特定器官和细胞靶向的纳米材料在抗动脉粥样硬化的免疫治疗中的探究

Atherosclerosis, driven by chronic inflammation and lipid accumulation on the blood vessel wall, is the major cause of cardiovascular diseases with high mortality rates globally. Currently it is highly impossible to cure atherosclerosis clinically via surgical intervention or medical therapeutics, hence new alternatives are required for effective treatment. Since atherosclerosis is deemed as an autouimmune disease, it is reasonable to consider immunomodulatory therapy as an option. To this end, we would like to investigate the atheroprotective effect of nanovaccines with the aid of emerging nanotechnology. Specifically, iron oxide nanoparticles, which are biodegradable in vivo, could be chemically conjugated with antigens to generate nanovaccines with higher stability and stronger immune responses. Moreover, single stranded DNA is also conjugated to iron oxide nanocarriers for targeting antigen presenting cells (APCs) including macrophages and dendritic cells, thus activating T lymphocytes for respective immune responses. Tailoring the shape of nanoparticles from spheres to rods, on the other hand, can enhance the targeting of nanovaccines to spleen in vivo, with promising immunomodulatory effect for managing atherosclerosis. In a nutshell, this proposal aims at generating nanovaccines for treating atherosclerosis by tuning nanoparticles for enhanced organ-level and cellular level targeting, which would not only provide new alternatives for curing atherosclerosis, but also offer clinical translation opportunities of bio-nanomaterials and draw the attention from various research fields by involving different scientific knowledge.

当前心血管疾病已经成为威胁人类健康的最大杀手，而动脉粥样硬化是导致心血管疾病的重要原因。目前临床手术治疗和药物治疗都无法根治动脉粥样硬化，因此需要发展其他的技术手段。由于动脉粥样硬化也是一种自身免疫疾病，本项目拟采用纳米技术探索其在抗动脉粥样硬化免疫治疗中的效果。具体来说，利用可生物降解的氧化铁纳米材料作为免疫抗原的载体，通过化学连接的方式增加抗原的稳定性和免疫活性。并通过单链DNA作为配体修饰上述载体，达到靶向传输至抗原递呈细胞(如巨噬细胞和树突细胞)，并激活T淋巴细胞引发免疫化反应的目的。此外，通过调节纳米材料的形状(从球状至棒状)可以达到至脾脏的靶向运输效果，通过激活脾脏内免疫细胞达到调节动脉粥样硬化发展的目的。因此本课题拟调控纳米材料的形貌和修饰使其成为抗动脉粥样硬化的纳米疫苗，探索其对于动脉粥样硬化疾病的治疗甚至预防效果，为该疾病的根治提供新的思路，有望降低社会医疗负担。

当前心血管疾病已经成为威胁人类健康的最大杀手，而动脉粥硬化是导致心血管疾病的重要原因。目前临床手术治疗和药物治疗都无法根治动脉粥样硬化，本课题从免疫治疗的角度出发，借助纳米技术探索了其在抗动脉粥样硬化免疫治疗中的效果。利用聚乙二醇包覆的亲水性超顺磁性氧化铁纳米材料（PEG-SPION）作为载体，在此基础上利用此前文献中筛选出的来源于ApoB蛋白的p210多肽片段作为抗原和CpG寡脱氧核苷酸（CpG-ODN）免疫佐剂，构建了两种纳米疫苗。一是p210和CpG共同修饰的SPION（SP-DxPy），另一种为p210和CpG分别修饰的SPION构成的混合物（SP-Dx+Py），其中x、y代表DNA与多肽的比例。随后我们对该材料进行了一系列理化性质的表征，确定了其水合半径、zeta电位、表面修饰的DNA和多肽数量等。我们首先以小鼠骨髓来源树突状细胞（BMDC）作为对象，探索了不同配比和类型的纳米疫苗免疫激活的效果。通过其表面CD40分子、共刺激分子（CD80、CD86）和MHC I、MHC II分子的表达改变和细胞因子的释放（IL-12、IL-6、TNF-α）优化出最佳比例的SP-D1P1和SP-D1+P1两种疫苗作为代表进行后续研究。与BMDC细胞相互作用的机理探究中，我们发现两种代表性纳米疫苗则最终通过内涵体途径（endolysosomal pathway）进入细胞的溶酶体中。此外，我们研究了该疫苗对于动脉粥样硬化疾病的预防效果。在ApoE-/-小鼠的6、9、12周龄，我们分别将两种纳米疫苗在经皮下注射到小鼠体内，以PBS为阴性对照组，以未连接到SPION上的CpG-ODN和p210混合物作为对照，从15周开始喂食高脂粮食，在26周观察小鼠的动脉粥样硬化斑块发展。结果显示，主动脉和斑块的油红染色显示脂核明显小于对照组，且ICAM-1、CD68、CD11c染色结果显示其内皮炎症因子、巨噬细胞和树突细胞的浸润均有所减少，且SP-D1+P1总体效果优于SP-D1P1。最后，通过免疫过程中小鼠免疫细胞和抗体的综合分析，我们发现了该疫苗在体内免疫激活的证据，且该过程由CD4+CD25+ T细胞、CD8+ T细胞和抗体同时介导。该研究探索了我们设计的新型纳米疫苗对于动脉粥样硬化疾病的预防效果，显示了较好的预防效果，为该疾病的根治提供新的思路。