空军军医大学开发新策略，改善衰老个体的血管移植

近日，空军军医大学的研究团队阐明了自噬在巨噬细胞极化中的作用及其对衰老个体内血管重塑的影响。他们开发出一种新的抗炎治疗策略，有望为老年人血管移植的临床转化开辟新的途径。

　　

近年来，随着心血管疾病的流行，人们对血管移植物的需求不断增加。不过，在人体衰老后，再生能力下降且炎症加重，大大限制了血管再生的效果。巨噬细胞作为免疫微环境中重要的效应细胞之一，在生物材料介导的修复过程中发挥重要作用。以往的研究强调了自噬在血管老化中起作用，并且能调节巨噬细胞的极化，不过背后的具体机制尚未完全阐明。

近日，空军军医大学的研究团队阐明了自噬在巨噬细胞极化中的作用及其对衰老个体内血管重塑的影响。这项成果于10月发表在《Bioactive Materials》杂志上，开发出一种新的抗炎治疗策略，有望为老年人血管移植的临床转化开辟新的途径。

聚癸二酸甘油酯-聚己内酯（PGS-PCL）血管移植物是一种新型的合成移植物，可利用宿主自身的再生能力原位转化为血管样结构。不过，尽管PGS-PCL移植物在幼龄大鼠中成功再生了小口径动脉，但老龄大鼠的血管重塑却状况不佳，甚至失败。研究表明，伴随着衰老的炎症大大影响了组织修复。如何为老年人设计出一种更好的血管移植物，这是一个新课题。

这项研究的思路是在PGS-柠檬酸钠支架的基础上，将自噬靶向药物（雷帕霉素和3-MA）掺入移植物的PCL鞘中，制备出免疫调节的血管移植物，并分析巨噬细胞浸润和自噬。之后在自噬抑制和自噬激活状态下分别评估老龄大鼠动脉的再生潜力，以确定哪种血管移植物更适合衰老个体（图1）。

图1. 实验流程的示意图

衰老导致巨噬细胞的自噬减少

为了评估衰老对血管重塑的不利影响，研究人员首先将PGS-PCL移植物植入15只老龄大鼠和15只幼龄大鼠的腹主动脉中。他们发现，随着年龄的增长，弹性蛋白的产生受损且纤维化加剧，导致PGS-PCL移植物生成的新动脉出现严重的动脉瘤或动脉钙化。

考虑到自噬与衰老密切相关，研究人员接着开始评估巨噬细胞中的自噬水平。以往的研究发现，衰老巨噬细胞中的自噬减少，导致其功能下降和异常的炎性因子产生，这凸显了自噬能够调节与衰老相关的炎症。在此，他们证实了这一点。对于血管移植物招募的巨噬细胞，衰老的确会破坏其自噬。

一些最新证据表明，自噬可以在不同的炎症条件下调节巨噬细胞的极化。对此，他们也开展了实验。结果表明，与幼龄组相比，老龄组的iNOS+/CD68+细胞比例显著增加，而CD206+/CD68+细胞比例降低，说明巨噬细胞向着促炎表型极化。从这些结果可以看出，衰老后巨噬细胞的自噬减少和促炎极化之间存在正相关。

自噬可调节巨噬细胞极化和生物材料降解

本研究所用的PGS-PCL移植物由PGS-盐支架和包裹在外面的超薄PCL鞘组成。为了获得合适的载药效率和抗血栓形成能力，研究人员在制备PGS-盐混合管时用柠檬酸钠来取代氯化钠（图2）。之后，他们将雷帕霉素（自噬激活剂）或3-MA（自噬抑制剂）掺入PCL鞘中，另外以掺入PBS作为对照。为了检验巨噬细胞的作用，他们还使用了一种GFP+巨噬细胞，它们来源于赛业生物提供的GFP转基因SD大鼠。

 
图2. 制作血管移植物的示意图

为了检测迁移到血管移植物的细胞中的自噬流，他们在移植两周后对自噬标志物LC3等多个标志物进行免疫染色。显然，PBS和雷帕霉素组检测到LC3阳性，而3-MA则显著抑制其表达。与PBS组相比，雷帕霉素组呈现出更高比例的LC3阳性细胞，显示雷帕霉素对自噬具有促进作用。此外，LC3阳性细胞主要是CD68+巨噬细胞，这表明巨噬细胞是雷帕霉素的主要效应物，自噬主要发生在巨噬细胞中。

那么，巨噬细胞自噬对体内材料的降解有何影响？他们在植入后两周和六个月分析了载有PBS、雷帕霉素和3-MA的移植物生成的新动脉。两周时的染色结果表明，PBS和雷帕霉素组中的多孔PGS几乎完全降解，但3-MA组中的降解显著延迟。到了六个月，所有组中的PGS已经完全降解。这些结果表明，巨噬细胞的自噬抑制显著延缓了体内物质的降解。

接下来，研究人员又分析了调节巨噬细胞的自噬对巨噬细胞极化有何影响。他们在PBS、雷帕霉素和3-MA移植物中接种了巨噬细胞，并分析其极化。结果表明，自噬的激活促进了巨噬细胞的抗炎极化，而自噬的受损促进了巨噬细胞的促炎极化（图3）。另一种自噬诱导剂海藻糖的实验进一步证实了上述结果。

图3. 自噬的药理学操控调节了巨噬细胞极化

此外，PGS-PCL移植物中的雷帕霉素在两周后增强了成肌细胞的招募，并在六个月内促进其向平滑肌细胞分化。后续分析表明，在血管移植物中加入自噬激活剂雷帕霉素可促进衰老个体平滑肌细胞中的弹性蛋白产生，而自噬抑制剂3-MA则加剧了移植物的纤维化和钙化。

结语

研究人员表示，他们通过操控巨噬细胞的自噬成功改善了衰老个体中的血管再生，并证实了自噬在移植物降解和巨噬细胞极化中的作用。他们认为，雷帕霉素有望作为一种安全有效的药物，用于血管移植物的抗炎治疗。这项工作开发出一种新的抗炎治疗策略，未来有望应用于临床。

原文检索

Wanli Chen, Weiwei Xiao, Xuzheng Liu, Pingping Yuan, Siqian Zhang, Yinggang Wang, Wei Wu. Pharmacological manipulation of macrophage autophagy effectively rejuvenates the regenerative potential of biodegrading vascular graft in aging body. Bioactive Materials, 2021. https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2021.09.027.