《Biomaterials》：Bifunctional Ferritin Nanoparticle Blocks PD-1/PD-L1 Pathway and Alleviates Oxidative Stress for Multi-Target Therapy of Multiple Sclerosis
编辑推荐：
杨胜楠|孙凯|何如雅|王宁|李梦瑶|杨伟民|贾彦杰|段冉冉中国河南省郑州市郑州大学第一附属医院神经内科，450052摘要。为了解决PD-L1抗体的免疫靶向特异性有限以及多发性硬化症（MS）中氧化应激微环境加剧的问题，研究人员利用工程化的铁蛋白纳米笼开发了一种双功能纳米平台Ru@F
杨胜楠|孙凯|何如雅|王宁|李梦瑶|杨伟民|贾彦杰|段冉冉
中国河南省郑州市郑州大学第一附属医院神经内科，450052
摘要。
为了解决PD-L1抗体的免疫靶向特异性有限以及多发性硬化症（MS）中氧化应激微环境加剧的问题，研究人员利用工程化的铁蛋白纳米笼开发了一种双功能纳米平台Ru@Fn-PD-L1(IgV)。该平台通过SpyTag–SpyCatcher生物偶联技术将PD-L1的胞外域（IgV）与铁蛋白特异性结合，并在纳米笼内封装了具有超氧化物歧化酶/过氧化氢酶（SOD/CAT）级联活性的钌基纳米酶。Ru@Fn-PD-L1（IgV）通过转铁蛋白受体（TfR1）介导的跨细胞转运有效穿过血脑屏障（BBB），从而实现向中枢神经系统（CNS）的靶向递送。机制研究表明，Ru@Fn-PD-L1（IgV）能够选择性抑制活化T细胞中的程序性细胞死亡蛋白1/程序性死亡配体1（PD-1/PD-L1）信号通路，促进细胞凋亡并抑制促炎细胞因子的分泌。同时，纳米酶能有效清除活性氧（ROS），包括超氧阴离子（O?·?）和过氧化氢（H?O?），并使小胶质细胞向抗炎表型极化，显著减轻氧化应激和神经炎症损伤。在MS小鼠模型中的体内实验表明，Ru@Fn-PD-L1（IgV）具有显著的神经保护作用并改善认知功能，支持其作为治疗MS的新免疫治疗策略的潜力。
引言
多发性硬化症（MS）是一种影响中枢神经系统（CNS）的慢性自身免疫性疾病，其特征是持续的神经炎症、脱髓鞘和进行性神经退行性变1, 2。其发病机制主要由异常识别髓鞘抗原的自身反应性T细胞驱动，导致持续的免疫介导的损伤和功能障碍3, 4。因此，调节病理性T细胞反应的治疗策略仍是MS研究的核心焦点。
目前针对T细胞的生物疗法在1型糖尿病（T1DM）和系统性红斑狼疮（SLE）等自身免疫性疾病中显示出疗效5, 6。然而，这些疗法在MS中的临床应用受到细胞特异性差、无法区分广泛免疫抑制和靶向免疫调节以及显著脱靶效应的限制7。这些局限性凸显了需要更精确和有效的治疗策略。
免疫检查点通路，特别是程序性细胞死亡蛋白1/程序性死亡配体1（PD-1/PD-L1）轴，对于维持免疫稳态和防止自身免疫至关重要8, 9。增强PD-1/PD-L1信号通路可抑制实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）和非肥胖糖尿病（NOD）小鼠模型中的疾病进展，显示出其治疗潜力10, 11。然而，实现精确的时空免疫反应调节而不引起全身性免疫抑制仍是一个重大挑战12, 13。
MS病灶的特点是高度氧化的微环境，这是由于浸润的免疫细胞和活化的小胶质细胞过度释放活性氧（ROS）——包括超氧阴离子（O?·?）和过氧化氢（H?O?）12, 14。ROS水平升高会导致脂质过氧化、DNA损伤、钙调节紊乱和神经炎症加剧，从而加速脱髓鞘和神经元凋亡。值得注意的是，清除ROS已被证明可将脑萎缩率降低到每年0.7%以下，并保持认知功能，这突显了抗氧化干预在MS中的战略重要性15, 16, 17, 18。在这种情况下，纳米酶这种模拟人体生物过程中酶活性的纳米材料代表了一种有前景的治疗策略19。纳米酶可以执行过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）的ROS清除功能，从而减轻氧化应激20, 21。纳米酶的多功能酶样特性使其成为针对MS病理学中氧化机制的创新候选者，提供了一种靶向、高效且可持续的治疗方法，以补充现有的治疗范式。
为了解决这些挑战，研究人员利用工程化的铁蛋白纳米笼和SpyTag–SpyCatcher系统22, 23开发了一种生物启发式的纳米递送平台，用于PD-L1胞外域（IgV）的特异性结合24。这些纳米笼共载了具有SOD和CAT活性的钌基纳米酶。利用铁蛋白对转铁蛋白受体1（TfR1）的天然靶向性（TfR1在脑内皮细胞（ECs）上高表达25, 26），该系统能够高效递送到CNS并在炎症部位优先积累。这种双功能纳米平台通过阻断PD-1/PD-L1检查点来诱导活化T细胞的凋亡并减少细胞因子分泌，同时作为催化性ROS清除剂来减轻氧化应激和神经炎症。该纳米颗粒在体外和体内均表现出优异的生物相容性和最小的毒性。此外，在实验性MS模型中，这种基于纳米颗粒的疗法显著减少了神经炎症，促进了髓鞘再生，并改善了认知功能，显示出其作为MS治疗的可转化纳米医学策略的潜力。
章节摘录
细胞系和细胞培养
BV-2和bEnd.3细胞来自iCell Bioscience Inc.（上海，中国），它们均在添加了10%胎牛血清（FBS）和1%青霉素-链霉素溶液的RPMI 1640培养基中培养，培养条件为37°C和5%二氧化碳环境。
小鼠
C57BL/6雌性小鼠，年龄6-8周，购自Sbeifu公司（郑州，中国）。所有动物实验均严格遵循郑州大学第一附属医院动物伦理与福利委员会的指导原则进行
Ru@Fn-PD-L1(IgV)的制备与表征
Fn-PD-L1(IgV)复合物是使用增强的SpyTag/SpyCatcher技术构建的（图2A）。SpyTag通过柔性（GGGGS）?连接器（ST–Ferritin）与人类重链铁蛋白（HFn）的N端融合，而SpyCatcher与PD-L1的胞外域（IgV）连接，表示为SC–PD-L1(IgV）。根据结构和功能研究，负责TfR1结合的关键残基和结构元素位于四螺旋束和外部环区域
结论
本研究表明，基于铁蛋白纳米笼构建的双功能纳米递送系统Ru@Fn-PD-L1(IgV)在MS的实验治疗中表现出显著的协同治疗效果。该系统利用铁蛋白与TfR1之间的特异性结合，促进高效穿过血脑屏障并靶向递送到CNS。此外，SpyTag/SpyCatcher技术实现了PD-L1(IgV)结构的精确偶联，有效阻断了PD-1/PD-L1
CRediT作者贡献声明
杨伟民：数据可视化、验证。李梦瑶：项目管理、研究。贾彦杰：写作——审稿与编辑。孙凯：方法学、数据分析。杨胜楠：数据管理、概念构思。王宁：数据可视化、验证、监督。何如雅：软件、资源、项目管理。段冉冉：写作——审稿与编辑、初稿撰写、资金筹集
利益冲突声明
?作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：所有作者均声明没有利益冲突。
致谢
健康中国 - 博山珠源心脑健康公益项目基金的支持。本研究得到了河南省自然科学基金青年科学研究项目[编号242300420398]；河南省科技研究项目[编号LHGJ20240251]的支持。
