装载caspase-1抑制剂的细胞外囊泡通过靶向巨噬细胞改善实验性自身免疫性重症肌无力

Extracellular vesicles encapsulated with caspase-1 inhibitor ameliorate experimental autoimmune myasthenia gravis through targeting macrophages

作者信息Yang Zhou, Tong Du, Chun-Lin Yang, Tao Li, Xiao-Li Li, Wei Liu, Peng Zhang, Jing Dong, Wei-Yue Si, Rui-Sheng Duan, Cong-Cong Wang
PMID37935259
发布时间2023-12
DOI10.1016/j.jconrel.2023.11.006

实验完整度

包含体外细胞共培养、Transwell实验、动物模型(EAMG)和体内外功能验证,以及机制研究,多个独立证据层级。

主要模型

大鼠EAMG模型 骨髓来源巨噬细胞(BMDMs) 脾脏CD4+ T细胞 树突状细胞来源的细胞外囊泡(EVs)

重点核对

大鼠品系(Lewis大鼠)及周龄/体重(6-8周,160-180 g) EAMG诱导肽(AChR97-116)及剂量(75 μg/只) VX-765给药方式与剂量(腹腔注射,80 mg/kg/只,每4天一次) EVs-VX-765给药剂量(20 μg/只,每4天一次) 治疗起止时间(首次免疫后,每4天直至第46天)

摘要

半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白酶-1(caspase-1)是许多炎症相关疾病中的多功能炎症介质。先前研究表明,caspase-1抑制剂在大鼠重症肌无力模型中产生有效的治疗效果。然而,组织毒性和非预期的脱靶效应是限制其作为治疗药物临床应用的主要缺点。本研究表明,树突状细胞来源的细胞外囊泡(EVs)装载caspase-1抑制剂(EVs-VX-765)主要被巨噬细胞吞噬,且caspase-1在巨噬细胞中精确表达。此外,EVs-VX-765通过巨噬细胞依赖性机制表现出优异的治疗效果,并显著抑制白细胞介素-1β水平,进而抑制Th17反应和生发中心(GC)反应。另外,尽管药物装载量远低于常规剂量,EVs-VX-765仍表现出比常规剂量的VX-765更好的治疗效果,从而降低了组织毒性。总之,本研究结果表明,EV介导的caspase-1抑制剂递送对治疗重症肌无力有效,并有望用于临床应用。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
通过装载caspase-1抑制剂的树突状细胞来源细胞外囊泡(EVs-VX-765),能否靶向巨噬细胞并改善实验性自身免疫性重症肌无力(EAMG),同时降低游离药物的组织毒性?
核心机制
EVs-VX-765被巨噬细胞摄取后,抑制caspase-1活性,减少IL-1β产生,进而抑制Th17细胞分化和生发中心反应,减少致病性抗体产生。
主要证据
体外实验显示EVs-VX-765降低巨噬细胞IL-1β水平,抑制CD4+ T细胞中Th17和Tfh17细胞比例;体内实验显示EVs-VX-765降低EAMG大鼠临床评分、抗AChR97-116抗体水平及脾脏中Th17、Tfh、GC B细胞数量。
研究意义
作者提出EV介导的caspase-1抑制剂递送是治疗重症肌无力的有前景策略,因其潜在生物安全性和简单制备方法,具有临床转化潜力。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

EVs的制备与装载VX-765

获得装载caspase-1抑制剂的细胞外囊泡(EVs-VX-765),并验证其结构完整性和药物释放特性。

从大鼠骨髓来源树突状细胞培养上清中通过超速离心获得EVs,通过与VX-765共孵育结合超声法装载药物。通过纳米流式、透射电镜、免疫印迹等表征EVs形态、大小、标志物及纯度,并通过透析法测定药物释放曲线。

2

EVs在体内分布及靶向性验证

验证EVs-VX-765在EAMG大鼠体内的分布,特别是对巨噬细胞的靶向性。

用PKH26标记EVs或EVs-VX-765,通过腹腔注射进入EAMG和健康大鼠,2天后取脾脏和淋巴结,用流式细胞术和免疫荧光检测标记信号在T细胞、B细胞、树突状细胞和巨噬细胞中的分布。

3

体外机制研究

验证EVs-VX-765通过巨噬细胞调节CD4+ T细胞分化的机制,尤其是对Th17的抑制。

将BMDMs与DMSO、VX-765、EVs-VX-765或EVs在LPS刺激下共培养,检测上清IL-1β水平;随后将预处理的BMDMs与脾脏CD4+ T细胞通过Transwell共培养或添加其培养上清,流式检测Th1、Th17、Tfh及Tfh17细胞比例。

4

EAMG模型建立与治疗评价

评估EVs-VX-765对EAMG大鼠的治疗效果及安全性。

通过皮下免疫AChR97-116肽诱导EAMG模型,随机分组后腹腔注射PBS、EVs、VX-765或EVs-VX-765,每4天一次,定期评估临床评分和体重,并在第46天检测血清抗体水平和免疫细胞变化。

5

毒性评估

比较VX-765和EVs-VX-765在体内的组织毒性。

将VX-765和EVs-VX-765腹腔注射至大鼠,并在不同时间点(5、15、30天)收集血清和组织,检测肝肾功能指标(ALT、AST等)并进行组织学检查。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
RPMI 1640培养基Gibco11,875–093
胎牛血清Gibco10099141C
青霉素-链霉素Gibco10,378,016
重组大鼠IL-4Perprotech400–04
重组大鼠GM-CSFNovoproteinCB91
Pierce BCA蛋白定量试剂盒Thermo Scientific23,227
VX-765SelleckS2228
探头超声仪SCIENTZ--
分光光度计MerintonSMA400
透射电子显微镜----
纳米流式细胞仪NanoFCM INCU30
FITC抗CD63抗体eBioscienceMA5–41030
APC抗CD81抗体Biolegend104,909
FITC抗CD86抗体Biolegend200,305
FITC抗CD40抗体eBioscience11–0402-85
APC抗MHC-II抗体eBioscience17–0920-82
FITC抗IgG1同型对照eBioscienceGM4992
APC抗IgG同型对照Biolegend400,991
抗TSG101抗体Proteintech14,497–1-AP
抗ALIX抗体Abcamab186429
抗CD9抗体Proteintech20,597–1-AP
抗Calnexin抗体Proteintech9903–1-Ig
山羊抗小鼠IgG HRPAbcamab7090
山羊抗兔IgG HRPBOSTERBA1050
化学发光HRP底物BeyotimeP0018FS
透析卡Thermo Scientific66,383
PKH26红色荧光染料Sigma-AldrichSLBR8507V
碘克沙醇密度梯度介质--04-03-9392/02
AF488抗CD11b/c抗体Biolegend201,812
FITC抗CD3抗体Biolegend201,403
FITC标记花生凝集素----
激光共聚焦显微镜NikonA1R
PECY7抗B220抗体----
AF647抗CD3抗体Biolegend201,408
FITC抗OX62抗体Biolegend205,505
BD FACSAria II流式细胞仪BD Biosciences--
重组大鼠M-CSFBiolegend556,902
脂多糖Sigma-AldrichL4391
抗大鼠CD3抗体eBioscience16–0030-85
抗大鼠CD28抗体BD554993
TGF-βNovoproteinCK33
IL-6Biolegend760,002
抗FITC磁珠Miltenyi Biotec130–097-050
OctoMACS分离器Miltenyi Biotec130–042–109
Transwell板Corning3413
BV605-Zombie活力染料Biolegend423,104
PECY7抗B220抗体eBioscience25–0460-82
APC抗CD27抗体Biolegend124,212
PE抗CD4抗体Biolegend201,507
CXCR5抗体Abcamab254415
PECY7抗ICOS抗体Biolegend313,520
AF488偶联抗兔IgGAbcamab150077
细胞刺激混合物eBioscience00–4975-03
固定和透化溶液BD Biosciences554,723
Perm/Wash缓冲液BD Biosciences554,722
APC抗IFN-γ抗体Biolegend507,810
APC抗IL-17A抗体eBioscience17–7177-81
R97–116肽China Peptides Co., Ltd.--
生物素偶联兔抗大鼠IgGBiolegend405,428
生物素偶联抗大鼠IgG1抗体Biolegend407,404
生物素偶联抗大鼠IgG2a抗体Biolegend407,504
生物素偶联抗大鼠IgG2b抗体Biolegend408,204
链霉亲和素-辣根过氧化物酶Biossbs-0437P
TMB底物Tiangen Biotechnology--
ALT活性检测试剂盒Nanjing Jiancheng Bioengineering InstituteC009–2-1
AST活性检测试剂盒Nanjing Jiancheng Bioengineering InstituteC010–2-1
大鼠CM-MB ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-R1327c
LDH活性检测试剂盒ElabscienceE-BC-K318-M
尿素比色检测试剂盒ElabscienceE-BC-K183-M
肌酐比色检测试剂盒ElabscienceE-BC-K188-M
AChR97–116肽China Peptides Co., Ltd.--
不完全福氏佐剂Sigma-Aldrich--
异氟烷----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
EAMG模型建立
大鼠品系(Lewis大鼠)、周龄(6-8周)、体重(160-180 g)、AChR97-116肽剂量(75 μg/只)、佐剂成分及用量、免疫途径(皮下)、加强免疫时间(第30天)
阅读提示:Materials and methods: EAMG model establishment and treatment
EVs制备及装载VX-765
EVs来源(BMDCs培养上清)、分离方法(超速离心)、VX-765浓度(100 mg/mL)、EVs用量(20 μg)、超声条件(20%振幅,6s开/4s关,1分钟,2个循环)、装载后药物浓度(约0.5 μg/10^7颗粒)
阅读提示:Materials and methods: Loading therapeutic cargo; Results: Characterization of EVs
细胞培养与处理
BMDMs培养条件(M-CSF浓度10 ng/mL,培养5天)、LPS刺激浓度(1 μg/mL)及时间(18小时)、共培养方式(直接共培养、Transwell、上清处理)、CD4+ T细胞极化条件(anti-CD3/anti-CD28、TGF-β 5 ng/mL、IL-6 50 ng/mL)
阅读提示:Materials and methods: Co-culture Assays and Transwell in vitro
EVs体内分布追踪
PKH26标记浓度及孵育时间、EVs注射剂量(20 μg/只)、注射途径(腹腔)、检测时间(注射后2天)、组织处理及抗体染色方案
阅读提示:Materials and methods: EVs labelling and EVs tracking
EAMG治疗及评估
VX-765给药剂量(80 mg/kg/只)、EVs-VX-765给药剂量(20 μg/只)、给药频率(每4天一次)、给药途径(腹腔注射)、评估时间点(临床评分每日,第46天处死取样)
阅读提示:Materials and methods: EAMG model establishment and treatment; Results: Effects of EVs-VX-765 on EAMG
毒性评估
给药剂量(VX-765 80 mg/kg/只)、给药频率(每4天一次)、观察时间点(5、15、30天)、血清指标检测(ALT、AST、Cr、尿素、LDH、CK-MB)、组织切片及H&E染色
阅读提示:Materials and methods: In vivo toxicity assessment; Results: Toxicity evaluation