由于细胞外囊泡（Extracellular vesicles, EVs）携带了源于供体细胞的丰富生物活性分子如蛋白质、核酸和脂质等，基于EVs的免疫疗法已在多种疾病如感染、炎症和肿瘤等治疗中显示出一定应用前景。但是，现有基于细胞培养产生EVs的方法面临产量较低、EV生物活性不足等问题，阻碍了EV免疫疗法的未来临床转化。因此，探索调控免疫细胞中EV产生和活性的新机制，有助于开发提高EV产量及其生物活性的新策略。近日，四川大学华西医院刘敬平研究员团队在国际权威期刊Science Advances上发表了题为“Nutrient availability regulates the secretion and function of immune cell-derived extracellular vesicles through metabolic rewiring”的研究(2024, 16;10(7):eadj1290)，首次报道了通过调控细胞营养代谢同时提高EV产量和活性的新策略，揭示了在生产治疗性EVs时应优化供体细胞的代谢状态，从而高效生产具有高生物活性的EVs，增强其疾病治疗潜能。该文通讯作者为四川大学华西医院国家卫健委移植工程与移植免疫重点实验室刘敬平研究员，第一作者为四川大学华西医院博士研究生王一卓。研究团队长期EV的免疫调控与器官修复再生等作用，已在Science Advances、Advanced Materials、ACS Nano（高被引）、Journal of Extracellular Vesicles、Acta Pharmaceutica Sinica B（封面）、Small（封面）、Journal of Controlled Release等国际期刊发表多项相关研究成果。
营养物质对于维持细胞的正常生长及多种生理过程至关重要。大量研究表明免疫细胞的表型和功能受营养物质如葡萄糖、氨基酸和脂质等利用率及能量代谢状态的调节。因此，作为细胞分泌的天然纳米囊泡，EVs的产量及生物活性与其供体细胞的代谢状态密切相关。该研究通过调整免疫细胞（巨噬细胞，Mφs）培养条件中的营养组分，包括葡萄糖、氨基酸和脂肪酸等，发现其能不同程度地影响巨噬细胞来源EVs（Mφ-EVs）的产量。作为关键营养成分之一，谷氨酰胺（Glutamine, GLN）被选为模型进行更深入研究。首先，相较于常规添加GLN来源的EV（EVGLN+），GLN剥夺或阻断GLN代谢条件下Mφ-EV（EVGLN-）的产量显著增加（~4倍）。EVs发挥生物功能主要依赖于其含有的生物分子。多组学分析发现，M1-Mφ来源的EVGLN-富含多种分子（如蛋白和mRNA等）主要富集于免疫激活相关通路。功能学实验结果显示，EVGLN-相较于EVGLN+具有更强的免疫激活潜能，如逆转免疫抑制型M2极化，激活单核细胞的趋化和促进T细胞活化等。进一步研究发现，GLN剥夺显著改变了M1-Mφ的基因表达谱和代谢谱，诱导细胞系统性代谢重塑，表现为三羧酸（TCA）循环代谢降低，氧化还原代谢失衡，糖代谢和核苷酸代谢增强等，提示GLN剥夺引发的M1-Mφ中能量代谢和氧化还原代谢改变。作为代谢底物，GLN既可通过α-酮戊二酸（α-KG）途径进入TCA循环影响能量代谢，也可通过还原型谷胱甘肽（GSH）途径维持细胞氧化还原平衡。为了验证上述发现，在GLN剥夺条件下分别使用α-KG和GSH前体（NAC）进行了回补实验。结果表明回补GLN代谢可有效抑制由GLN剥夺所致的M1-Mφ的EV产量和免疫激活因子表达升高。因此，GLN剥夺引发的系统性代谢重编程是导致M1-Mφ中EV产量和免疫激活作用同时增高的潜在原因。综上所述，改变培养条件中单一营养组分的可用度足以诱导细胞发生系统代谢重编程，并激活EV产生及其功能分子合成的相关通路，从而实现高效产生具有特定免疫活性的治疗性EVs。作为细胞生长不可或缺的物质，调控营养物代谢便于与其它现有工程化EVs策略有效结合，以协同增强功能性EVs产生，为开发更高效、精准的治疗性EVs提供新的策略。该文章得到了国家自然科学基金和四川大学华西医院1.3.5学科项目的资助。课题组主要进行组织损伤的免疫代谢机制和靶向治疗研究，诚挚欢迎生物医学、药学和材料学等研究领域的研究生和博士后加盟，email：liujingping@scu.edu.cn。
Nutrient availability regulates the secretion and function of immune cell-derived extracellular vesicles through metabolic rewiring.Science advances, 2024,10(7), eadj1290. https://doi.org/10.1126/sciadv.adj1290外泌体资讯网 Science Advances | 四川大学刘敬平团队：揭示细胞营养代谢调控免疫细胞的细胞外囊泡产生及生物活性的重要作用
