Biomacromolecules | 用于巨噬细胞重新编程的多肽水凝胶

分享一篇近期发表在Biomacromolecules上的文章，Reprogramming Macrophages toward Pro-inflammatory Polarization by Peptide Hydrogel。这篇文章的通讯作者是西湖大学的王怀民。

巨噬细胞为先天免疫防御提供强大的免疫调节功能。然而，巨噬细胞经历编程转变并转化为肿瘤相关巨噬细胞（TAM），从而促进肿瘤发展。此外，M2巨噬细胞与大多数癌症的化疗和免疫治疗耐药性相关。

在该工作中，作者通过N端修饰，使多肽进行自组装来提高现有免疫调节肽的巨噬细胞重编程功效。作者首先从现有的先天防御调节因子（IDR）中截断了一个十肽序列，该序列表现出与CD206的选择性结合，并将M2巨噬细胞诱导成促炎性M1巨噬细胞。将联苯基团与多肽的N端偶联，生成最终的水凝胶（BKF），促进M0/M2巨噬细胞向促炎性M1巨噬细胞的编程/重编程（图1）。

图1. 用于巨噬细胞重编程的自组装多肽水凝胶

作者先在N端修饰（4-联苯乙酰基（Bip）和2-萘乙酰基（Nap）基团），促进肽分子聚集和组织成组装体，使用亮氨酸二肽作为接头来偶联Bip和KF肽，以进一步提高系统的自组装能力。作者首先采用标准固相肽合成（SPPS）来合成多肽，包括KFRKAFKRFF（KF）、Nap-KFRKAFKRFF（NKF）、Bip-KFRKAFKRFF（BKF）和Bip-LLKFRKAFKRFF（BLLKF），BKF能够在浓度为5 mg/mL时形成水凝胶。BLLKF肽在水溶液中形成沉淀。TEM显示KF肽显示出类似于纳米蠕虫的纳米结构，芳香族基团的存在有助于形成具有明确结构的纳米纤维。流变学结果表明，BKF水凝胶表现出最优异的机械性能（图2）。

图2. 多肽水凝胶的表征

骨髓来源的巨噬细胞（BMDM）可以极化为促炎性M1或修复性M2表型。与培养基处理组相比，KF、NKF和BKF处理组M1标志物CD86的表达水平增加，表现出促炎，与肽KF和NKF相比，BKF表现出最有效的将巨噬细胞极化到M1表型的能力（图3）。

图3. 多肽水凝胶促进骨髓巨噬细胞的极化表征

NF-κB通路在调节巨噬细胞的炎症反应中起关键作用，作者采用IF染色评估NF-κB p65 在BMDM中的表达水平和定位。BKF处理组的总免疫荧光强度约为KF组的两倍，表明BKF显著增加了巨噬细胞中NF-κB活化的水平。qPCR表明，与M0巨噬细胞相比，多肽处理后巨噬细胞中促炎标志物的mRNA水平上调，与M1巨噬细胞相比，这些促炎标志物的表达水平较低，这些结果表明，BKF比KF更有效的调节NF-κB 转录活性，并更有效地促进巨噬细胞向M1极化（图4）。

图4. BKF激活NF-κB信号通路并诱导促炎极化表征

为了研究BKF是否可以将M2巨噬细胞转向促炎极化，作者首先将巨噬细胞极化为M2表型，然后用多肽凝胶处理M2巨噬细胞。CD206代表M2表型极化，CD86代表促炎性M1巨噬细胞极化，作者应用流式细胞术来评估CD206和CD86的表达水平。结果表明，自组装BKF可以有效诱导M2巨噬细胞变为促炎性M1样巨噬细胞极化（图5）。

图5. BKF影响M2巨噬细胞极化的表征

总的来讲，作者开发了一种自组装多肽BKF水凝胶，该水凝胶可以重编程巨噬细胞。激活NF-κB信号通路并导致BMDM极化为促炎性M1巨噬细胞。此外，该水凝胶还抑制了M2相关基因的表达水平，并将M2样巨噬细胞再诱导为促炎巨噬细胞。这项工作中提出的策略提供了一种在TME中重编程肿瘤相关M2巨噬细胞的替代策略，可能有助于免疫治疗。

作者：JXD

DOI: 10.1021/acs.biomac.4c00585

Link: https://doi.org/10.1021/acs.biomac.4c00585