Sci Adv：北京大学冯娟等通过叶酸靶向石墨烯纳米粒递送IL-4质粒：重编程缺血免疫微环境，打通巨噬细胞-内皮对话

基于基因治疗的治疗性血管生成是一种潜在的外周动脉疾病（PAD）治疗，但需要更稳定、高效和高亲和力的递送载体以及优化的递送策略。

2026年8月12日，北京大学冯娟，陈剑豪，韩晶岩和李天润共同通讯在Science Advances在线发表题为“GNPs-pIL-4 reprograms macrophage polarization and activates the OSM/GSNOR/ENG axis to improve angiogenesis in ischemic limbs”的研究论文。该研究工程化了用叶酸和聚乙烯亚胺修饰的三维石墨烯纳米颗粒，用于巨噬细胞特异性的白细胞介素-4质粒（pIL-4）递送，形成GNPs-pIL-4用于局部肌肉注射。

GNPs-pIL-4具有均匀的大小、正表面电荷和强核酸负载能力（Kd：25纳摩尔）。在体内，GNPs-pIL-4通过诱导修复性M2巨噬细胞极化重塑了缺血微环境。由巨噬细胞介导，GNPs-pIL-4改善了肌肉收缩力，延缓了力量丧失，并增强了血流灌注和血氧饱和度。机制上，GNPs-pIL-4特异性开启了抑瘤素M介导的巨噬细胞-内皮通讯，随后激活血管生成，伴随内皮出芽、迁移和管形成增加。这些效应归因于S-亚硝基谷胱甘肽还原酶表达的下调，从而增加内皮糖蛋白C209位点的S-亚硝基化。GNPs-pIL-4代表了一种有前景的PAD基因治疗策略。

外周动脉疾病（PAD）是一种由动脉狭窄或闭塞引起的慢性缺血性疾病，显著损害患者生活质量。目前，全球超过2.3亿成年人受下肢PAD影响。其中，危重肢体缺血患者预后尤其差，1年死亡率达25%至35%，截肢率高达30%，5年无截肢生存率低至27.1%。尽管当前疗法——包括血运重建手术、抗血小板治疗和运动康复——可缓解症状，但恢复微血管灌注和促进组织再生的有效策略仍然很少。

治疗性血管生成近年来因其恢复组织灌注的潜力而日益受到关注。然而，外源性递送单个促血管生成因子如血管内皮生长因子（VEGF）或成纤维细胞生长因子（FGF），虽能启动血管生成，但往往导致不成熟和渗漏血管的形成。实际上，缺血组织内的微环境在血管生成中发挥双重作用——既启动该过程，又决定新血管的结构和功能完整性。这表明功能性血管再生不仅需要分子刺激，还需要多种细胞类型之间的协调相互作用和局部微环境的动态调控。因此，鉴定重塑局部组织微环境以增强再灌注和再生的干预措施是PAD治疗中一个关键的未满足需求。

通常，局部缺氧和炎症细胞因子[如肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和白细胞介素-6（IL-6）]驱动巨噬细胞向促炎性M1表型极化，启动免疫应答。随时间推移，巨噬细胞向修复性M2表型转变，其特征为抗炎细胞因子分泌[如IL-10和转化生长因子-β（TGF-β）]，促进血管生成和组织修复。M1巨噬细胞的过度激活或M2巨噬细胞的不足可破坏免疫稳态，并促成PAD的恶化进展。因此，靶向巨噬细胞从M1向M2极化代表了调节缺血微环境和增强再生结局的有前景策略。

图1.巨噬细胞是GNPs - pIL -4诱导小鼠缺血后肌肉再生和再灌注的重要介质（摘自Science Advances ）

IL-4是M2极化的经典诱导剂，在免疫调节和组织修复中发挥重要作用。然而，IL-4蛋白在体内半衰期短且易于酶解，需要频繁高剂量给药，并引发脱靶效应的担忧。其广泛的免疫调节活性也可加剧T辅助细胞2介导的应答，促成过敏性疾病，并可能在肿瘤背景下促进肿瘤免疫逃逸。相比之下，实现持续IL-4表达的基因递送方法提供了一种更可控且持久的治疗替代方案，前提是递送安全、靶向且高效。

基因递送系统现在依赖于病毒载体或非病毒纳米载体。虽然病毒载体效率高，但存在基因组整合和免疫原性的风险。非病毒系统，如脂质纳米颗粒和阳离子聚合物，通常更安全，但常缺乏细胞类型特异性。基于石墨烯的纳米颗粒，因其大表面积、膜穿透能力和功能可修饰性，已成为有前景的核酸递送平台。先前研究表明，负载IL-4质粒的基于石墨烯的纳米颗粒可靶向心脏巨噬细胞并减轻心肌梗死后的炎症。然而，其在血管生成和PAD中的治疗潜力仍未充分探索。

此外，一氧化氮（NO）在调节内皮细胞功能和血管重塑中发挥核心作用。蛋白质S-亚硝基化——一种关键的NO依赖性修饰——由S-亚硝基谷胱甘肽还原酶（GSNOR）调控，该酶维持细胞内氧化还原平衡。据报道，GSNOR在心肌缺血和复苏期间被激活。抑制其活性或遗传缺失可恢复蛋白质S-亚硝基化水平，减少氧化应激和炎症，并保护脑组织。此外，GSNOR缺陷已被证明可在心肌缺血期间促进血管生成和灌注恢复。然而，GSNOR在肢体缺血中的作用仍不清楚。

在本研究中，成功开发了一种基于石墨烯纳米颗粒的IL-4质粒递送系统（GNPs-pIL-4），以重塑局部微环境、实现靶向巨噬细胞重编程并增强缺血组织再生。随后，作者系统评估了其对巨噬细胞极化、血管生成和肌肉功能恢复的影响，其中OSM–GSNOR–内皮糖蛋白（ENG）调控信号轴在协调出芽血管生成和功能修复中发挥重要作用。本工作为PAD中免疫靶向纳米医学提供了一个机制框架和潜在治疗策略。

参考消息：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aed5692