5461是一种rRNA合成抑制剂，被验证在抑制T细胞增殖和角质形成细胞异常增殖方面具有显著效果。研究通过电穿孔技术将CX5461加载到GEVs中，进一步与CCR6-NVs融合，制备出多功能融合囊泡FV@CX5461。 - 融合后的囊泡保持了GEVs和CCR6-NVs的生物活性。 - FV@CX5461展示出良好的药物载荷率和稳定性，并成功被靶细胞吸收。

4. 动物模型验证

研究在两种动物模型中验证了FV@CX5461的疗效： - 牛皮癣模型：通过涂抹咪喹莫特诱导小鼠牛皮癣样病变。FV@CX5461显著降低了病变部位的红斑和增厚。 - 特应性皮炎模型：通过2,4-二硝基氯苯（DNCB）诱导小鼠特应性皮炎样病变。FV@CX5461减轻了皮肤红肿和炎症反应，并减少了IgE等炎症因子的水平。

5. 分子机制研究

通过Western Blot和基因富集分析发现FV@CX5461对以下信号通路具有调控作用： - 抑制JAK-STAT信号通路相关的关键蛋白（如p-STAT3）。 - 抑制T细胞受体（TCR）信号通路，减少T细胞活化和炎症因子分泌。

此外，FV@CX5461中富含的植物miRNA（如miRNA159a）被证实具有跨物种调控作用，可抑制炎症细胞因子的表达。

研究结果

1. 抗炎和免疫抑制作用：FV@CX5461有效减少了皮肤病变部位的T细胞浸润，抑制了Th17细胞的活化，并增加了调节性T细胞（Tregs）的比例。
2. 靶向性和安全性：CCR6增强了囊泡对炎症部位的靶向性。动物实验中未观察到明显的毒性或副作用。
3. 跨物种基因调控：GEVs中的miRNA159a通过调控炎症相关基因表达，进一步增强了治疗效果。

研究意义

本研究为自身免疫性皮肤疾病提供了一种新型的靶向免疫治疗策略，展示了植物与动物细胞外泌体融合的可能性。FV@CX5461不仅作为药物载体发挥作用，还通过其自身的生物活性成分实现协同治疗。

创新点：

1. 融合技术：首次将植物外泌体与工程化干细胞囊泡融合，创造了具有双重功能的纳米囊泡。
2. 多功能治疗：GEVs和CCR6-NVs同时提供了抗氧化、抗炎和靶向特性。
3. 植物miRNA的应用：验证了植物来源miRNA在哺乳动物细胞中的功能，开辟了跨物种治疗的新方向。

应用前景：

• 本研究提出的纳米治疗策略具有良好的临床转化潜力，不仅适用于皮肤病，还可能扩展到其他自身免疫性疾病（如溃疡性结肠炎、类风湿性关节炎等）。

总结

FV@CX5461通过将GEVs与CCR6-NVs结合，成功克服了单一疗法的局限性，提供了一种安全、高效且具有靶向性的治疗平台。本研究展示了植物外泌体在现代医学中的潜力，为多功能生物材料的开发提供了新思路。未来的研究应深入探讨其分子机制和在更多疾病中的适用性。