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據WHO報道，每年約有1/10的住院患者并發由各種病原體所致的感染性疾病[1]。嚴重感染所致的免疫系統紊亂被稱為細胞因子風暴[2]。表現為短時間內免疫細胞高反應狀態及促炎細胞因子(如IL-6和TNF-α)和趨化因子的爆發性釋放，已被認為是嚴重感染后導致患者多器官衰竭和死亡的主要原因之一[3]。
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由嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒2 (SARS-CoV-2)感染所致的COVID-19在全球范圍內引發大規模疫情，已成為重大公共衛生問題。研究指出SARS-CoV-2感染所致的免疫細胞紊亂及大量細胞因子的釋放(如TNF-α和IL-6)是導致患者急性呼吸窘迫綜合征和高死亡率的主要原因(高達~ 9.6%)[4]。臨床迫切需要有效解決細胞因子風暴的治療方法。
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巨噬細胞是參與宿主防御的固有免疫細胞之一，廣泛存在于所有組織，其表型的轉換對免疫穩態的維持具有重要作用。巨噬細胞具有高度異質性，大致可分為兩種亞型：M1型巨噬細胞（主要發揮促炎作用）和M2型巨噬細胞（主要發揮免疫調節及組織修復等作用）。細胞外囊泡(EVs)是由活細胞分泌的 (30~500nm)的納米膜囊泡，攜帶多種親代細胞來源的生物活性分子(蛋白質、核酸、脂類、代謝物等)，具有與親代細胞相似的生物活性[5]，其作為治療制劑具有低免疫原性/毒性和高組織穿透性等優點。然而，M2-EVs在細胞因子風暴中的治療效果及具體機制尚不清楚。
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近期，四川大學華西醫院劉敬平研究員團隊在Journal of Controlled Release雜志上發表題為Peritoneal M2 macrophage-derived extracellular vesicles as natural multitarget nanotherapeutics to attenuate cytokine storms after severe infections的文章，研究揭示腹腔M2巨噬細胞來源的細胞外囊泡(M2-EVs)可作為一種多靶點納米藥物，用于治療病原體（細菌、病毒）感染所致的細胞因子風暴[6]。
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結果
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01 M2-EVs抑制細菌感染所致細胞因子風暴模型中的炎癥水平
不同的來源的巨噬細胞生物活性不同。為了選擇合適的細胞來源，研究人員首先比較了M2型腹腔巨噬細胞及264.7細胞系的抗炎能力，結果表明，原代M2細胞比固定化細胞系具有更強的抗炎功能。
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研究人員分離腹腔M2-EVs并對其進行表征及功能檢測。結果表明M2-EV可通過endocytosis、phagocytosis等多種途徑被巨噬細胞攝取，顯著抑制細菌LPS聯合IFN-γ所致巨噬細胞模型中促炎因子的表達（如TNF-α和IL-6，圖1）。
圖1 體外研究M2-EVs的抗炎作用
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M2-EV進入體內后可到達主要組織臟器（心、肝、脾、肺、腎），被組織巨噬細胞攝?。▓D2）。M2-EV干預可有效降低促炎M1細胞比例、血循環和多器官中促炎因子（如TNF-α和IL-6等）和趨化因子（如ICAM-1等）水平，從而減輕模型動物的氧化應激、細胞死亡和多器官損傷程度（圖3）。
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圖2 M2-EVs的體內生物分布
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圖3 體內研究M2-EVs的抗炎作用
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02 M2-EVs多靶點抑制LPS模型多條促炎通路的激活
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為了進一步揭示M2-EV潛在機制，研究人員分別對EV及EV干預的細胞進行了測序分析及分子學驗證。結果顯示，M2-EVs內含高豐度miRNAs（如miR-23b-3p, miR-378a-3p等）和蛋白（如IL-10, TGF-β等）等免疫調節活性分子， 并將其遞送至促炎型M1-Mφ，通過miRNA-Gene/Gene-Gene網絡多靶點同時抑制炎癥反應中多條促炎通路（如NF-κB、p38 MAPK、JAK/STAT等）的激活，從而發揮免疫調節作用（圖4-5）。
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圖4 M2-EVs干預改變轉錄組表達譜
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圖5 體外研究M2-EVs的抗炎機制
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03 M2-EVs作為納米誘餌阻斷SARS-CoV-2假病毒感染
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有研究指出SARS-CoV-2主要通過其Spike蛋白與細胞表面ACE2（Angiotensin-converting enzyme 2）結合感染細胞。該研究結果表明，M2-EV高表達ACE2受體，可作為潛在納米誘餌（nanodecoy）競爭性結合SARS-CoV-2假病毒，阻斷病毒對細胞的感染，為COVID-19的治療提供新思路。（圖6）。
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圖6 體外研究M2-EVs的抗病毒感染作用
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結論
本文研究報道，腹腔M2巨噬細胞來源的細胞外囊泡(M2-EVs)可作為潛在天然多靶點納米藥物通過遞送多種活性免疫調節分子多靶點調節感染性疾?。毦?、病毒）中多條促炎反應通路的激活，用于治療感染性疾?。毦?、病毒）所致的細胞因子風暴，減輕多器官官損傷。此外，M2-EV還可作為納米誘餌阻斷病毒（如SARS-CoV-2）對細胞的感染。
圖7 本文研究結果示意圖
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四川大學的王一卓為文章的第一作者。
和元生物有幸為本研究提供新冠相關產品和病毒包裝服務，用實際行動助力科學研究！
參考文獻：
[1] B. Allegranzi, S. Bagheri Nejad, C.Combescure, W. Graafmans, H. Attar,L.Donaldson, D. Pittet, Burden of endemic health-care-associated infection in developing countries: systematic review and meta-analysis, Lancet 377 (9761)(2011) 228–241.
[2] R. Karki, T.D. Kanneganti, The ’cytokine storm’: molecular mechanisms and therapeutic prospects, Trends Immunol. 42 (8) (2021) 681–705.
[3] F. Coperchini, L. Chiovato, L. Croce, F. Magri, M. Rotondi, The cytokine storm in COVID-19: An overview of the involvement of the chemokine/chemokine-receptor system, Cytokine Growth Factor Rev. 53 (2020) 25–32.
[4] Y. Guo, T. Li, X. Xia, B. Su, H. Li, Y. Feng, J. Han, X. Wang, L. Jia, Z. Bao, J. Li,Y. Liu, L. Li, Different profiles of antibodies and cytokines were found between severe and moderate COVID-19 patients, Front. Immunol. 12 (2021), 723585.
[5] Y. Wang, M. Zhao, S. Liu, J. Guo, Y. Lu, J. Cheng, J. Liu, Macrophage-derived extracellular vesicles: diverse mediators of pathology and therapeutics in multiple diseases, Cell Death Dis. 11 (10) (2020) 924.
[6] Yizhuo Wang,et al. Peritoneal M2 macrophage-derived extracellular vesicles as natural multitarget nanotherapeutics to attenuate cytokine storms after severe infections,J Control Release.2022 Jul 6;349:118-132.doi: 10.1016/j.jconrel.2022.06.063.
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