風性關節炎 (GA) 是一種炎癥性關節炎，其發病率具有區域性和種族相關性（~1% 至 >10%）。高尿酸血癥 (HUA) 是誘發 GA 的主要元兇，會導致劇烈疼痛和并發癥。尿酸酶 (URI) 和重組或聚乙二醇化URI可以降解尿酸，毒性明顯低于一線化療。然而，高免疫原性、有害的催化副產物、抗藥抗體的出現和炎癥免疫微環境 (IIMe) 會從根本上降低治療效果。不幸的是，臨床上使用的抗炎藥物在長期使用和抗藥抗體的作用下也會出現嚴重的副作用。從藥物的角度來看，由于這些藥物在炎癥關節中積累較差，因此快速失活、脫靶分布和溶酶體降解限制了所有這些藥物的功效。此外，尚未有用于 GA 治療的納米系統進入臨床試驗，可能是因為它們的療效不令人滿意、副作用很大并且沒有靶向性。
因此，重慶醫科大學張景勍、四川大學張凌、重慶醫科大學附屬大學城醫院譚群友等人試圖合理設計一種能夠重塑 IIMe、降低尿酸和刺激組織修復的智能靶向遞送系統。首先，M2 巨噬細胞衍生的外泌體 ([E2]) 是有吸引力的涂層候選材料，因為它們強烈地將促炎性 M1 巨噬細胞重編程為抗炎性 M2 巨噬細胞。然而，[E2] 的生產產量和藥物負載能力較低。因此，研究人員嘗試將 M2 巨噬細胞膜 ([M2]) 與[E2] 融合以生成 [EM2]，因為 [M2] 更容易大量生成，并且具有良好的炎癥趨向性和溫和的吸收炎癥細胞因子的能力。鉑納米粒子也是有價值的材料，因為它們既表現出過氧化氫酶樣和 URI 樣活性，又具有光熱和抗炎作用，因為光熱療法通過上調熱休克蛋白和緩激肽受體，以及促進炎癥細胞壞死或焦亡來緩解類風濕性關節炎或骨關節炎的疼痛。最后，白藜蘆醇 (RES) 通過作用于多個靶點（包括 sirtuins 和炎癥小體）表現出抗炎和免疫調節特性。因此，RES 可能與 URI 結合減弱抗藥抗體，并協助 [EM2] 重塑 IIMe 并限制炎癥。
鑒于此，研究人員開發了一種新的納米酶（用透明質酸和聚多巴胺修飾的鉑納米粒子，PtHD），它具有更好的分散性、穩定性、光熱、抗炎和免疫作用等。然后，研究人員制作了一個脂質體納米反應器（D-N），它由一個水核和一個脂質殼組成，水核中包裹著水溶性、水分散性的URI-PtHD級聯雙酶，脂質殼中含有親脂性RES。URI-PtHD不僅可以去除有害的尿酸和過氧化物酶，還可以改善缺氧的IIMe。最后，用[EM2]（D-N[EM2]）偽裝D-N，通過免疫監視偽裝、靶細胞結合和溶酶體逃逸將藥物輸送到炎癥關節。D-N[EM2]幾乎沒有免疫原性。D-N[EM2]治療具有適當的安全性，不僅可以有效消除尿酸和過氧化物酶，還可以重新編程細胞內和細胞外的IIMe，并通過使M1到M2巨噬細胞重新極化、調節細胞因子、消除活性氧（ROS）等重塑免疫屏障。顯然，該納米系統中的幾乎每個組件都發揮著不止一種作用，這種情況通常會導致組件相互補償，從而形成一個緊湊且“經濟高效”的系統。例如，PtHD 既提供光熱轉換能力，又提供催化活性。對于巨噬細胞調節，RES 使微噬細胞重新極化，而光熱轉換有助于清除未轉化的促炎性巨噬細胞。憑借這種協同作用，這種混合外泌體隱形智能系統可刺激多模態酶熱療免疫療法，實現安全有效的 GA 治療。混合外泌體由來自相同亞型細胞的外泌體和膜組成，可用于生物醫學應用，具有更好的轉化潛力和良好的多功能性。研究人員通過電子顯微鏡觀察到鉑基納米粒子（PtHDs）是球形且表面粗糙，有助于增加催化面積。這些納米粒子的尺寸約為100 nm，帶有負電荷。通過高分辨率電子顯微鏡和X射線分析，確認了PtHDs的晶體結構和元素組成，包括鉑、碳、氮和氧。這些納米粒子在催化分解過氧化氫和氧化尿酸方面表現出顯著活性，并在近紅外光照射下產生有效的光熱效應。D-N[EM2]是一種新型納米結構，由脂質核心和混合膜外殼組成，尺寸約為123 nm，帶負電荷。這種結構通過能量轉移實驗顯示出與其他分子的顯著相互作用。它繼承了兩種前體分子的特征蛋白，并能夠與白蛋白結合，但結合力較弱，這有助于其靶向能力。在催化性能方面，D-N[EM2]比傳統尿酸酶（URI）更優越，具有更高的活性和穩定性，最適工作溫度為37°C，pH值為9.0。它對尿酸的親和力強，Km值小，表明其催化效率更高。D-N[EM2]在蛋白酶處理后活性保持良好，并且能夠保護尿酸酶不被滅活。此外，D-N[EM2]對環境變化如溫度和血漿的影響具有較高的抵抗力，儲存和使用過程中活性更穩定。與PtHDs相比，D-N[EM2]還顯示出更好的光熱效應。D-N[EM2]是一種新型納米粒子，具有極低的溶血率和細胞毒性，適合注射。它能有效保護細胞免受過氧化氫的毒性影響，并能清除細胞內的活性氧。D-N[EM2]能顯著促進巨噬細胞向抗炎M2表型的轉變，具有優異的免疫逃逸能力。在炎癥細胞中，D-N[EM2]的攝取率顯著增加，有助于藥物傳遞。它還能有效逃避溶酶體降解，維持生物活性，并通過多種機制實現內體逃逸。D-N[EM2]可能通過清除細胞內外的活性氧來抑制炎癥反應。圖4 | D-N[EM2]對RAW 264.7或HUVEC細胞的影響 在高尿酸血癥（HUA）和痛風（GA）模型中，D-N[EM2]治療顯著降低了血清和關節腔中的尿酸水平。D-N[EM2]治療的動物在4小時或6小時后血清尿酸水平最低。在單鈉尿酸鹽（MSU）誘導的炎癥模型中，D-N[EM2]顯著減輕了踝關節腫脹和炎癥細胞浸潤，改善了步態異常和疼痛行為。D-N[EM2]聯合激光照射（SL或QL）顯示出最佳的消腫效果，且不會對皮膚造成損傷。D-N[EM2]治療顯著恢復了關節組織的正常結構，降低了炎癥因子IL-6、TNF-α和IL-1β的表達。D-N[EM2]治療還顯著改善了肝臟和腎臟功能，修復了GA模型大鼠的肝損傷。與尿酸酶（URI）治療相比，D-N[EM2]顯著降低了免疫原性，減少了免疫球蛋白IgG和IgM的水平，使其接近正常水平。D-N[EM2]聯合QL激光照射顯示出最佳的治療效果，可能歸因于酶熱療法的協同作用。圖5 | D-N[EM2]的藥效學、藥代動力學和安全性評估
研究人員發現白藜蘆醇（RES）能與多種炎癥因子相互作用，可能通過改變這些因子發揮抗炎效果。通過分析不同疾病模型的基因，他們確定了一些關鍵基因，如MMP2和NOS2，這些基因與炎癥和免疫反應密切相關。利用蛋白質組學技術，研究人員比較了不同治療方法對異常表達蛋白質的影響。D-N[EM2]治療顯著改變了蛋白質表達，降低了促炎蛋白的表達，同時增加了有助于抗炎和改善關節功能的蛋白。進一步的分析顯示，D-N[EM2]可能通過影響剪接體、代謝途徑和氧化磷酸化等途徑來治療疾病。特別是，D-N[EM2]通過上調纖維連接蛋白來改善剪接體失調，降低促炎因子水平。此外，D-N[EM2]還可能通過修復核糖體損傷和增加M2型巨噬細胞來減少關節損傷。總之，D-N[EM2]通過多種機制發揮其治療效果，包括調節炎癥因子、修復DNA損傷和維持免疫系統穩定。圖6 | D-N[EM2]在分子和蛋白水平上的治療機制綜上所述，該研究開發了一種新型智能納米系統，用于GA的多模式治療。該系統設計了一個混合膜涂層，結合了E2和M2的優點。E2能有效靶向促炎性巨噬細胞并誘導其重編程，而M2膜具有滲透性，能夠吸收炎癥細胞因子。通過將E2和M2融合，創建了混合膜[EM2]，并與脂質體結合，形成最終的納米載體。這種方法減少了外泌體的使用，降低了成本，同時提高了生物相容性和減少了免疫原性。在臨床實踐中，聯合用藥是常見的有效治療方式。D-N[EM2]將尿酸酶（URI）和白藜蘆醇（RES）整合到單一靶向輸送系統中，顯示出比簡單藥物聯合給藥更優越的療效。納米載體不僅在炎癥關節中積累，還能有效共封裝親水/疏水劑。D-N[EM2]通過減少活性氧（ROS）和免疫球蛋白水平，調節炎癥相關細胞因子，重塑免疫M2巨噬細胞和IIMe，有效降低炎癥水平。此外，這種納米平臺還有潛力被適應于更廣泛的治療應用，提高治療效果，減少臨床環境中的免疫原性和抗藥抗體的發生。預計類似的多模式靶向治療可以使用其他類型的細胞衍生混合外泌體，同時攜帶多種藥物，擴展到治療各種炎癥狀況，如心肌炎和纖維化。總之，這種攜帶三種藥物、靶向IIMe的仿生納米載體，偽裝有來自M2巨噬細胞的混合外泌體-細胞膜，為多模式GA治療提供了一種高效且免疫原性低的策略，有潛力減輕臨床轉化挑戰，并可適應于多種炎癥性疾病的治療。Xu, J., Wu, M., Yang, J. et al. Multimodal smart systems reprogramme macrophages and remove urate to treat gouty arthritis. Nat. Nanotechnol. (2024).https://doi.org/10.1038/s41565-024-01715-0
