心脏移植为终末期心力衰竭患者提供了挽救生命的治疗；然而，缺血再灌注损伤(ischemia reperfusion injury，IRI)和随后的免疫反应仍然是重大挑战。目前的治疗主要针对适应性免疫，但解决IRI和固有免疫激活的方案有限。近日，中山大学陈红波/程芳教授团队，联合南方医科大学孙其鹏教授，在Advanced Materials杂志上发表了一篇题为“Reactive Oxygen Species Responsive Multifunctional Fusion Extracellular Nanovesicles: Prospective Treatments for Acute Heart Transplant Rejection”的研究论文（2024 Jun 22:e2406758.）。该研究开发了一种活性氧(reactive oxygen species, ROS)响应型的携带雷帕霉素(rapamycin，RAPA)的多功能动植物融合纳米囊泡(FNVs@RAPA)，旨在缓解心脏移植早期IRI和Ly6C+Ly6G-炎性巨噬细胞介导的排斥反应，为改善器官移植患者的排斥反应提供具有临床前景的免疫抑制方案。
在心脏移植中，缺血再灌注损伤是不可避免的问题，几乎贯穿了移植的全部过程。在移植器官的获取和储存过程中，代谢供需失衡会引发严重的组织缺氧和微血管功能障碍。随后的再灌注伴随着活性氧簇(reactive oxygen species, ROS)的快速爆发，引发细胞死亡信号通路的过度激活和相应的细胞因子释放，导致移植物损伤，表现为血管破裂、心脏水肿和心肌/内皮损伤。移植物中IRI相关的死亡细胞释放损伤相关分子模式(damage-associated molecular patterns，DAMPs)，通过激活模式识别受体激活受者的先天免疫细胞。这些早期的先天免疫细胞相互作用使受体的适应性免疫系统敏感并激活，导致免疫排斥反应和进一步的移植物功能障碍。越来越多的证据表明，IRI与巨噬细胞极化密切相关。IRI产生的DAMPs被单核细胞上的模式识别受体识别，使其向Ly6C+Ly6G-促炎巨噬细胞极化，进一步激活T细胞介导的急性排斥反应。该团队前期通过单细胞转录组学测序结合流式细胞分析发现了器官移植早期先天性免疫细胞的动态变化规律，其中最显著变化的两群就是Ly6C+Ly6G- M1型炎性巨噬细胞和中性粒细胞。在移植后第五天，Ly6C+Ly6G- M1型炎性巨噬细胞在移植心脏部位比例大幅增加，而中性粒细胞的比例显著下降。于是，该团队进一步分析揭示了免疫排斥早期单核巨噬细胞分化的分子机制，并基于此开发了可有效诱导Ly6C-Ly6G- M2型抑制性巨噬细胞分化的CSF1/CD47双靶点纳米囊泡新型先天性免疫细胞靶向抑制剂来延长了移植生存期。综上表明早期IRI的严重程度和随后的移植物浸润巨噬细胞表型决定了免疫排斥反应和移植物功能的结局。近年来，植物源性囊泡样纳米颗粒（plant-derived vesicle-like nanoparticles，PDVLNs）具有免疫风险低、成本效益高、易于大规模生产等特点，可用作为新型天然的药物载体。同时，PDVLNs本身携带了具有治疗功效的成分，如小分子活性物质、microRNAs等，可用于酒精性肝损伤、自身性免疫疾病、急性肺损伤和肠道菌群失调等多种疾病的治疗。但是，PDVLNs应用于改善器官移植排斥的研究尚未见报道。为了开发新型改善移植过程IRI的药物，该团队对从富含黄酮类的植物（一系列具有保护心血管作用的中草药植物）中提取的PDVLNs进行了抗氧化损伤的功能筛选，从中确定了化橘红（Exocarpium Citri grandis）来源的纳米囊泡（ENVs）具有最佳的抗氧化损伤能力，具有保护移植心脏在移植早期免受IRI的潜能。雷帕霉素（rapamycin，RAPA）作为一种mTOR抑制剂，可促进Ly6C+Ly6G-巨噬细胞向Ly6C-Ly6G-免疫抑制型巨噬细胞极化，从而延长移植物的存活。然而，RAPA由于缺乏组织和细胞的靶向性，其长期使用具有严重的毒副作用，包括肾毒性和肝毒性。这意味着提高RAPA对移植组织和炎症巨噬细胞的靶向性将是一种减轻移植部位免疫排斥反应并改善RAPA不良作用的有前景的方法。在此，他们开发了一种“一箭双雕”的策略，既可以实现RAPA在移植心脏部位的主动积累，又可以靶向递送给移植处的炎症巨噬细胞。首先，为了提高雷帕霉素对移植部位炎性巨噬细胞的靶向性，该研究团队基于前期单细胞转录组测序分析发现在移植物内大量浸润的Ly6C+Ly6G-巨噬细胞中吞噬受体信号LRP1高表达的现象， 构建了一个过表达“吃我”信号钙网蛋白（Calreticulin, CALR）的间充质干细胞（MSC）膜来源的纳米囊泡，并与ENVs融合后负载RAPA，形成载药动植物融合纳米囊泡（FNVs@RAPA）。接着，为了提高FNVs@RAPA对移植心脏的靶向性，他们结合了在缺血再灌注损伤期间释放大量ROS生成的特点和生物正交化学靶向递送的优势，设计了一个ROS响应的Ac4ManAz衍生物（ROS-N3）。在冷缺血再灌注的同种异体心脏移植中，这种ROS响应型生物正交化学方法促进了FNVs@RAPA主动靶向递送至心脏移植部位，有效缓解IRI，并促进Ly6C+Ly6G-炎症巨噬细胞向抗炎表型极化，延长了移植物的存活时间，并展现了良好的治疗安全性。该策略将为开发可在器官移植的早期连续的多个阶段发挥治疗作用的方案提供信息。中山大学药学院（深圳）博士研究生陆杏宇、徐占雪和舒帆为这项研究的共同第一作者，陈红波教授、程芳教授及孙其鹏教授为共同通讯作者。这项工作得到了国家重点研发计划，国家自然科学基金面上项目，广东省自然科学基金，深圳市科技创新计划和中国博士后基金科学基金等项目的支持。Reactive Oxygen Species Responsive Multifunctional Fusion Extracellular Nanovesicles: Prospective Treatments for Acute Heart Transplant Rejection.Advanced Materials. 2024 Jun 22: e2406758. https://doi.org/10.1002/adma.202406758.外泌体资讯网 Adv Mater｜中山大学陈红波/程芳/南方医科大学孙其鹏：活性氧响应型多功能融合胞外纳米囊泡治疗心脏移植急性排斥反应
