類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎是一種常見(jiàn)的自身免疫性疾病，全世界人口患病率為0.5-1%?；颊邥?huì)出現(xiàn)關(guān)節(jié)疼痛、畸形及功能喪失等癥狀，嚴(yán)重者會(huì)導(dǎo)致死亡。RA的病因和發(fā)病機(jī)制十分復(fù)雜，目前尚沒(méi)有方法徹底治愈RA，臨床上采用緩解病情抗風(fēng)濕藥物抑制病情發(fā)展，但存在毒副作用大、影響自身免疫力、價(jià)格昂貴等問(wèn)題。因此尋找RA新靶點(diǎn)，開(kāi)發(fā)新型治療策略具有重大意義。我校材料科學(xué)與工程學(xué)院劉利新副教授及合作者經(jīng)過(guò)六年的研究，揭示了游離核酸（cfDNA）與類(lèi)風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎（RA）的密切關(guān)系，并通過(guò)材料干預(yù)致病過(guò)程建立一種治療RA新方法。
圖1. （A）RA和骨關(guān)節(jié)炎（OA）病人關(guān)節(jié)積液中cfDNA濃度對(duì)比；
（B,C）RA病人關(guān)節(jié)積液中cfDNA有很強(qiáng)的炎癥刺激作用；
（D）RA病人積液CpG模塊低甲基化特征；（E）富含低甲基化CpG模塊可誘導(dǎo)小鼠產(chǎn)生RA炎癥反應(yīng)。
RA患者體內(nèi)存在異常高水平的cfDNA，然而尚未有研究報(bào)道明確證明其與RA發(fā)病機(jī)理之間的關(guān)系。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)從163例患者樣本中，驗(yàn)證了RA患者血漿和關(guān)節(jié)積液中的cfDNA含量遠(yuǎn)高于對(duì)照組，并且刺激RA患者的原代滑液?jiǎn)魏嗣庖呒?xì)胞和成纖維樣滑膜細(xì)胞產(chǎn)生高水平的促炎因子（圖1）。通過(guò)全基因組測(cè)序和生物信息分析發(fā)現(xiàn)，RA患者積液中cfDNA具有特定的富含低甲基化CpG序列。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示，富含低甲基化CpG序列可誘發(fā)小鼠出現(xiàn)顯著的關(guān)節(jié)炎癥和骨侵蝕癥狀。這項(xiàng)工作首次揭示了RA病人cfDNA特異序列結(jié)構(gòu)和炎癥的密切關(guān)系，為RA臨床的診斷和治療提供了新的分子標(biāo)記。該研究結(jié)果于2020年4月在國(guó)際綜合學(xué)術(shù)期刊Frontiers in Immunology上發(fā)表[1]。
圖2.（A）cNP顯著抑制cfDNA對(duì)原代細(xì)胞的激活；（B）cNP與溶酶體共定位；
（C、D）cNP顯著改善模型大鼠癥狀和（E）恢復(fù)其活動(dòng)能力。
前期該項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提出使用陽(yáng)離子聚合物材料清除帶負(fù)電荷的cfDNA，作為抑制、治療RA的新概念。從細(xì)胞和動(dòng)物模型層次，發(fā)現(xiàn)陽(yáng)離子納米顆粒（cNP）具有高效結(jié)合核酸的能力，有效抑制cfDNA對(duì)病人纖維樣滑膜細(xì)胞的活化（圖2）。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示陽(yáng)離子納米材料易富集到RA模型鼠的炎癥關(guān)節(jié)，更好抑制RA模型鼠的炎癥反應(yīng)，顯著改善關(guān)節(jié)腫脹、骨和軟骨破壞等癥狀，甚至使晚期RA大鼠恢復(fù)活動(dòng)能力。該研究在國(guó)際綜合學(xué)術(shù)期刊Nature Communications發(fā)表[2]。
圖3. （A）精確調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的聚陽(yáng)離子庫(kù)；（B）材料結(jié)構(gòu)與細(xì)胞毒性的關(guān)系；
（C）抑制免疫細(xì)胞分泌細(xì)胞因子；（D）結(jié)構(gòu)對(duì)材料在炎癥部位聚集的影響。
為了克服膠束顆粒在體內(nèi)可能解離產(chǎn)生的不確定性，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)調(diào)節(jié)可降解的聚己內(nèi)酯主鏈聚合度、伯胺基型聚酰胺-胺型樹(shù)枝狀分子（PAMAM）接枝代數(shù)，獲得一個(gè)精確調(diào)控電荷密度和分子量的生物可降解陽(yáng)離子聚合物庫(kù)（圖3）。揭示了陽(yáng)離子聚合物的精確結(jié)與其核酸結(jié)合、毒性、抑制炎癥、小動(dòng)物體內(nèi)分布的關(guān)系，從而選擇最佳性能材料來(lái)有效抑制RA模型鼠的關(guān)節(jié)腫脹、滑膜增生和骨質(zhì)破壞。該研究在國(guó)際化學(xué)綜合學(xué)術(shù)期刊Angewandte Chemie International Edition發(fā)表[3]。
圖4.（A、B）調(diào)整cNP電荷密度；（C）增加PEG密度改善模型大鼠的癥狀及
（D）有利于cNP在炎癥關(guān)節(jié)的聚集。
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)繼續(xù)圍繞如何減少陽(yáng)離子聚合物在體內(nèi)的毒性開(kāi)展研究，通過(guò)引入PEG來(lái)調(diào)節(jié)嵌段共聚物納米顆粒表面聚陽(yáng)離子的密度，來(lái)研究顆粒電荷密度與毒性和療效之間的關(guān)系（圖4）。發(fā)現(xiàn)PEG的引入在降低表面電荷密度的同時(shí)，大大減弱細(xì)胞毒性，并能夠增加納米顆粒在大鼠模型關(guān)節(jié)處的積累和滯留時(shí)間，提高了材料抑制病癥的效果。這項(xiàng)工作為清除cfDNA材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)。該研究于2020年5月在國(guó)際材料綜合學(xué)術(shù)期刊Advanced Functional Materials發(fā)表[4]。
該項(xiàng)目研究從臨床RA病人獲得樣本，從分子和細(xì)胞層次揭示了cfDNA與RA的密切關(guān)系。進(jìn)一步運(yùn)用材料對(duì)這種非正常免疫反應(yīng)的干預(yù)，達(dá)到抑制RA疾病發(fā)展的目的。為RA疾病的診斷和治療提供一個(gè)非傳統(tǒng)、顛覆性的新策略。
這項(xiàng)研究工作得到了我校孫逸仙紀(jì)念醫(yī)院、中山眼科中心、附屬第一醫(yī)院，中國(guó)人民解放軍廣州軍區(qū)總醫(yī)院、美國(guó)哥倫比亞大學(xué)等單位合作者的支持，得到國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金和廣東省珠江人才計(jì)劃創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目的資助。
論文鏈接：
[1] https://doi.org/10.3389/fimmu.2020.00662.
[2] https://doi.org/10.1038/s41467-018-06603-5.
