通过双特异性多价肽工程化间充质基质细胞治疗急性肝衰竭

研究人员为解决间充质基质细胞（MSCs）归巢效率低及过度中性粒细胞浸润问题，开展相关研究，发现工程化 MSCs 可有效治疗急性肝衰竭，有重要意义。

　　在人体的免疫防御体系中，中性粒细胞就像一群勇往直前的 “战士”，当身体某个地方出现炎症，它们会迅速奔赴 “战场”，帮助清除病原体和细胞 debris ，对维持身体的防御机制起着关键作用。然而，就像任何事物都有两面性一样，中性粒细胞的过度浸润却会带来麻烦。在自身免疫性疾病和肝脏疾病等病症中，过度浸润的中性粒细胞会释放大量活性氧（ROS）和中性粒细胞胞外陷阱（NETs），就像失控的 “武器”，反而加剧炎症，对组织造成严重损伤。

间充质基质细胞（MSCs）则是另一群 “修复小能手”，它们具有类似中性粒细胞的归巢机制，能够抵达受损组织，发挥免疫调节、抗炎和促进血管生成等重要作用，在治疗自身免疫性疾病和肝脏疾病方面展现出了巨大的潜力。但尴尬的是，在体外扩增培养的 MSCs，由于在这个过程中丢失了一些关键的归巢相关配体，导致它们的归巢效率大打折扣，就像迷失了方向的 “小蜜蜂”，难以精准地到达需要它们的地方，而且也无法有效地抑制过度的中性粒细胞浸润。

为了攻克这些难题，华南理工大学的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们的研究成果发表在《SCIENCE ADVANCES》上，为相关疾病的治疗带来了新的希望。

在这项研究中，研究人员用到了几个关键的技术方法。首先是 DNA 模板导向的分子组装技术，通过精心设计特定的 DNA 序列，包括 DNA 引发剂（DI）和两个发夹状 DNA 单体（DM1、DM2），利用杂交链式反应（HCR），成功将 P - 选择素结合肽（PBP）和 E - 选择素结合肽（EBP）组装成双特异性多价肽结构。同时，运用单细胞 RNA 测序（scRNA - seq）技术，深入分析细胞在转录组层面的变化，探究工程化 MSCs 发挥作用的潜在机制。

下面来看看具体的研究结果：

1. 双特异性多价肽的合成：研究人员利用 DNA 模板导向的分子组装技术，成功合成了双特异性多价肽。通过一系列的化学反应，将 PBP 和 EBP 分别与 DM1 和 DM2 结合，再经过 HCR 反应，使这些肽组装成多价结构。实验证明，这种多价肽与活化的内皮细胞结合亲和力显著提高，解离常数（K_d）大幅降低，与天然的 P - 选择素糖蛋白配体 - 1（PSGL - 1）结合 P - 选择素的亲和力相当。
2. 工程化 MSCs 的构建：研究人员进一步在 MSCs 表面构建双特异性多价肽，制备出多价 P - 选择素和 E - 选择素结合肽工程化 MSCs（PPE - MSCs），并设置了多个对照组。通过共聚焦荧光成像和流式细胞术分析，证实了多价肽成功修饰在 MSCs 表面，且 PPE - MSCs 表面的荧光强度相比单价修饰的 MSCs 有大幅提升，同时还精确量化了表面肽的数量。此外，实验还表明，PPE - MSCs 在血清环境中比单价修饰的 MSCs 更稳定，能保留更多的表面肽。
3. 细胞表面修饰对 MSCs 功能和体内生物安全性的影响：研究发现，表面修饰后的 MSCs，其凋亡相关基因和分化相关基因的表达水平与天然 MSCs 相比没有明显差异，关键旁分泌因子的分泌也未受影响，增殖能力和生存能力同样保持稳定。在体内生物安全性实验中，给健康小鼠静脉注射工程化 MSCs 后，未发现 T 细胞激活、血液生化指标异常以及组织损伤等情况，表明工程化 MSCs 具有良好的生物安全性。
4. 工程化 MSCs 的靶向黏附和抗中性粒细胞作用：体外实验中，通过将工程化 MSCs 与肿瘤坏死因子 - α（TNF - α）预处理的人脐静脉内皮细胞（HUVECs）共孵育，发现 PPE - MSCs 对 HUVECs 的黏附能力显著增强，且双特异性多价肽具有协同效应，能使 MSCs 的黏附效果优于单价修饰或单靶点修饰的 MSCs。同时，PPE - MSCs 对模拟中性粒细胞的 HL - 60 细胞的黏附具有明显的拮抗作用，随着 PPE - MSCs 黏附数量的增加，HL - 60 细胞的黏附数量逐渐减少。在急性耳炎症小鼠模型中，体内成像显示 PPE - MSCs 能更有效地归巢到炎症部位，且能显著减少受损组织中的中性粒细胞浸润。
5. 工程化 MSCs 在急性肝衰竭（ALF）小鼠模型中的归巢：在 APAP 诱导的 ALF 小鼠模型中，研究人员发现工程化 MSCs 能有效归巢到受损肝脏。通过体内成像和流式细胞术分析，发现 PPE - MSCs 在受损肝脏中的积累数量明显多于其他组，且能逐渐从血管腔扩散到周围组织，表明表面修饰显著增强了 MSCs 对受损肝脏的靶向黏附能力。
6. 工程化 MSCs 对受损肝脏中中性粒细胞浸润的抑制作用：研究表明，APAP 诱导的 ALF 会导致大量中性粒细胞浸润到肝脏，加剧肝细胞凋亡。而工程化 MSCs 治疗后，能显著减少肝脏中的中性粒细胞浸润。通过多种实验方法，如流式细胞术、免疫组化分析等，发现 PPE - MSCs 组的中性粒细胞比例和数量均显著降低，同时还能降低趋化因子受体 CXCR1 和 CXCR2 的基因表达，减少血清中趋化因子 CXCL1 和 CXCL2 的浓度，降低肝脏中 ROS 和 NETs 的水平，有效减轻了组织损伤。
7. 工程化 MSCs 对 ALF 治疗效果的提升：在 ALF 小鼠的治疗实验中，PPE - MSCs 展现出了强大的治疗效果。与其他组相比，接受 PPE - MSCs 治疗的小鼠死亡率最低，血清中谷丙转氨酶（ALT）和谷草转氨酶（AST）水平下降明显，肝组织损伤在治疗 1 天后就显著减轻，4 天后几乎恢复正常。此外，PPE - MSCs 还能有效抑制肝脏组织中的炎症反应，减少肝细胞凋亡，促进肝细胞增殖，改善肝脏免疫微环境，增加调节性 T 细胞（T_reg）的比例，提高抗炎性 M2 巨噬细胞的比例。
8. PPE - MSCs 治疗后 ALF 小鼠肝脏的单细胞转录组分析：通过 scRNA - seq 分析，研究人员发现 PPE - MSCs 治疗后，肝脏中单核细胞和中性粒细胞的比例降低，肝细胞和内皮细胞的比例升高，表明其对肝脏组织修复有积极作用。同时，发现一种特殊的巨噬细胞 Marco_macrophage 比例增加，且其与中性粒细胞之间的相互作用增强，通过 Lair1 - Pira2 和 Cd48 - Cd244a 信号通路抑制中性粒细胞的趋化和迁移，调节炎症反应。

研究结论和讨论部分指出，通过 DNA 模板导向的分子组装构建双特异性多价肽修饰 MSCs，显著增强了 MSCs 的靶向黏附能力和抑制过度中性粒细胞浸润的能力。这种工程化 MSCs 在治疗受损组织方面展现出了巨大的潜力，为基于 MSCs 的组织修复疗法提供了新的思路和方法。未来，研究人员还需进一步探究多肽结构与功能活性之间的关系，明确特定肽触发协同效应的机制，以及深入研究 Marco_macrophage 分化和激活的分子途径和细胞因子谱，为相关疾病的治疗带来更多突破。