首次证明特异性靶向，登上Nature Nanotechnology！
奇物论
2022-07-21
中性粒细胞是宿主防御的第一道防线，通过释放颗粒酶、活性氧和中性粒细胞胞外陷阱 (NETs) 来促进微生物病原体的遏制和破坏。虽然中性粒细胞是先天免疫反应的一个组成部分，但最近的证据支持活化中性粒细胞的无限制募集和功能会延长炎症，并促进病理条件的发展，如血管血栓形成、肿瘤进展、自身免疫性疾病和慢性不愈合伤口。因此，近年来出现了大量研究工作，以开发调节嗜中性粒细胞功能的策略，以作为治疗中性粒细胞驱动的疾病的方法。然而，研究表明，这些方法存在相当大的挑战，主要源于对中性粒细胞基本功能的抑制、治疗剂的有限半衰期以及与全身给药相关的潜在脱靶效应。因此，针对疾病相关、活化、促炎性中性粒细胞的靶向治疗剂可以确保有效的药物半衰期、局部作用和最小的副作用，以治疗中性粒细胞驱动的疾病。靶向药物递送的“纳米医学”方法可以提供这样一种策略，即治疗剂可以包装在纳米颗粒 (NPs) 中，并且可以用特定配体修饰颗粒表面，从而选择性地结合疾病相关的细胞和组织。这种方法在癌症和某种程度上心血管疾病的靶向治疗中具有很高的前景。研究重点是开发以中性粒细胞为靶向的NPs，但目前的靶向方法并非针对活化的中性粒细胞。这为开发中性粒细胞特异性纳米药物平台提供了一个难得的机会。鉴于此，凯斯西储大学Evi X. Stavrou等人创建了一个纳米医学平台，该平台独特地利用 α1-抗胰蛋白酶衍生肽赋予激活的中性粒细胞上的中性粒细胞弹性蛋白酶结合特异性，并首次证明了纳米粒子对活化中性粒细胞的特异性靶向。
为了使 NP 与活化的中性粒细胞和血小板特异性结合，研究人员首先确定了这些细胞表面的结合靶点。对于中性粒细胞，研究人员重点研究了中性粒细胞弹性蛋白酶 (NE)，因为(1)它仅在细胞活化时暴露在中性粒细胞表面上，并且(2)与其他膜结合蛋白（例如整合素）相比，NE仅存在于中性粒细胞，但不在其他白细胞亚群上。尽管NE是由嗜中性粒细胞分泌的，但任何自由循环的 NE 都会被抗蛋白酶迅速而完全地中和。然而，在分泌部位，NE 的毫摩尔浓度超过人 α1-抗胰蛋白酶 (AAT) 的微摩尔浓度。对于血小板靶向，研究人员重点研究了P-选择素，因为它仅在血小板激活时才转移到质膜。为了在活化的中性粒细胞上靶向NE，研究人员设计了一种 14 氨基酸肽(CGEAIPMSIPPEVK)，称为 NE 结合肽 (NEBP)，可与 NE 结合。为了在活化的血小板上靶向 P-选择素，研究人员选择了噬菌体展示生成的肽序列 DAEWVDVS，与天然唾液酸路易斯酸配体相比，它对 P-选择素具有高亲和力和特异性。（1）将两种中性粒细胞特异性配体 NEBP 和源自抗 Ly6G 抗体的抗原结合片段（Fab）结合，形成异多价中性粒细胞靶向NPs（NT-NP）；（2）将NEBP与PBP结合以产生同时结合活化的中性粒细胞-血小板聚集体的异多价 NPs（PNT-NPs）。
图|用于选择性靶向活化中性粒细胞的 NPs 的设计和表征经过体内外研究发现，NT-NPs 在体外和体内可以选择性地结合活化的中性粒细胞。此外，近年来，多项动物和临床研究发现，炎症过程和深静脉血栓形成 (DVT) 有着错综复杂的联系。因此，研究人员假设 PNT-NPs 可用于靶向活化的血小板-中性粒细胞复合物。与 U-NP 相比，用 NEBP 或 PBP 单独修饰NPs均导致NPs对活化的血小板和中性粒细胞的靶向性显著提高。图|NT-NPs 在体外和体内选择性地结合活化的中性粒细胞
图|异多价 NPs 在体外选择性地结合活化的血小板-中性粒细胞复合物上述结果为研究PNT纳米粒是否可以在流动状态下结合DVT相关血栓性生态位以进行潜在药物传递提供了理论依据。为此，研究人员采用了一种定制的DVT微流控模型，其中凝块的形成由固定化组织因子启动，并由阀腔内的低剪切涡流支持。延时视频显微镜显示，与U-NP相比，PNT-NP在瓣膜袋内形成的血栓中的累积显著增加。在早期时间点观察到PNT-NP与招募的血小板和中性粒细胞结合，在几个时间段内，可以在激活的中性粒细胞或血小板之后看到PNT-NP。相比之下，U-NP在净蛋白和纤维蛋白形成之前不会粘附在血栓部位，这表明NP非特异性地被困在血栓生态位内，而不是特异性地与血栓结合。可溶性P-选择素不干扰NP与活化血小板的结合。对于载药 NP 的概念验证 DVT 研究，研究人员选择使用羟氯喹 (HCQ)来进行体内治疗血栓研究。在全身安全性方面，发现无静脉注射的 HCQ 对小鼠具有高度致命性，而静脉注射HCQ_PNT-NPs对生存没有影响。对于治疗研究，显然，与其他组相比，装载 HCQ 的 PNT-NP 导致血栓明显更小。此外，该研究还提供了额外的机制见解，即 HCQ 有效下调中性粒细胞脱粒和 NET 形成。图|PNT-NPs 与血栓炎症部位结合并有效递送治疗性货物以减少血栓大小综上所述，该研究首次证明了对活化中性粒细胞的特异性靶向。尽管其他纳米医学系统报告了中性粒细胞特异性靶向；然而，他们的设计揭示了与其他免疫细胞发生交叉反应的可能性。尽管 NE 可能不是所有中性粒细胞介导疾病的病理生理驱动因素，但其细胞特异性表达、活化中性粒细胞上的明显表面保留和 NET 上的存在已被广泛证明。这些特性赋予 NE 作为“诱饵”的独特能力，捕获靶向 NP 以进行局部药物递送。因此，针对中性粒细胞的靶向策略，专为治疗活化细胞和解决持续炎症而设计，可能是一种安全且高效的方法，可以中和中性粒细胞驱动的有害病理影响，促进愈合并保持先天免疫或止血。Cruz, M.A., Bohinc, D., Andraska, E.A. et al. Nanomedicine platform for targeting activated neutrophils and neutrophil–platelet complexes using an α1-antitrypsin-derived peptide motif. Nat. Nanotechnol. (2022).https://doi.org/10.1038/s41565-022-01161-w
