Nat Nanotechnol：表面携带特定过敏原和抗Siglec-6抗体的纳米颗粒可抑制过敏反应，在小鼠实验中成功率为100%

过敏反应的严重程度可以从荨麻疹、眼睛流泪到呼吸困难甚至死亡不等。在一项新的研究中，来自美国西北大学的研究人员开发出了第一种预防过敏反应的选择性疗法。为了开发这种新疗法，他们在纳米颗粒上装饰了能够关闭引起过敏反应的特定免疫细胞（称为肥大细胞）的抗体。这些纳米颗粒还携带了与患者特定过敏反应相对应的过敏原。例如，如果一个人对花生过敏，那么这些纳米颗粒就会携带花生蛋白。

在这种两步法中，过敏原会精确地与导致特定过敏反应的肥大细胞接触，然后抗体只关闭这些细胞。这种高度靶向性的方法使该疗法能够选择性地预防特定过敏反应，而不会抑制整个免疫系统。在小鼠中，该疗法在预防过敏反应方面取得了100%的成功，而且不会产生明显的副作用。这标志着首个抑制肥大细胞从而防止对特定过敏原产生过敏反应的纳米疗法（nanotherapy）问世。相关研究结果于2024年1月16日在线发表在Nature Nanotechnology期刊上，论文标题为“Controlled adsorption of multiple bioactive proteins enables targeted mast cell nanotherapy”

论文通讯作者、西北大学的Evan A. Scott说，“目前，还没有专门针对肥大细胞的方法。我们只有抗组胺剂等药物来治疗症状，但这些药物并不能预防过敏反应。它们只能在肥大细胞被激活后抵消组胺的作用。如果我们有办法让对特定过敏原产生反应的肥大细胞失活，那么我们就能阻止过敏性休克等严重情况下的危险免疫反应，以及季节性过敏等不太严重的反应。”

论文共同作者、西北大学过敏专家Bruce Bochner博士说，“过敏性休克是最大的未满足需求，它可能会危及生命。某些形式的口服免疫疗法在某些情况下可能会有所帮助，但目前除了避免食用违规食物或药物外，我们还没有任何经美国食品药品管理局（FDA）批准的治疗方案可以持续预防此类反应。否则，肾上腺素等治疗方法只能治疗严重反应，而不能预防。如果有一种安全有效的治疗食物过敏的方法，能够持续不断地将过去必须严格避免的食物重新纳入饮食，那岂不是很好？”

棘手的目标

肥大细胞分布在人体几乎所有的组织中，以主要负责过敏反应而闻名。但它们还发挥着其他一些重要作用，包括调节血流和对抗寄生虫。因此，完全消除肥大细胞以防止过敏反应，可能会损害其他有用的健康反应。

Bochner说，“虽然一些药物正在研发中，但目前还没有获得FDA批准的抑制或消除肥大细胞的药物。这一直是个难题，主要是因为能影响肥大细胞活化或存活的药物也会靶向肥大细胞以外的细胞，因此往往会因影响其他细胞而产生不必要的副作用。”

在以前的研究中，Bochner 发现了一种独特的抑制性受体：Siglec-6，这种受体高度选择性地存在于肥大细胞表面上。如果人们能用抗体靶向这种受体，就能选择性地抑制肥大细胞，从而预防过敏反应。但引入这种抗体本身并不成功。

Scott说，“很难获得足够高浓度的抗体来产生效果。我们在想，是否可以利用纳米颗粒来提高抗体浓度。如果我们能把高密度的抗体包在纳米颗粒上，那么我们就能把它变成实际可用的东西。”

将抗体附着到纳米颗粒上

为了将抗体附着在纳米颗粒上，Scott和他的团队必须克服另一个挑战。蛋白（如抗体）要粘附到纳米颗粒上，通常必须形成化学键，这会使蛋白解折叠（变性），从而影响其生物活性。为了绕过这一难题，Scott转而使用了他的实验室之前开发的一种纳米颗粒。

与具有稳定表面的标准纳米颗粒不同，Scott新开发的纳米颗粒由动态聚合物链组成，这些聚合物链在接触不同溶剂和蛋白时可以独立改变方向。当放入液体溶液中时，这些聚合物链会自行定向，与水分子产生有利的静电相互作用。但当蛋白接触到这种纳米颗粒表面时，界面上特定的微小聚合物链就会改变方向，从而稳定地抓住蛋白，而不会与蛋白发生共价键合。Scott团队还发现，蛋白表面的疏水袋是稳定相互作用的关键。

图片来自Nature Nanotechnology, 2024, doi:10.1038/s41565-023-01584-z

当与表面结合时，蛋白通常会变性，失去生物活性。Scott团队开发的纳米颗粒的独特之处在于，它们可以稳定地结合酶和抗体，同时保持其三维结构和生物功能。这意味着抗Siglec-6抗体即使附着在这种纳米颗粒的表面，也能保持对肥大细胞受体的强大亲和力。

Scott说，“这是一种独特的动态表面。它不是一种标准的稳定表面，而是可以改变其表面化学成分。它是由微小的高分子化合物链组成的，可以根据需要改变方向，最大限度地与水和蛋白进行有利的相互作用。”

当Scott团队将他们开发的纳米颗粒与抗体混合时，接近100%的抗体成功地附着在纳米颗粒上，而不会失去与特定靶标结合的能力。这样，一种基于纳米颗粒的疗法就诞生了，它的表面密布多种能够靶向肥大细胞的独特抗体，而且数量高度可控。

选择性关闭

为了使某人变得过敏，他们的肥大细胞捕获并显示针对特定过敏原的抗体，特别是免疫球蛋白E (IgE)抗体。这使得肥大细胞能够在再次接触相同的过敏原时识别并作出反应。

Scott说，“如果你对花生过敏，并且过去对花生有过反应，那么你的免疫细胞就会产生针对花生蛋白的 IgE 抗体，肥大细胞就会收集它们。如今，它们正等着你再吃一颗花生。当你再吃一颗花生时，它们会在几分钟内做出反应，如果反应足够强烈，就会导致过敏性休克。”

为了选择性地靶向肥大细胞对特定过敏原做出的反应，这些作者设计了他们的疗法，使之只与携带针对该过敏原的IgE抗体的肥大细胞接触。他们的纳米颗粒利用蛋白过敏原与肥大细胞表面上的IgE抗体结合，然后利用抗体与Siglec-6受体结合，关闭肥大细胞的反应能力。由于只有肥大细胞在表面上显示Siglec-6 受体，这些纳米颗粒无法与其他类型的细胞结合---这种策略有效地限制了副作用。

Scott说，“你可以使用任何过敏原，并选择性地关闭对该过敏原的反应。过敏原通常会激活肥大细胞。但在过敏原结合的同时，纳米颗粒表面上的抗体也会与具有抑制作用的 Siglec-6 受体结合。考虑到这两个相互矛盾的信号，肥大细胞决定不激活过敏原，让过敏原单独存在。它选择性地停止对特定过敏原的反应。这种方法的优点是不需要杀死或消除所有肥大细胞。从安全的角度来看，如果纳米颗粒不小心附着在错误的细胞类型上，该细胞就不会产生反应。”

预防小鼠过敏性休克

在使用人体组织来源的肥大细胞进行细胞培养取得成功后，这些作者将他们的疗法转移到了人源化小鼠模型中。由于小鼠的肥大细胞没有 Siglec-6 受体，Bochner 团队开发了一种小鼠模型，其组织中含有人类肥大细胞。他们将小鼠暴露在过敏原下，同时施用他们的纳米疗法。这些小鼠没有出现过敏性休克，全部存活。

Scott说，“监测过敏反应的最简单方法是跟踪体温变化。我们发现体温没有变化。没有任何反应。此外，这些小鼠仍然健康，没有表现出任何过敏反应的外在迹象。”

Bochner 说，“小鼠肥大细胞的表面不像人类那样携带Siglec-6，但我们通过在组织中含有人类肥大细胞的特殊小鼠中测试这些纳米颗粒，以便尽可能地接近实际的人类研究。我们能够证实这些人源化小鼠受到了保护，不会发生过敏性休克。”

下一步，这些作者计划探索他们的纳米疗法，用于治疗其他肥大细胞相关疾病，包括肥大细胞增多症（一种罕见的肥大细胞癌）。他们还在研究如何在他们的纳米颗粒中装载药物，以选择性地杀死肥大细胞增生症中的肥大细胞，而不伤害其他类型的细胞。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Fanfan Du et al. Controlled adsorption of multiple bioactive proteins enables targeted mast cell nanotherapy. Nature Nanotechnology, 2024, doi:10.1038/s41565-023-01584-z.

Decorated nanoparticles prevent allergic reactions
https://news.northwestern.edu/stories/2024/01/decorated-nanoparticles-prevent-allergic-reactions/