慢性炎癥以免疫細胞和組織細胞相互作用為特征，不可逆轉地損害身體組織，是心血管疾病、糖尿病和癌癥等一系列疾病的關鍵危險因素之一。治療慢性炎癥性疾病的一個主要挑戰是開發合適的治療方法，以特定部位的方式安全、具體地直接解決炎癥。常用的抗炎藥（如糖皮質激素）具有多效性，非特異性影響多種途徑并因此伴有毒性、耐藥性和各種嚴重不良反應的問題。此外，全身免疫調節會導致高血壓、骨質疏松癥、肥胖、白內障和糖尿病等疾病。通過細胞因子阻斷、細胞耗竭或細胞表面受體阻斷起作用的生物免疫抑制藥物可提高特異性，并可有效調節免疫應答以阻止某些（但不是所有）患者的疾病進展。然而，這種治療也會導致癌癥、充血性心力衰竭和神經系統事件的惡化以及其他病理狀態。至關重要的是，這些療法中都需要終身持續使用，解決慢性炎癥和恢復組織穩態的臨床選擇仍有待開發。
近日，美國佛羅里達大學生物醫學工程系的Benjamin G. Keselowsky與Gregory A. Hudalla教授合作發表了一項利用半乳糖凝集素錨定藥物實現長久有效免疫調節的相關工作。作者團隊通過將免疫抑制酶吲哚胺2，3-雙加氧酶1（IDO）和半乳糖凝集素-3（Gal3）結合構建了一種融合蛋白，旨在實現患處局部的免疫抑制，進而規避全身性免疫抑制劑對患者造成額外的傷害。這一理念與抗體的作用機制相似，旨在將抑制劑結合在細胞外基質上以實現局部組織保留。Gal3將IDO錨定在組織上，限制了IDO-Gal3的非特異性擴散。在內毒素誘導炎癥、牛皮癬、牙周病和骨關節炎的嚙齒動物模型中，融合蛋白可在發炎組織和關節中駐留約1周，并且在非特異性免疫抑制劑缺失的情況下，使疾病進展和炎癥疼痛有所改善。
IDO-Gal3改善皮膚炎癥：
IDO-Gal3催化Trp轉化為犬尿氨酸，并以與正常組織Gal3相當的親和力結合錨定乳糖。皮下注射IDO-Gal3比單獨注射IDO更好地預防了由局部脂多糖（LPS）激發引起的炎癥。組織學分析表明，用IDO-Gal3預處理減輕了LPS攻擊后的炎癥細胞浸潤。IDO-Gal3預處理阻斷了促炎細胞因子IL-6、IFN-γ和IL-12p35的轉錄，而單純IDO預處理后的表達高于載體對照。局部注射IDO-Gal3也解決了小鼠銀屑病模型中的炎癥。局部每日應用咪喹莫特超過14?d誘導的炎癥，在第5天達到峰值。在第3天皮下注射IDO-Gal3，臨床評分在第8天顯著下降。盡管每天持續給予咪喹莫特，但臨床評分在這段時間內仍然很低。
考慮到內源性細胞IDO基因表達（Ido1）作為正反饋以進一步提高表達的能力。在LPS和銀屑病模型中，用IDO-Gal3治療后對內源性Ido1轉錄物進行了定量。雖然LPS和咪喹莫特激發均誘導內源性Ido1表達，作為對炎癥的預期反應。但IDO-Gal3處理的組織沒有，其水平與基線相當。這些數據表明，IDO-Gal3的外源性供應阻斷了局部組織中炎癥信號傳導和內源性Ido1表達的相關誘導。總之，皮下注射IDO-Gal3在預防和治療方面都改善了皮膚炎癥，在兩種通過不同特異性受體（LPS的CD14/TLR4和咪喹莫特的TLR7）作用的不同炎癥損傷中得到了驗證。
圖 IDO-Gal3抑制炎癥
IDO-Gal3抑制牙周病的進展：
牙周病是一類由局部粘膜炎癥和破骨細胞活化引起的，難以解決的慢性炎癥性疾病，導致粘膜和骨組織破壞。在多微生物牙周病小鼠模型中用預防和治療給藥方案進行評估。NL-Gal3的體內成像顯示牙齦滯留長達120h，而未固定在36h后即無法測量。通過微型計算機斷層掃描（micro-CT）分析來量化牙周病的主要轉歸，即下頜骨缺失。預防性給藥時，下頜下注射可防止骨丟失。IDO-Gal3也抑制牙齦炎癥IL-6和IL-1β以及趨化因子MCP1的表達。通過IDO-Gal3治療，IL-10的產生得到了維持，其中水平更接近未感染小鼠的水平，這表明回歸到了穩態控制。與預防性給藥相比，IDO-Gal3的治療性給藥可觀察到更顯著的骨丟失和炎癥抑制，其中炎性細胞因子IL-12p70、IP-10、KC-17、MIP-2和IL-33受到的影響最大。這些數據共同表明，IDO-Gal3滿足了治療牙周病的臨床治療要求：在不增強細菌積聚的情況下局部調節炎癥，以及即使在疾病進展開始后也能防止下頜骨持續丟失。
圖 IDO-Gal3預防和抑制牙周疾病進展
IDO-Gal3預防創傷后骨關節炎：
創傷后炎性骨關節炎（PTOA）是骨關節炎的一種，通常發生在韌帶或半月板撕裂后，或關節反復過載后。使用循環機械過載PTOA小鼠模型來測試IDO-Gal3減少負荷誘導的炎性關節損傷的能力。關節內注射IDO-Gal3可局部保留，抑制炎癥，避免關節組織破壞。對衰老小鼠的膝蓋施加循環機械負荷，機械損傷和隨后的炎癥導致滑膜炎癥和軟骨降解。24小時成像和注射后第7天結果表明，標記的IDO-Gal3在關節中的保留顯著高于未固定的IDO。每周關節內給予IDO-Gal3阻斷了炎性細胞因子IL-6和IL-12p40在聯合關節組織和引流淋巴結中的基因表達。相反，MMP13和TNF-α的表達在任何一個位置都沒有被調節。至關重要的是，IDO-Gal3降低了負荷誘導的組織學變化。總之，Gal3的結合提供了IDO局部關節滯留能力，有效降低了炎癥基因表達和機械過載誘導的關節結構變化。
圖 IDO-Gal3防止負荷誘導的骨關節炎引起的炎癥基因表達上調和關節結構變化
IDO-Gal3降低已建立PTOA模型中的炎癥：
骨關節炎的疼痛和殘疾與無法修復性關節損傷中的慢性炎癥有關。為了研究單劑量IDO-Gal3治療已建立的OA，使用了手術誘導的PTOA大鼠模型。關節內注射IDO-Gal3可局部保留，抑制關節炎癥，減輕OA相關疼痛，改善大鼠步態。在OA和對側健康關節中給藥，NL-Gal3多天內是可測量的，而在1天后單獨的NL無法測量。NL-Gal3的聯合停留時間（95%衰變）在OA關節中為2d，而在健康關節中為1.3d。術后8周注射IDO-Gal3阻斷了局部炎癥細胞因子的產生，并進一步逆轉了OA相關的觸覺敏感性和代償步態。IDO-Gal3治療將OA關節中炎癥細胞因子IL-6降低到健康關節中的水平。此外，炎癥趨化因子MCP1的局部水平也遵循同樣的趨勢。在第3周使用von Frey實驗對觸覺敏感性進行量化。IDO-Gal3治療在注射后第8天逆轉了肢體超敏反應，持續到第23天。嚙齒動物的步態通過同時進行高速視頻拍攝記錄進行評估。IDO-Gal3處理的大鼠在注射后第16天使用更快的行走速度，并傾向于在注射后的第23天行走更快。值得注意的是，IDO-Gal3和生理鹽水治療在注射后第9、16和24天有顯著差異。總之，這些數據表明，已建立的OA炎癥水平得到了有效的改善，同時OA癥狀也得到了改善。
圖 IDO-Gal3在骨關節炎建立后減少炎癥，降低觸覺超敏反應并改善步態
小結：
作者團隊開發了一種組織錨定酶IDO-Gal3，這種組織錨定酶代表了一類新的抗炎蛋白治療藥物，作為一種新思路對改善治療效果和減少各種局部炎癥疾病的全身副作用具有廣泛的潛在意義。胞漿免疫調節劑IDO被認為是一種具有外源功能和局部可遞送的蛋白質，可直接控制必需氨基酸的代謝，在這里作為系統可用的前藥。與Gal3融合通過與聚糖結合延長了酶的定位和保留，而這種聚糖在哺乳動物組織中普遍表達。跨物種的聚糖同一性使得翻譯無需重新設計人類特定靶標。在多物種和多組織環境中，施用IDO-Gal3可實現四種不同的炎癥環境中有力控制炎癥。治療恢復了穩態，保持了組織的完整性和功能，緩解了炎癥相關的疼痛。在所研究的每個炎癥模型中，IDO-Gal3的給藥均勻阻斷了IL-6，以及許多其他細胞因子和趨化因子，并且沒有誘導全身免疫抑制。
參考文獻：
Evelyn Bracho-Sanchez, Fernanda G Rocha, Sean K Bedingfield, et al. Suppression of local inflammation via galectin-anchored indoleamine 2,3-dioxygenase. Nat Biomed Eng. 2023 May 1.
https://www.nature.com/articles/s41551-023-01025-1
