納米藥物免疫調(diào)節(jié)治療的研究進展

汪雪峰，Liang Tang， 王 鈞，舒 揚，汪 毅

(1. 江蘇大學附屬醫(yī)院中心實驗室，江蘇 鎮(zhèn)江 212001；2.Department of Biomedical Engineering, University of Texas at San Antonio, San Antonio, TX 78249)

納米藥物免疫調(diào)節(jié)治療的研究進展

汪雪峰1，Liang Tang2， 王 鈞1，舒 揚1，汪 毅1

(1. 江蘇大學附屬醫(yī)院中心實驗室，江蘇 鎮(zhèn)江 212001；2.Department of Biomedical Engineering, University of Texas at San Antonio, San Antonio, TX 78249)

近年來研究發(fā)現(xiàn)，納米粒子技術(shù)平臺為復雜的、難治性的自身免疫或炎癥性疾病的治療帶來一場新的技術(shù)革命，納米粒子結(jié)合特異的自身抗原能重建多種自身免疫病模型的外周免疫耐受，減少免疫病理損傷。該文從納米粒子的理化特征、給藥途徑以及誘導或重建免疫耐受的作用與機制等方面，綜述了近年來自身免疫或炎癥性疾病納米藥物免疫調(diào)節(jié)治療的研究進展和趨勢，為尋求新的治療方法治療炎癥相關疾病提供理論基礎。

納米藥物；免疫調(diào)節(jié)；治療；研究進展;自身免疫；炎癥

誘導抗原特異的免疫耐受可避免傳統(tǒng)的非特異性免疫抑制劑的毒副反應，是目前治療自身免疫或炎癥性疾病的熱點[1]。納米技術(shù)的發(fā)展革新了現(xiàn)代醫(yī)學的診斷和治療。特別是近年來，免疫細胞亞群及其調(diào)節(jié)機制的發(fā)現(xiàn)，結(jié)合安全的、生物相容性的納米粒子技術(shù)平臺，為復雜的、難治性的自身免疫或炎癥性疾病的治療帶來一場新的技術(shù)革命，納米粒子結(jié)合特異的自身抗原能重建多種自身免疫病模型的外周免疫耐受、清除多余的循環(huán)炎癥介質(zhì)、減少免疫病理損傷[2]。而且，納米給藥系統(tǒng)與傳統(tǒng)的游離分子給藥相比，具有靶向性、病變組織藥物的富集、提高藥效、降低毒副反應等多種優(yōu)勢[3]，本文對納米藥物在炎癥性疾病中免疫調(diào)節(jié)治療的研究進展綜述如下。

1 納米粒子的理化特性對免疫治療的影響

納米粒子的大小通常為1～1 500 nm。它們可以由多種化合物組成，包括聚(氨基酸)、多糖、聚(α-羥基酸)，以及非降解化合物包括金、銀、碳、鐵和硅。生物相容性和生物降解性多聚物納米粒子如聚乳酸聚乙醇酸共聚物(polylactide-co-glycolide，PLGA)納米粒子負載的藥物已經(jīng)成功被用于免疫調(diào)節(jié)治療。納米粒子能單獨或結(jié)合小分子藥物(包括免疫抑制劑和化療藥物)、蛋白(包括激素和抗體)、疫苗或免疫耐受性多肽、DNA、miRNA，甚至靶向于規(guī)律成簇間隔短回文重復(clustered regularly interspaced short palindromic repeat, CRISPR)組件進行基因編輯。但納米粒子的理化特性影響其免疫治療反應。

1.1 納米粒子大小、形狀及電荷影響抗原提呈細胞的捕獲 靶向于吞噬細胞是免疫治療的關鍵，但納米粒子經(jīng)吞噬進入細胞后可以由不同的途徑引起不同的免疫反應。在研究HeLa、CHO、CaCo-2、MCF-7細胞系與金、聚苯乙烯、聚合物、硅、鈦、氧化鐵等納米粒子的作用中發(fā)現(xiàn)，捕獲所需的納米粒子，其大小和形狀影響細胞捕獲[4]。在非吞噬細胞中，小于100 nm的納米粒子可有效地經(jīng)細胞內(nèi)褶或網(wǎng)格蛋白介導而內(nèi)吞[5]。球形納米粒子更易被專職的抗原提呈細胞(antigen-presenting cells, APCs)如巨噬細胞(macrophages, Mφ)、樹突狀細胞(dendritic cells, DCs)捕獲，從而影響抗原提呈及其后續(xù)的T細胞反應[6]。

除了納米粒子的大小和形狀，據(jù)報道，納米粒子的電荷也影響APCs的捕獲及其免疫治療反應。與陰離子的納米粒子相比，陽離子納米粒子皮下或黏膜免疫，更易經(jīng)網(wǎng)格蛋白被DCs捕獲，上調(diào)DCs表面共刺激分子的表達，刺激較強的Th1型免疫反應，產(chǎn)生致炎性細胞因子；相反，陰離子納米粒子同樣免疫后，其刺激T、B細胞反應的能力較弱[7]。因而，陽離子納米粒子具有佐劑效應，但臨床應用需抑制其毒副反應。而陰離子納米粒子具有抗炎效應，結(jié)合抗原后能誘導抗原特異性的免疫耐受[8]。而且，這種免疫耐受的誘導與納米粒子靶向于單核/巨噬細胞上的清道夫受體如膠原結(jié)構(gòu)的巨噬細胞受體(macrophage receptor with collagenous structure, MARCO)有關[9]。

1.2 納米粒子硬度及黏附的蛋白影響其免疫治療反應 納米粒子的硬度影響其負載的抗原刺激免疫反應的能力。與液態(tài)的脂質(zhì)體相比，抗原負載的固態(tài)的脂質(zhì)體肌肉內(nèi)免疫可引起強烈的Th1/Th17型免疫反應。固態(tài)納米粒子的免疫刺激能力與固態(tài)的抗原沉積有關，可延長抗原被APCs提呈的時間，上調(diào)APCs表面共刺激分子的表達(如CD80)，致敏T細胞的活化[10]。相反，肌肉內(nèi)注射液態(tài)的脂質(zhì)體則易被機體單核/巨噬細胞快速清除，因而，不能刺激APCs表面共刺激分子的表達，及其對T細胞的致敏反應[10]。

除了納米粒子的硬度外，其黏附的蛋白也可影響其免疫功能。據(jù)報道，結(jié)合到納米粒子表面的蛋白可改變其電荷，改變其靶向于吞噬細胞受體的功能成分，加速其被吞噬細胞清除[11]。因而，目前通常用聚合乙烯乙二醇(polymeric ethylene glycol, PEG)或其低分子量的衍生物聚環(huán)氧乙烷(polyethylene oxide, PEO)包被納米粒子，減少納米粒子表面蛋白的黏附，增加其生物治療的半衰期[12]。

2 納米藥物的給藥途徑影響其免疫治療反應

納米藥物的給藥途徑不同，所引起的免疫反應也不同。皮下、黏膜與肌肉內(nèi)注射的納米藥物將暴露于局部淋巴引流系統(tǒng)，包括遷移的抗原提呈細胞、成纖維細胞等。淋巴管攜帶APCs至局部淋巴結(jié)，在淋巴結(jié)內(nèi)處理和提呈抗原。小于200 nm的納米粒子可自由地經(jīng)皮下、肌肉及黏膜遷移至局部淋巴結(jié)。而大于200 nm的納米粒子將被局部或血液來源的吞噬細胞所吞噬，然后轉(zhuǎn)運至引流淋巴結(jié)。遷移至淋巴結(jié)的納米粒子進入被膜下淋巴竇，在此區(qū)域富含表達CD169的Mφs，該Mφs在脾臟中可與CD8+DCs協(xié)同，刺激較強的CD4+、CD8+T細胞反應[13]。因而，皮下注射納米藥物可有效地刺激所負載抗原特異的T、B細胞反應。

而靜脈內(nèi)注射的納米藥物將優(yōu)先被循環(huán)系統(tǒng)的單核細胞和肝臟、脾臟內(nèi)皮層的吞噬細胞所吞噬。肝臟、脾臟內(nèi)皮層吞噬細胞每天過濾、吞噬來自于血液中的凋亡細胞和其他細胞碎片，在維持外周耐受中起重要作用。因而，納米藥物靜脈途徑給藥，在無佐劑的情況下，可通過調(diào)節(jié)循環(huán)中炎癥性的單核細胞，促進免疫耐受的發(fā)生[6-7]。因而，相較于其它給藥途徑，蛋白或含蛋白的納米藥物靜脈給藥可減少免疫刺激，減少細胞因子釋放綜合征的的發(fā)生[14]。

3 納米藥物的免疫調(diào)節(jié)治療

3.1 抑制單核細胞向炎癥部位遷移治療急性炎癥反應 在感染、低氧、自身免疫和腫瘤中，炎癥性單核細胞募集到炎癥組織需要表達CCL2和其它趨化因子。到達靶組織后，炎癥性單核細胞在不同的細胞因子微環(huán)境下分化為不同的效應細胞，包括DCs、Mφs、甚至小膠質(zhì)細胞表型[15]。據(jù)報道，這些單核細胞除了具有清除組織碎片，參與組織修復的功能外，還可經(jīng)誘導一氧化氮合酶(nitric oxide synthase, NOS2)，表達高水平的NO，增加NADPH氧化酶、組織蛋白酶、髓過氧物酶的表達，在實驗性自身免疫性腦脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis, EAE)、心肌梗死和病毒性腦炎中促進進一步的組織損傷[9,16]。因而，靶向于單核細胞的納米藥物靜脈給藥，調(diào)節(jié)這些單核細胞的功能，可抑制急性炎癥反應。在動物模型中，CCR2 siRNA結(jié)合脂質(zhì)體納米粒子治療動脈粥樣硬化易感小鼠，可減少梗死后心肌中單核細胞數(shù)量及炎癥反應[17]。來自于聚苯乙烯、微粒金鋼石、生物可降解的PLGA免疫調(diào)節(jié)性納米藥物靜脈注射小鼠，經(jīng)MARCO被炎癥性單核細胞捕獲，可抑制單核細胞從脾臟中向炎癥部位遷移，減少心肌梗死、EAE、葡聚糖硫酸鈉誘導的結(jié)腸炎、巰基乙酸鹽誘導的腹膜炎，以及致死性黃病毒腦炎小鼠模型炎癥部位單核細胞的聚集，減輕疾病癥狀，促進組織修復[9]。因而，靶向于炎癥性單核細胞的納米藥物治療在大多數(shù)動物模型的急性炎癥反應中是有效的。

3.2 納米藥物重建自身免疫病的外周免疫耐受 自身免疫病是由于過激的自身反應性T、B細胞反應，破壞了外周的免疫耐受，其治療的關鍵是重建外周免疫耐受。Maldonado等[18]報道，PLGA包裹OVA或髓鞘蛋白139-151多肽(myelin proteolipid protein, PLP139-151)和雷帕霉素(rapamycin)皮下或靜脈注射小鼠，可誘導持久的、抗原特異的免疫耐受，抑制抗原特異的CD4+、CD8+T 細胞，抑制B細胞的活化，誘導抗原特異的調(diào)節(jié)性T細胞(regulatory T cells, Tregs)和B細胞(regulatory B cells, Bregs)。而且，PLGA包裹雷帕霉素和FⅧ多肽的納米藥物治療血友病A小鼠模型，可明顯減少重組人FⅧ治療過程中抗FⅧ中和抗體的產(chǎn)生。因而，耐受性納米藥物治療不僅是一種有效的治療自身免疫病的新方法，還可預防生物治療過程中抗藥物抗體的產(chǎn)生[18]。靜脈注射聚苯乙烯或PLGA負載的PLP139-151可被脾臟邊緣區(qū)表達MARCO的Mφs捕獲，誘導T細胞耐受，預防EAE的發(fā)生[8]。PLGA納米粒子結(jié)合PLP139-151皮下或靜脈免疫EAE小鼠，可預防和治療復發(fā)型EAE的發(fā)生，減少中樞神經(jīng)系統(tǒng)致病性Th1、Th17細胞以及炎癥性單核/Mφs的浸潤[19]。

3.3 納米藥物誘導免疫耐受的機制 在動物模型中，納米藥物誘導免疫耐受受多種因素調(diào)控。首先，納米粒子負載合適的抗原，能靶向于APCs，調(diào)節(jié)T細胞的功能，同時誘導和/或擴增調(diào)節(jié)性T細胞。抗原負載的納米粒子能滅活特異的自身反應性T細胞克隆依賴于抗原傳遞被APCs處理后，能直接被自身反應性T細胞識別[8,18]?？乖禺愋阅褪艿恼T導主要是鑒定疾病相關的抗原及其表位。據(jù)報道，谷氨酸脫羧酶65(glutamic acid decarboxylase 65，GAD65)GAD65121-140、GAD65250-266多肽是1型糖尿病(type 1 diabetes, T1D)致炎性T細胞表位[20]。U1-70K snRNP(U1-70K)蛋白剪接體的131-151氨基酸識別狼瘡患者和狼瘡小鼠CD4+T細胞表位[1]。

其次，靶向于合適的APCs是誘導免疫耐受的關鍵。Cruz等[21]報道，負載OVA抗原的PLGA納米粒子結(jié)合抗CD40、抗DEC205或抗CD11c，靶向于DCs誘導產(chǎn)生高水平的IL-12、IFN-γ，刺激CD8+T細胞的增殖；但是靶向于肝臟、脾臟的Mφs MARCO受體可誘導免疫耐受發(fā)生[8]。脾臟和肝臟中的Mφs表達大量的清道夫受體，在識別、清除死亡的白細胞、紅細胞和其它細胞碎片，維持免疫自穩(wěn)過程中起重要作用。靜脈注射抗原負載的耐受性免疫修飾納米粒子(toleragenic immune modifying nanoparticles, TIMPs)，該納米粒子經(jīng)MARCO受體介導，被Mφs捕獲，Mφs產(chǎn)生IL-10、TGF-β，上調(diào)APCs表面PD-L1、CTLA4的表達，促進自身反應性T細胞的無能和凋亡，同時誘導Tregs的產(chǎn)生[22]。白血病抑制因子 (leukemia inhibitory factor, LIF)負載的PLGA納米粒子可誘導FoxP3+Tregs的擴增，促進心臟移植小鼠移植物的存活[23]。

另一個誘導耐受的機制是納米藥物激活DCs的芳香烴受體，改變DCs的表型，使其分化為耐受型APCs，促進Tregs的活化與擴增[24]。在EAE小鼠模型中，聚乙二醇化的金納米粒子負載芳香烴受體激動劑2-(1′H-吲哚-3′-羰基)-噻唑-4-羧酸甲酯[2-(1′H-indole-3′-carbonyl)-thiazole-4-carboxylic acid methyl ester, ITE]和MOG35-55或PLP139-151體外處理小鼠DCs，可使DCs為耐受表型，促進FoxP3+Tregs的分化，每周腹腔或靜脈注射該納米藥物，可抑制EAE小鼠的發(fā)病[25]。

4 結(jié)論

近年來納米藥物的免疫調(diào)節(jié)治療得到了快速發(fā)展，但仍有很多問題懸而未決。發(fā)展新的生物相容性的多聚物納米材料，以及納米粒子的理化特征與免疫系統(tǒng)的相互作用將是今后研究的熱點。美國的Selecta生物科技公司是一家臨床階段的生物技術(shù)公司，目前正在準備進行納米藥物治療痛風的1b期臨床試驗(http://selectabio.com)。美國Cour制藥公司未來2～3年內(nèi)將陸續(xù)準備進行抗原負載的PLGA納米藥物治療心肌梗死、急性腦炎綜合癥、病毒感染、1型糖尿病、多發(fā)性硬化癥等多種炎癥性疾病的臨床研究(http://www.courpharma.com)。因而，這些納米藥物的組成及其安全性評價將是成功治療的關鍵。

[1] 汪雪峰，董利陽，王 鈞，等. 治療自身免疫性疾病多肽藥物的研究進展[J].中國藥理學通報，2014，30(5)：732-5.

[1] Wang X F, Dong L Y, Wang J, et al. Studies progress on polypeptide for therapy autoimmune disease[J].ChinPharmacolBull，2014，30(5)：732-5.

[2] Smith D M，Simon J K，Baker J R Jr. Applications of nanotechnology for immunology[J].NatRevImmunol，2013，13(8)：592-605.

[3] 袁 媛，孫亞楠，魯傳華. 納米藥物的生物學特點及其機制研究概況[J].中國藥理學通報，2013，29(8): 1180-4.

[3] Yuan Y，Sun Y N，Lu C H. The overview of biological characteristics and mechanism of nano drugs[J].ChinPharmacolBull，2013，29(8)：1180-4.

[4] Shang L，Nienhaus K，Jiang X，et al. Nanoparticle interactions with live cells: quantitative fluorescence microscopy of nanoparticels size effects[J].BeilsteinJNanotechnol，2014，5：2388-97.

[5] Shang L，Nienhaus K，Nienhaus G U. Engineered nanoparticles interacting with cells: size matters[J].JNanobiotechnology，2014，12：5.

[6] Gratton S E，Ropp P A，Pohlhaus P D，et al. The effect of particle design on cellular internalization pathways[J].ProcNatlAcadSciUSA，2008，105(33)：11613-8.

[7] Koppolu B，Zaharoff D A. The effect of antigen encapsulation in chitosan particles on uptake, activation and presentation by antigen presenting cells[J].Biomaterials， 2013，34(9)：2359-69.

[8] Getts D R，Martin A J，McCarthy D P，et al. Microparticles bearing encephalitogenic peptides induce T-cell tolerance and ameliorate experimental autoimmune encephalomyelitis[J].NatBiotechnol，2012，30(12)：1217-24.

[9] Getts D R，Terry R L，Getts M T，et al. Therapeutic inflammatory monocyte modulation using immune-modifying microparticles[J].SciTranslMed，2014，6(219)：219ra7.

[10] Christensen D，Henriksen-Lacey M，Kamath A T，et al. A cationic vaccine adjuvant based on a saturated quaternary ammonium lipid have differentinvivodistribution kinetics and display a distinct CD4 T cell-inducing capacity compared to its unsaturated analog[J].JControlRelease，2012，160(3)：468-76.

[11] Maffre P，Brandholt S，Nienhaus K，et al. Effects of surface functionalization on the adsorption of human serum albumin onto nanoparticles-a fluorescence correlation spectroscopy study[J].BeilsteinJNanotechnol，2014，5：2036-47.

[12] McDonnell T，Ioannou Y，Rahman A. PEGlated drugs in rheumatology -why develop them and do they work[J]?Rheumatology(Oxford)，2014，53(3)：391-6.

[13] Backer R，Schwandt T，Greuter M，et al. Effecive collaboration between marginal metallophilic macrophages and CD8+dendritic cells in the generation of cytotoxic T cells[J].ProcNatlAcadSciUSA，2010，107(1)：216-21.

[14] Wong J，Brugger A，Khare A，et al. Suspensions for intravenous (Ⅳ) injection: a review of development, preclinical and clinical aspects[J].AdvDrugDelivRev，2008，60(8)：939-54.

[15] Getts D R. Editorial to special issue: monocytes in homeostasis and disease[J].CellImmunol，2014，291(1-2)：1-2.

[16] Getts D R，Terry R L，Getts M T，et al. Targeted blockade in lethal West Nile virus encephalitis indicates a crucial role for very late antigen (VLA)-4-dependent recruitment of nitric oxide-producing macrophages[J].JNeuroinflammation，2012，9：246.

[17] Majmudar M D，Keliher E J，Heidt T，et al. Monocyte-directed RNAi targeting CCR2 improves infarct healing in atherosclerosis-prone mice[J].Circulation，2013，127(20)：2038-46.

[18] Maldonado R A，LaMothe R A，F(xiàn)errari J D，et al. Polymeric synthetic nanoparticles for the induction of antigen-specific immunological tolerance[J].ProcNatlAcadSciUSA，2015，112(2)：E156-65.

[19] Hunter Z，McCarthy D P，Yap W T，et al. A biodegradable nanoparticle platform for the induction of antigen-specific immune tolerance for treatment of autoimmune disease[J].ACSNano，2014，8(3)：2147-60.

[20] Chow I T，Yang J，Gates T J，et al. Assessment of CD4+T cell responses to glutamic acid decarboxylase 65 using DQ8 tetramers reveals a pathogenic role of GAD65 121-140 and GAD 250-266 in T1D development[J].PLoSOne，2014，9(11)：e112882.

[21] Cruz L J，Rosalia R A，Kleinovink J W，et al. Targeting nanoparticles to CD40， DEC-205 or CD11c molecules on dendritic cells for efficient CD8(+) T cell response： a comparative study[J].JControlRelease，2014，192：209-18.

[22] Getts D R，McCarthy D P，Miller S D. Exploiting apoptosis for therapeutic tolerance induction[J].JImmunol，2013，191(11)：5341-6.

[23] Park J，Gao W，Whiston R，et al. Modulation of CD4+T lymphocyte lineage outcomes with targeted, nanoparticle-mediated cytokine delivery[J].MolPharm，2011，8(1)：143-52.

[24] Quintana F J，Murugiyan G，F(xiàn)arez M F，et al. An endogenous aryl hydrocarbon receptor ligand acts on dendritic cells and T cells to suppress experimental autoimmune encephalomyelitis[J].ProcNatlAcadSciUSA，2010，107(48)： 20768-73.

[25] Yeste A，Nadeau M，Burns E J，et al. Nanoparticle-mediated co-delivery of myelin antigen and a tolerogenic small molecule suppresses experimental autoimmune encephalomyelitis[J].ProcNatlAcadSciUSA，2012，109(28)：11270-5.

The research progress of nanomedicine for immunomodulation therapy

WANG Xue-feng1, TANG Liang2, WANG Jun1, SHU Yang1, WANG Yi1

(1.DeptofCentralLaboratory,theAffiliatedHospitalofJiangsuUniversity,ZhenjiangJiangsu212001,China; 2.DeptofBiomedicalEngineering,UniversityofTexasatSanAntonio,SanAntonio,TX78249,USA)

Recent studies have showed that nanotechnology provides a new revolution for the treatment of complex, refractory autoimmune or inflammatory diseases. Nanoparticles combined with specific autoantigens can restore the peripheral tolerance and reduce immunopathological damage in a variety of autoimmune disease models. In this paper, we review the progress and trends of nanomedcine for treatment of autoimmune or inflammatory diseases as immunomodulatory therapy from the physical and chemical characteristics of nanoparticles, the route of administration, and the role and mechanism of induction or reconstitution of immune tolerance, which provides a theoretical basis for seeking new treatments to treat inflammatory diseases.

nanomedicine; immunomodulation; therapy; research progress; autoimmune; inflammation

時間：2017-1-13 11:38:00

http://www.cnki.net/kcms/detail/34.1086.R.20170113.1138.006.html

2016-11-05，

2016-12-08

江蘇省自然科學基金資助項目(No BK20141295)；江蘇省“333工程”資助項目(No BRA2014172)；鎮(zhèn)江市社會發(fā)展資助項目(No SH2015033)；鎮(zhèn)江市重點醫(yī)學人才資助項目(2014年)；江蘇大學附屬醫(yī)院科技資助項目(No jdfyRC2015010)；江蘇省高層次衛(wèi)生人才“六個一工程”項目(No LGY2016055)

汪雪峰(1973-)，女，博士，研究員，碩士生導師，研究方向：炎癥性疾病的免疫調(diào)控機制，通訊作者，Tel：0551-85026569，E-mail：xuefengwang@ujs.edu.cn

10.3969/j.issn.1001-1978.2017.02.003

A

1001-1978(2017)02-0158-04

R-05；R364.5；R392.11；R457.2；R593；R943