Inflamm Regen︱阮庆国团队利用外泌体介导的靶向NF-κB c-Rel策略促进角膜损伤修复
撰文︱赵文波
责编︱王思珍，方以一
编辑︱杨彬薇
角膜作为眼部重要的防御系统，对外界物质的渗透提供了重要的物理屏障。严重的角膜损伤会导致炎症、感染、溃疡甚至失明，尤其在糖尿病状态下，角膜损伤愈合的时间更加延迟[1]。角膜损伤的治疗策略主要包括去除致病因素、用局部治疗替代全身治疗、促进角膜上皮生长和预防感染等，然而目前角膜损伤的治疗方法仍然不尽如人意，譬如使用人工泪液简单快速，但需要多次治疗，抗炎药物可以有效治疗角膜损伤，但有时会出现严重的副作用，不能长期使用，手术治疗已被证明对严重的角膜损伤有效，但也可能对人体造成伤害。近年来，靶向哺乳动物核因子（NF）-κB家族成员c-Rel在治疗多种炎症疾病中取得了良好的疗效[2]，同时，作为新一代药物递送载体，外泌体具有更高的稳定性、高生物相容性和渗透性、低毒性和免疫原性[3]。但是c-Rel是否在角膜损伤中发挥作用以及是否可以利用外泌体介导的靶向c-Rel策略来治疗角膜损伤目前并不明确。
2023年1月26日，山东第一医科大学附属山东省眼科研究所阮庆国研究员的研究团队在Inflammation and Regeneration在线发表了题为“Accelerating corneal wound healing using exosome-mediated targeting of NF-κB c-Rel”的研究文章。该研究利用普通小鼠与c-Rel缺失小鼠建立角膜上皮损伤模型，发现c-Rel缺失小鼠的角膜伤口愈合加快，此结果提示c-Rel可能是治疗角膜损伤的潜在靶点。进一步研究发现，利用负载c-Rel特异性siRNA（siRel）的纳米聚合物或外泌体在角膜表面进行局部治疗可以有效地促进常规和糖尿病性角膜伤口愈合，并且以外泌体作为siRel的载体在治疗角膜损伤方面表现出比纳米聚合物和单纯利用外泌体更好的疗效。
作为NF-kB家族成员之一，c-Rel是一种重要的炎症介质。与其它家族成员不同的是，c-Rel主要在活化的淋巴细胞和单核细胞中表达，并且c-Rel缺失小鼠发育正常，可以有效地抵抗病毒和细菌感染[4]，这提示c-Rel可能是治疗炎症性疾病的理想靶点。我们之前的研究表明，静脉注射载有c-Rel特异性小干扰RNA (siRNA)的纳米聚合物可以有效治疗自身免疫性疾病，如脑脊髓炎[5]、关节炎和牛皮癣。由于炎症在角膜损伤和愈合中起着重要作用，为了研究角膜损伤是否与c-Rel表达相关，研究者首先构建了小鼠角膜损伤模型，并在角膜损伤前后检测了c-Rel在角膜中的表达，结果表明，c-Rel蛋白表达在角膜损伤小鼠的角膜中显著增加（图1A）。为了研究c-Rel表达的增加是否导致受其调控的相关炎症因子表达增加，研究者检测了角膜提取物中炎症因子的产生。结果表明，角膜损伤小鼠的角膜中炎症因子IL-1β、TNF-α、IL-23、IL-12、IFN-γ和IL-17A的表达均显著增加（图1C）。这些结果表明c-Rel可能通过促进其炎症靶点的表达来延迟角膜伤口愈合。
图1 c-Rel及其炎症靶点在角膜损伤小鼠角膜中的表达增加
（图源：Zhao, et al , Inflamm Regen , 2023）
为了提供c-Rel是角膜创伤愈合的潜在危险因素的直接证据，研究者在野生型和c-Rel缺失小鼠中建立了角膜创伤愈合模型，发现c-Rel缺失小鼠的角膜上皮缺损面积比野生型小鼠显著减少（图2A和B），并且角膜提取物中c-Rel炎症靶点的表达也显著降低（图2C）。这些结果表明，c-Rel可能是治疗角膜损伤的潜在靶点。
图2 c-Rel缺失促进小鼠角膜损伤修复
（图源：Zhao, et al , Inflamm Regen , 2023）
作者已经发表的研究表明，负载siRel的纳米聚合物可以在体外有效下调c-Rel及其炎症靶点的表达[6]。为了评估负载siRel的纳米聚合物治疗小鼠角膜损伤的疗效，研究者构建了角膜损伤模型，然后用负载siRel的纳米聚合物在角膜表面进行局部治疗，结果发现小鼠角膜伤口愈合有显著改善（图3A和B），角膜提取物中c-Rel炎症靶点的表达也显著降低（图3C）。研究者在糖尿病小鼠角膜损伤模型中也得到了同样的结果（图3D-F）。
图3 用负载siRel的纳米聚合物在角膜表面进行局部治疗可以加速角膜伤口愈合
（图源：Zhao, et al , Inflamm Regen, 2023）
由于外泌体作为药物递送载体在动物甚至临床研究中展现了良好的应用前景，研究者接下来探索利用外泌体是否可以将siRel输送到角膜中并改善角膜伤口愈合。首先将siRel递送到人间充质干细胞中，然后从培养上清液中分离出含有siRel的外泌体并用于角膜损伤治疗。结果表明，与PBS对照组相比，用负载siNC的外泌体在角膜表面进行局部治疗后，角膜损伤修复有显著改善（图4A和B），并且小鼠角膜提取物中c-Rel炎性靶点的表达也显著降低（图4C）；更为重要的是，负载siRel的外泌体在治疗角膜损伤时表现出比负载siNC的外泌体更好的疗效（图4A-C）。研究者还采用了另外一种方法来制备含有siRel的外泌体，即首先分离人间充质干细胞来源的外泌体，然后将siRel或者siNC导入外泌体并用于角膜损伤治疗，利用该策略研究者获得了与用第一种方法制备外泌体相似的结果（图4D-F）。
图4 负载siRel的外泌体促进常规角膜损伤修复
（图源：Zhao, et al , Inflamm Regen , 2023）
为了进一步评估外泌体介导的靶向c-Rel策略对糖尿病角膜伤口愈合的治疗效果，研究者利用同样的策略在糖尿病小鼠中建立了角膜伤口愈合模型，然后用PBS、含有siNC或siRel的外泌体进行治疗，得到了与用正常小鼠相似的结果（图5A-F）。
图5 负载siRel的外泌体促进糖尿病角膜损伤修复
（图源：Zhao, et al , Inflamm Regen , 2023）
以上结果表明，一方面，利用负载c-Rel特异性siRNA（siRel）的纳米聚合物或外泌体在角膜表面进行局部治疗可以有效地加速常规和糖尿病性角膜伤口愈合，并且以外泌体作为siRel的载体在治疗角膜损伤方面表现出比纳米聚合物更好的疗效。另一方面，尽管外泌体本身就具有治疗角膜损伤修复的功能，用负载siRel的外泌体在治疗角膜损伤时表现出比单纯利用外泌体更好的疗效。
阮庆国，研究员，博士毕业于美国佛罗里达大学，在美国宾夕法尼亚大学完成博士后训练，回国后先后在中科院深圳先进技术研究院和山东第一医科大学附属山东省眼科研究所担任研究员。入选中科院特聘研究员计划、中科院“百人计划”、山东省高层次人才和深圳市孔雀计划人才。主要研究领域是炎症疾病和糖尿病的发病机制研究，在国内外杂志如Science, Immunity, J Exp Med, PNAS, Nat Commun和Diabetes等共发表了50余篇SCI论文。
参考文献（上下滑动阅读）
1. Li, Y., et al., Hyperglycemia-reduced NAD(+) biosynthesis impairs corneal epithelial wound healing in diabetic mice. Metabolism, 2021. 114: p. 154402.
2. He, X., et al., Treating Autoimmune Diseases by Targeting IL-23 with Gene-Silencing Pyrrole-Imidazole Polyamide. J Immunol, 2020. 204(8): p. 2053-2063.
3. Batrakova, E.V. and M.S. Kim, Using exosomes, naturally-equipped nanocarriers, for drug delivery. J Control Release, 2015. 219: p. 396-405.
4. Köntgen, F., et al., Mice lacking the c-rel proto-oncogene exhibit defects in lymphocyte proliferation, humoral immunity, and interleukin-2 expression. Genes Dev, 1995. 9(16): p. 1965-77.
5. Zhang, H., et al., Silencing c-Rel in macrophages dampens Th1 and Th17 immune responses and alleviates experimental autoimmune encephalomyelitis in mice. Immunol Cell Biol, 2017. 95(7): p. 593-600.
6. Fan, T., et al., Treating psoriasis by targeting its susceptibility gene Rel. Clin Immunol, 2016. 165: p. 47-54.
本文完