陈香美院士/蔡广研/欧阳清/李莉莉合作《CMI》：利用体内自组装多肽调控促纤维化巨噬细胞抑制肾脏纤维化进展

慢性肾脏病（CKD）表现为肾脏结构长期受损，肾功能持续降低并最终丧失。全球有 10% 的成年人患有CKD，每年有 120 万人死于CKD。肾脏纤维化是 CKD 的病理表现，其特点是肾间质中的肌成纤维细胞活化和细胞外基质（ECM）堆积，目前仍缺乏特异性治疗方法。肾脏纤维化过程中巨噬细胞发挥的作用尤为关键，通过活化微环境中的肌成纤维细胞促进疾病进展。然而，巨噬细胞表现出高度异质性，使其作为治疗细胞靶点的潜力受到限制。因此，如何对驱动肾脏纤维化的特定巨噬细胞亚群进行干预，对于开发新的CKD治疗策略及改善患者预后具有重要意义。

近期，解放军总医院第一医学中心肾脏病医学部陈香美院士/蔡广研教授/欧阳清副教授团队联合国家纳米科学中心李莉莉研究员团队在Cellular & Molecular Immunogy杂志在线发表了题为Depleting profibrotic macrophages using bioactivated in vivo assembly peptides ameliorates kidney fibrosis 的工作，旨在利用体内自组装多肽从时间和空间上特异性去除驱动肾脏纤维化的特定巨噬细胞亚群，重塑局部免疫微环境，从而抑制肾脏纤维化的进展。该研究确定了肾脏中主要的促纤维化巨噬细胞亚群（Fn1+Spp1+Mrc1+），然后构建了一种生物体内活化自组装多肽（BIVA-PK）通过诱导巨噬细胞死亡及功能改变，重塑肾脏免疫微环境，阻断了纤维化的进展。BIVA-PK 在抑制肾脏纤维化、延缓肾功能进展方面的疗效，凸显了以巨噬细胞为作用靶点治疗CKD的潜在价值。

在本研究中，研究人员首先构建缺血再灌注损伤导致的肾脏纤维化小鼠模型（uIRI），然后利用单细胞测序技术检测了肾脏炎症-纤维化进展过程中巨噬细胞亚群的改变。研究发现在肾损伤进展至纤维化阶段，肾脏中Mrc1+ 巨噬细胞显著上调了促纤维化基因（Fn1、Spp1、Ecm1 和 C3ar1）的表达，并富集淋巴细胞趋化和细胞外基质组织相关通路，表明Fn1+Spp1+Mrc1+巨噬细胞可能是介导肾脏纤维化的关键亚群。研究人员利用质谱流式、免疫荧光染色和流式细胞术验证了uIRI 小鼠肾脏Mrc1+巨噬细胞亚群参与了慢性炎症向纤维化的转变。
生物活化的体内纳米自组装（BIVA）多肽是一种增强型靶向系统，可在特定酶裂解后在原位组装成 β-sheet纳米纤维，从而提高在靶细胞内的存留。为了去除M2 样巨噬细胞并减轻肾脏纤维化，BIVA 多肽通过特异性靶向促纤维化巨噬细胞亚群，然后在肾脏高表达的酶Cathepsin B 的剪切作用下进行自组装，通过连接细胞杀伤肽引发肾脏巨噬细胞死亡。体外实验证实，BIVA-PK对BMDMs诱导的M2样巨噬细胞的具有选择性靶向和杀伤作用，不结合M1 巨噬细胞，不识别肾小管上皮细胞、系膜细胞等肾固有细胞。此外BIVA-PK诱导了巨噬细胞线粒体损伤，表现为线粒体膜电位改变及mtDNA的释放，提示其对巨噬细胞的杀伤作用可能由线粒体损伤介导。
研究者在单侧肾脏缺血再灌注损伤小鼠模型（uIRI）中评估了不同给药窗口期BIVA-PK对肾脏纤维化的疗效。结果发现BIVA-PK可以明显减轻肾脏纤维化病理评分，降低纤维化标志物α-SMA、Collagen I、Fibronectin表达水平，其中全期治疗对 ECM 沉积的抑制作用优于早期和晚期治疗，而早期和晚期治疗之间无显著差异。BIVA-PK治疗后小鼠肾脏活性TGF-β1和p-SMAD3水平明显下降，而IL-11的表达水平未见明显变化，提示BIVA-PK 的抗纤维化作用可能有TGF-β1-SMAD3 信号通路的参与，而与IL-11无关。
进一步，研究者评估了BIVA-PK给药后肾脏免疫微环境的变化。接受BIVA-PK治疗后，肾脏M2样巨噬细胞的比例显著下降，表明BIVA-PK能有效靶向并消除纤维化肾脏中的M2样巨噬细胞。同时，BIVA-PK 治疗后肾脏 CD4⁺ T 细胞的比例明显降低，而其中调节性 T 细胞（Treg，FoxP3⁺）和 PD1⁺ T 细胞显著增加，同时减少了中性粒细胞的浸润，降低了肾脏促纤维化因子（如 Pdgfb、Tgfb1 和 Grem1）的表达，表明BIVA-PK通过重塑肾脏局部免疫微环境，打破纤维化进程。有意思的是，促纤维化巨噬细胞在早期给药后呈现先下降后回升的趋势，提示其在肾脏中持续浸润和分化，仅给与BIVA-PK早期治疗可能不足以维持抗纤维化的免疫微环境。

BIVA-PK通过诱导巨噬细胞死亡抑制肾脏纤维化进展作用机制模式图

（图源：Qing Ouyang et al., Cellular & Molecular Immunogy. 2024）

综上所述，研究人员综合利用单细胞转录组测序、质谱流式等技术手段，结合动物模型、细胞生物学和分子生物学方法，证明了Fn1+Spp1+Mrc1+巨噬细胞是肾脏纤维化微环境的主要贡献者。通过构建并合成一种体内自组装多肽BIVA-PK，扰乱促纤维化巨噬细胞的线粒体稳态并诱导细胞死亡。研究表明，BIVA-PK可选择性地消耗促纤维化巨噬细胞而改变微环境，改善uIRI诱导的肾纤维化并保护肾功能。糖尿病肾病、肾移植和肾小球肾炎等不同疾病引起的肾脏纤维化均会有该群巨噬细胞的增加，表明 BIVA-PK 可用于不同病因引起的纤维化的进展。此外，BIVA-PK还具有特异性肾脏分布、延长原位保留时间和可靠的安全性等优势，为CKD患者提供了一种潜在治疗方法。
解放军总医院第一医学中心肾脏病医学部、肾脏疾病全国重点实验室陈香美院士、蔡广研教授、欧阳清副教授和国家纳米科学中心李莉莉研究员为该论文的共同通讯作者，欧阳清副教授、硕士研究生王超、硕士研究生桑田和博士研究生佟琰为本论文的共同第一作者。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41423-024-01190-6