模块化免疫稳态微粒促进小鼠自身免疫模型中的免疫耐受

Modular immune-homeostatic microparticles promote immune tolerance in mouse autoimmune models.

作者信息Xin Chen, Xiaoshan Yang, Pingyun Yuan, Ronghua Jin, Lili Bao, Xinyu Qiu, Siying Liu, Tao Liu, John Justin Gooding, WanJun Chen, Guozhen Liu, Yongkang Bai, Shiyu Liu, Yan Jin
PMID33692135
发布时间2021-03-10
DOI10.1126/scitranslmed.aaw9668

实验完整度

包含体外细胞实验、DSS诱导结肠炎模型、EAE模型、NOD糖尿病模型等多层级验证,并进行了组分缺失和中和抗体等机制验证。

主要模型

DSS诱导结肠炎小鼠模型 MOG35-55诱导的EAE小鼠模型 NOD/ShiLtJ小鼠糖尿病模型 体外培养的活化T细胞

重点核对

IHM的剂量:20 mg/kg MCP-1的快速释放和FasL的表面修饰 EAE模型中MOG35-55和NOD模型中GAD524-543的负载 EAE模型第14天、结肠炎模型第3天进行静脉注射 TGF-β中和抗体的使用

摘要

The therapeutic goal for autoimmune diseases is disease antigen-specific immune tolerance without nonspecific immune suppression. However, it is a challenge to induce antigen-specific immune tolerance in a dysregulated immune system. In this study, we developed immune-homeostatic microparticles (IHMs) that treat multiple mouse models of autoimmunity via induction of apoptosis in activated T cells and reestablishment of regulatory T cells. Specifically, in an experimental model of colitis, IHMs rapidly released monocyte chemotactic protein-1 after intravenous administration, which recruited activated T cells and then induced their apoptosis by conjugated Fas ligand on the IHM surface. This triggered professional macrophages to ingest apoptotic T cells and produce high quantities of transforming growth factor-β, which drove regulatory T cell differentiation. Furthermore, the modular design of IHMs allowed IHMs to be engineered with the autoantigen peptides that can reduce disease in an experimental autoimmune encephalomyelitis mouse model and a nonobese diabetic mouse model. This was accomplished by sustained release of the autoantigens after induction of T cell apoptosis and transforming growth factor-β production by macrophages, which promoted to establish an immune tolerant environment. Thus, IHMs may be an efficient therapeutic strategy for autoimmune diseases through induction of apoptosis and reestablishment of tolerant immune responses.

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
如何在不进行系统性免疫抑制的情况下,在失调的免疫系统中诱导抗原特异性免疫耐受,以治疗自身免疫性疾病?
核心机制
IHMs通过释放MCP-1招募活化T细胞,并由表面FasL诱导其凋亡;凋亡T细胞被巨噬细胞吞噬后产生TGF-β,进而促进Treg分化;同时缓释自身抗原肽,在富含TGF-β的微环境中诱导抗原特异性Treg,重建免疫耐受。
主要证据
在DSS结肠炎、EAE和NOD糖尿病模型中,IHMs处理降低疾病严重程度、减少炎性细胞浸润、增加Treg比例、降低抗原特异性T细胞增殖和炎症因子分泌;组分缺失和TGF-β中和后效果消失。
研究意义
该研究提供了一种模块化治疗策略,通过替换负载的自身抗原肽,可灵活应用于多种自身免疫性疾病,为诱导体内抗原特异性免疫耐受提供了新方法。

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

IHMs的构建与表征

合成并验证具有快速释放MCP-1和缓释自身抗原、表面修饰FasL能力的免疫稳态微粒。

采用双乳液法制备PAA-PHEMA-PLLA和PLGA聚合物微球,通过酰胺化、开环和点击反应修饰MSNs和PEG,并负载FasL、MCP-1和自身抗原肽;通过NMR、FTIR、SEM、TEM、EDX、TGA、BET等表征其理化性质。

2

体外验证IHMs对活化T细胞的趋化和凋亡诱导

验证IHMs通过MCP-1招募活化T细胞,并通过FasL/Fas途径诱导其凋亡。

使用transwell共培养系统检测T细胞迁移;用Western blot检测凋亡相关蛋白(cleaved caspase-3、Bax、Bcl-2、tBID)表达;用流式细胞术检测Annexin V/PI染色阳性细胞比例。

3

DSS诱导结肠炎模型中的治疗评估

评估IHMs在结肠炎模型中的免疫调节和抗炎作用。

DSS诱导小鼠结肠炎,在第3天静脉注射PBS、PMPC、IHMMCP-1 null或IHMs,监测体重、DAI评分、T细胞亚群、血清细胞因子和结肠组织病理。

4

EAE模型中的抗原特异性免疫耐受验证

验证负载MOG35-55的IHMs能否通过诱导MOG特异性Treg抑制EAE。

免疫MOG35-55建立EAE,第14天静脉注射PBS、IHMOVA或IHMMOG,记录临床评分,检测T细胞凋亡、脊髓病理、脾细胞增殖和细胞因子、脑和脊髓中MOG35-55特异性Treg。

5

NOD糖尿病模型中的抗原特异性免疫耐受验证

验证负载GAD524-543的IHMs能否诱导GAD特异性Treg并阻断糖尿病发展。

对血糖>200 mg/dl的NOD小鼠单次注射IHMGAD、IHMOVA或PBS,监测血糖、胰岛病理、胰腺引流淋巴结中Treg和Th1细胞比例、脾细胞GAD特异性增殖和细胞因子。

6

验证MCP-1、FasL和TGF-β的必要性

确定IHM介导的治疗效果是否依赖于MCP-1、FasL和TGF-β。

使用缺失MCP-1或FasL的IHM变体,以及TGF-β中和抗体处理,观察对T细胞凋亡、组织病理和抗原特异性Treg的影响。

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
PAA-PHEMA-PLLA共聚物----
聚乳酸-羟基乙酸共聚物----
氨基和巯基共功能化介孔二氧化硅纳米颗粒----
双环氧功能化聚乙二醇----
聚乙二醇甲基丙烯酸酯----
单核细胞趋化蛋白-1----
Fas配体----
髓鞘少突胶质细胞糖蛋白35-55肽Ontores--
谷氨酸脱羧酶524-543肽Ontores--
RPMI 1640培养基Gibco--
胎牛血清Gibco--
L-谷氨酰胺Sigma-Aldrich--
青霉素/链霉素----
红细胞裂解液Beyotime BiotechnologyC3702
淋巴细胞分离液Dakewe7211011
PKH26荧光染料Sigma-Aldrich--
CD4+CD25+调节性T细胞分离试剂盒Miltenyi130-091-041
羧基荧光素二乙酸琥珀酰亚胺酯BioLegend423801
ELISA试剂盒Neobioscience--
Annexin-V-FLUOS染色试剂盒Roche--
True-Nuclear转录因子缓冲液套装BioLegend424401
细胞活化鸡尾酒BioLegend423303
抗CD3-APC抗体BioLegend100312
抗IL-17A-PE抗体eBioscience12-7177-81
抗CD4-PE/Cy7抗体BioLegend100528
抗CD25-APC抗体BioLegend102012
抗Foxp3-PE抗体eBioscience126404
抗IFN-γ-PE抗体BioLegend507806
抗CD8-FITC抗体eBioscience11-0081
抗CD19-PE抗体eBioscience12-0193-82
抗CD11b-PerCP/Cy5.5抗体BioLegend101227
抗CD11c-Alexa Fluor 488抗体eBioscience53-0114-82
抗TGF-β中和抗体Bio X CellBE0057
caspase-3抗体Cell Signaling Technology9662
cleaved caspase-3抗体Cell Signaling Technology9661
Bax抗体Cell Signaling Technology2772
Bcl-2抗体Cell Signaling Technology2870
BID抗体R&D SystemsAF860
蛋白酶抑制剂混合物Cell Signaling Technology--
PVDF膜Millipore--
Western Light化学发光检测系统Tanon--
葡聚糖硫酸钠MP Biomedicals--
MOG35-55肽Ontores--
不完全弗氏佐剂----
百日咳毒素Merck--
徕卡RM2235手动旋转切片机Leica--
Cytomics FC 500流式细胞仪Beckman Coulter--
SPSS软件版本25.0----
抗CD3抗体BioLegend100314
抗CD28抗体eBioscience16-0281-85
MOG35-55/I-Ab四聚体MBLTS-M704

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
IHMs的构建
聚合物微球中PAA-PHEMA-PLLA与PLGA的质量比(1:1)
阅读提示:材料与方法:微粒合成
DSS结肠炎模型
DSS浓度(3% w/v)、处理时间(10天)、给药途径(口服饮水)、注射时间(第3天)、剂量(20 mg/kg)
阅读提示:材料与方法:Establishment of an experimental colitis model
EAE模型
MOG35-55剂量(200 μg/只)、注射方式(皮下)、佐剂成分(不完全弗氏佐剂和热灭活结核分枝杆菌4 mg/ml)、百日咳毒素剂量(200 ng/只)、静脉注射时间(第14天)、剂量(20 mg/kg)
阅读提示:材料与方法:EAE induction
NOD糖尿病模型
小鼠品系(NOD/ShiLtJ)、血糖标准(>200 mg/dl治疗,>250 mg/dl判定糖尿病)、单次注射剂量
阅读提示:材料与方法:小鼠、结果图6
T细胞迁移和凋亡实验
T细胞激活抗体浓度(抗CD3和抗CD28均为2 μg/ml)、共培养时间(24小时)、IHM浓度(0.1 μg/μl)、凋亡检测时间(6小时)
阅读提示:材料与方法:Cell migration(chemotaxis)assay、结果图2