纳米药物免疫调节治疗的研究进展

汪雪峰，Liang Tang， 王 钧，舒 扬，汪 毅

(1. 江苏大学附属医院中心实验室，江苏 镇江 212001；2.Department of Biomedical Engineering, University of Texas at San Antonio, San Antonio, TX 78249)

纳米药物免疫调节治疗的研究进展

汪雪峰1，Liang Tang2， 王 钧1，舒 扬1，汪 毅1

(1. 江苏大学附属医院中心实验室，江苏 镇江 212001；2.Department of Biomedical Engineering, University of Texas at San Antonio, San Antonio, TX 78249)

近年来研究发现，纳米粒子技术平台为复杂的、难治性的自身免疫或炎症性疾病的治疗带来一场新的技术革命，纳米粒子结合特异的自身抗原能重建多种自身免疫病模型的外周免疫耐受，减少免疫病理损伤。该文从纳米粒子的理化特征、给药途径以及诱导或重建免疫耐受的作用与机制等方面，综述了近年来自身免疫或炎症性疾病纳米药物免疫调节治疗的研究进展和趋势，为寻求新的治疗方法治疗炎症相关疾病提供理论基础。

纳米药物；免疫调节；治疗；研究进展;自身免疫；炎症

诱导抗原特异的免疫耐受可避免传统的非特异性免疫抑制剂的毒副反应，是目前治疗自身免疫或炎症性疾病的热点[1]。纳米技术的发展革新了现代医学的诊断和治疗。特别是近年来，免疫细胞亚群及其调节机制的发现，结合安全的、生物相容性的纳米粒子技术平台，为复杂的、难治性的自身免疫或炎症性疾病的治疗带来一场新的技术革命，纳米粒子结合特异的自身抗原能重建多种自身免疫病模型的外周免疫耐受、清除多余的循环炎症介质、减少免疫病理损伤[2]。而且，纳米给药系统与传统的游离分子给药相比，具有靶向性、病变组织药物的富集、提高药效、降低毒副反应等多种优势[3]，本文对纳米药物在炎症性疾病中免疫调节治疗的研究进展综述如下。

1 纳米粒子的理化特性对免疫治疗的影响

纳米粒子的大小通常为1～1 500 nm。它们可以由多种化合物组成，包括聚(氨基酸)、多糖、聚(α-羟基酸)，以及非降解化合物包括金、银、碳、铁和硅。生物相容性和生物降解性多聚物纳米粒子如聚乳酸聚乙醇酸共聚物(polylactide-co-glycolide，PLGA)纳米粒子负载的药物已经成功被用于免疫调节治疗。纳米粒子能单独或结合小分子药物(包括免疫抑制剂和化疗药物)、蛋白(包括激素和抗体)、疫苗或免疫耐受性多肽、DNA、miRNA，甚至靶向于规律成簇间隔短回文重复(clustered regularly interspaced short palindromic repeat, CRISPR)组件进行基因编辑。但纳米粒子的理化特性影响其免疫治疗反应。

1.1 纳米粒子大小、形状及电荷影响抗原提呈细胞的捕获 靶向于吞噬细胞是免疫治疗的关键，但纳米粒子经吞噬进入细胞后可以由不同的途径引起不同的免疫反应。在研究HeLa、CHO、CaCo-2、MCF-7细胞系与金、聚苯乙烯、聚合物、硅、钛、氧化铁等纳米粒子的作用中发现，捕获所需的纳米粒子，其大小和形状影响细胞捕获[4]。在非吞噬细胞中，小于100 nm的纳米粒子可有效地经细胞内褶或网格蛋白介导而内吞[5]。球形纳米粒子更易被专职的抗原提呈细胞(antigen-presenting cells, APCs)如巨噬细胞(macrophages, Mφ)、树突状细胞(dendritic cells, DCs)捕获，从而影响抗原提呈及其后续的T细胞反应[6]。

除了纳米粒子的大小和形状，据报道，纳米粒子的电荷也影响APCs的捕获及其免疫治疗反应。与阴离子的纳米粒子相比，阳离子纳米粒子皮下或黏膜免疫，更易经网格蛋白被DCs捕获，上调DCs表面共刺激分子的表达，刺激较强的Th1型免疫反应，产生致炎性细胞因子；相反，阴离子纳米粒子同样免疫后，其刺激T、B细胞反应的能力较弱[7]。因而，阳离子纳米粒子具有佐剂效应，但临床应用需抑制其毒副反应。而阴离子纳米粒子具有抗炎效应，结合抗原后能诱导抗原特异性的免疫耐受[8]。而且，这种免疫耐受的诱导与纳米粒子靶向于单核/巨噬细胞上的清道夫受体如胶原结构的巨噬细胞受体(macrophage receptor with collagenous structure, MARCO)有关[9]。

1.2 纳米粒子硬度及黏附的蛋白影响其免疫治疗反应 纳米粒子的硬度影响其负载的抗原刺激免疫反应的能力。与液态的脂质体相比，抗原负载的固态的脂质体肌肉内免疫可引起强烈的Th1/Th17型免疫反应。固态纳米粒子的免疫刺激能力与固态的抗原沉积有关，可延长抗原被APCs提呈的时间，上调APCs表面共刺激分子的表达(如CD80)，致敏T细胞的活化[10]。相反，肌肉内注射液态的脂质体则易被机体单核/巨噬细胞快速清除，因而，不能刺激APCs表面共刺激分子的表达，及其对T细胞的致敏反应[10]。

除了纳米粒子的硬度外，其黏附的蛋白也可影响其免疫功能。据报道，结合到纳米粒子表面的蛋白可改变其电荷，改变其靶向于吞噬细胞受体的功能成分，加速其被吞噬细胞清除[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环氧乙烷(polyethylene oxide, PEO)包被纳米粒子，减少纳米粒子表面蛋白的黏附，增加其生物治疗的半衰期[12]。

2 纳米药物的给药途径影响其免疫治疗反应

纳米药物的给药途径不同，所引起的免疫反应也不同。皮下、黏膜与肌肉内注射的纳米药物将暴露于局部淋巴引流系统，包括迁移的抗原提呈细胞、成纤维细胞等。淋巴管携带APCs至局部淋巴结，在淋巴结内处理和提呈抗原。小于200 nm的纳米粒子可自由地经皮下、肌肉及黏膜迁移至局部淋巴结。而大于200 nm的纳米粒子将被局部或血液来源的吞噬细胞所吞噬，然后转运至引流淋巴结。迁移至淋巴结的纳米粒子进入被膜下淋巴窦，在此区域富含表达CD169的Mφs，该Mφs在脾脏中可与CD8+DCs协同，刺激较强的CD4+、CD8+T细胞反应[13]。因而，皮下注射纳米药物可有效地刺激所负载抗原特异的T、B细胞反应。

而静脉内注射的纳米药物将优先被循环系统的单核细胞和肝脏、脾脏内皮层的吞噬细胞所吞噬。肝脏、脾脏内皮层吞噬细胞每天过滤、吞噬来自于血液中的凋亡细胞和其他细胞碎片，在维持外周耐受中起重要作用。因而，纳米药物静脉途径给药，在无佐剂的情况下，可通过调节循环中炎症性的单核细胞，促进免疫耐受的发生[6-7]。因而，相较于其它给药途径，蛋白或含蛋白的纳米药物静脉给药可减少免疫刺激，减少细胞因子释放综合征的的发生[14]。

3 纳米药物的免疫调节治疗

3.1 抑制单核细胞向炎症部位迁移治疗急性炎症反应 在感染、低氧、自身免疫和肿瘤中，炎症性单核细胞募集到炎症组织需要表达CCL2和其它趋化因子。到达靶组织后，炎症性单核细胞在不同的细胞因子微环境下分化为不同的效应细胞，包括DCs、Mφs、甚至小胶质细胞表型[15]。据报道，这些单核细胞除了具有清除组织碎片，参与组织修复的功能外，还可经诱导一氧化氮合酶(nitric oxide synthase, NOS2)，表达高水平的NO，增加NADPH氧化酶、组织蛋白酶、髓过氧物酶的表达，在实验性自身免疫性脑脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis, EAE)、心肌梗死和病毒性脑炎中促进进一步的组织损伤[9,16]。因而，靶向于单核细胞的纳米药物静脉给药，调节这些单核细胞的功能，可抑制急性炎症反应。在动物模型中，CCR2 siRNA结合脂质体纳米粒子治疗动脉粥样硬化易感小鼠，可减少梗死后心肌中单核细胞数量及炎症反应[17]。来自于聚苯乙烯、微粒金钢石、生物可降解的PLGA免疫调节性纳米药物静脉注射小鼠，经MARCO被炎症性单核细胞捕获，可抑制单核细胞从脾脏中向炎症部位迁移，减少心肌梗死、EAE、葡聚糖硫酸钠诱导的结肠炎、巯基乙酸盐诱导的腹膜炎，以及致死性黄病毒脑炎小鼠模型炎症部位单核细胞的聚集，减轻疾病症状，促进组织修复[9]。因而，靶向于炎症性单核细胞的纳米药物治疗在大多数动物模型的急性炎症反应中是有效的。

3.2 纳米药物重建自身免疫病的外周免疫耐受 自身免疫病是由于过激的自身反应性T、B细胞反应，破坏了外周的免疫耐受，其治疗的关键是重建外周免疫耐受。Maldonado等[18]报道，PLGA包裹OVA或髓鞘蛋白139-151多肽(myelin proteolipid protein, PLP139-151)和雷帕霉素(rapamycin)皮下或静脉注射小鼠，可诱导持久的、抗原特异的免疫耐受，抑制抗原特异的CD4+、CD8+T 细胞，抑制B细胞的活化，诱导抗原特异的调节性T细胞(regulatory T cells, Tregs)和B细胞(regulatory B cells, Bregs)。而且，PLGA包裹雷帕霉素和FⅧ多肽的纳米药物治疗血友病A小鼠模型，可明显减少重组人FⅧ治疗过程中抗FⅧ中和抗体的产生。因而，耐受性纳米药物治疗不仅是一种有效的治疗自身免疫病的新方法，还可预防生物治疗过程中抗药物抗体的产生[18]。静脉注射聚苯乙烯或PLGA负载的PLP139-151可被脾脏边缘区表达MARCO的Mφs捕获，诱导T细胞耐受，预防EAE的发生[8]。PLGA纳米粒子结合PLP139-151皮下或静脉免疫EAE小鼠，可预防和治疗复发型EAE的发生，减少中枢神经系统致病性Th1、Th17细胞以及炎症性单核/Mφs的浸润[19]。

3.3 纳米药物诱导免疫耐受的机制 在动物模型中，纳米药物诱导免疫耐受受多种因素调控。首先，纳米粒子负载合适的抗原，能靶向于APCs，调节T细胞的功能，同时诱导和/或扩增调节性T细胞。抗原负载的纳米粒子能灭活特异的自身反应性T细胞克隆依赖于抗原传递被APCs处理后，能直接被自身反应性T细胞识别[8,18]。抗原特异性耐受的诱导主要是鉴定疾病相关的抗原及其表位。据报道，谷氨酸脱羧酶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细胞表位[20]。U1-70K snRNP(U1-70K)蛋白剪接体的131-151氨基酸识别狼疮患者和狼疮小鼠CD4+T细胞表位[1]。

其次，靶向于合适的APCs是诱导免疫耐受的关键。Cruz等[21]报道，负载OVA抗原的PLGA纳米粒子结合抗CD40、抗DEC205或抗CD11c，靶向于DCs诱导产生高水平的IL-12、IFN-γ，刺激CD8+T细胞的增殖；但是靶向于肝脏、脾脏的Mφs MARCO受体可诱导免疫耐受发生[8]。脾脏和肝脏中的Mφs表达大量的清道夫受体，在识别、清除死亡的白细胞、红细胞和其它细胞碎片，维持免疫自稳过程中起重要作用。静脉注射抗原负载的耐受性免疫修饰纳米粒子(toleragenic immune modifying nanoparticles, TIMPs)，该纳米粒子经MARCO受体介导，被Mφs捕获，Mφs产生IL-10、TGF-β，上调APCs表面PD-L1、CTLA4的表达，促进自身反应性T细胞的无能和凋亡，同时诱导Tregs的产生[22]。白血病抑制因子 (leukemia inhibitory factor, LIF)负载的PLGA纳米粒子可诱导FoxP3+Tregs的扩增，促进心脏移植小鼠移植物的存活[23]。

另一个诱导耐受的机制是纳米药物激活DCs的芳香烃受体，改变DCs的表型，使其分化为耐受型APCs，促进Tregs的活化与扩增[24]。在EAE小鼠模型中，聚乙二醇化的金纳米粒子负载芳香烃受体激动剂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体外处理小鼠DCs，可使DCs为耐受表型，促进FoxP3+Tregs的分化，每周腹腔或静脉注射该纳米药物，可抑制EAE小鼠的发病[25]。

4 结论

近年来纳米药物的免疫调节治疗得到了快速发展，但仍有很多问题悬而未决。发展新的生物相容性的多聚物纳米材料，以及纳米粒子的理化特征与免疫系统的相互作用将是今后研究的热点。美国的Selecta生物科技公司是一家临床阶段的生物技术公司，目前正在准备进行纳米药物治疗痛风的1b期临床试验(http://selectabio.com)。美国Cour制药公司未来2～3年内将陆续准备进行抗原负载的PLGA纳米药物治疗心肌梗死、急性脑炎综合症、病毒感染、1型糖尿病、多发性硬化症等多种炎症性疾病的临床研究(http://www.courpharma.com)。因而，这些纳米药物的组成及其安全性评价将是成功治疗的关键。

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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

时间：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

江苏省自然科学基金资助项目(No BK20141295)；江苏省“333工程”资助项目(No BRA2014172)；镇江市社会发展资助项目(No SH2015033)；镇江市重点医学人才资助项目(2014年)；江苏大学附属医院科技资助项目(No jdfyRC2015010)；江苏省高层次卫生人才“六个一工程”项目(No LGY2016055)

汪雪峰(1973-)，女，博士，研究员，硕士生导师，研究方向：炎症性疾病的免疫调控机制，通讯作者，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