文献解析|细胞营养代谢调控免疫细胞外囊泡产生及生物活性的重要作用——四川大学刘敬平团队最新研究成果

引言

细胞外囊泡（Extracellular vesicles, EVs）作为细胞间信息传递的重要载体，近年来在生物医学领域受到了广泛关注。EVs携带了丰富的生物活性分子，如蛋白质、核酸和脂质等，能够参与多种生理和病理过程。基于EVs的免疫疗法已在感染、炎症和肿瘤等疾病的治疗中显示出广阔的应用前景。然而，当前基于细胞培养产生EVs的方法面临着产量较低、EV生物活性不足等瓶颈问题，这严重阻碍了EV免疫疗法的临床转化进程。因此，探索调控免疫细胞中EV产生和活性的新机制，开发提高EV产量及其生物活性的新策略，具有重要的科学意义和临床价值。

近日，四川大学华西医院刘敬平研究员团队在国际权威期刊Science Advances上发表了一项题为“Nutrient availability regulates the secretion and function of immune cell-derived extracellular vesicles through metabolic rewiring”的研究，首次揭示了通过调控细胞营养代谢同时提高EV产量和活性的新策略。该研究成果不仅为理解EV产生和功能的调控机制提供了新的视角，也为开发更高效、精准的治疗性EVs提供了新的策略。

研究背景

营养物质对于维持细胞的正常生长及多种生理过程至关重要。大量研究表明，免疫细胞的表型和功能受营养物质如葡萄糖、氨基酸和脂质等利用率及能量代谢状态的调节。作为细胞分泌的天然纳米囊泡，EVs的产量及生物活性与其供体细胞的代谢状态密切相关。然而，关于如何通过调控细胞营养代谢来影响EV产生和功能的机制，目前尚不清楚。

研究目的

本研究旨在探索通过调控免疫细胞（巨噬细胞，Mφs）的营养代谢状态，来提高其来源的EVs（Mφ-EVs）的产量和生物活性，并揭示其潜在的分子机制。

研究方法

1. 细胞培养与EV收集：研究者首先通过调整巨噬细胞培养条件中的营养组分，包括葡萄糖、氨基酸和脂肪酸等，来观察这些营养物质对Mφ-EVs产量的影响。

2. 多组学分析：利用高通量测序、蛋白质组学和代谢组学等技术，对Mφ-EVs中的生物分子进行综合分析，以揭示其功能和活性变化的分子基础。

3. 功能学实验：通过体外和体内实验，验证Mφ-EVs的免疫激活潜能，如逆转免疫抑制型M2极化、激活单核细胞的趋化和促进T细胞活化等。

4. 代谢重塑研究：通过代谢谱分析和基因表达谱分析，揭示GLN剥夺对M1-Mφ代谢状态的影响，以及这种代谢重塑如何影响EV的产生和功能。

5. 回补实验：在GLN剥夺条件下，使用α-酮戊二酸（α-KG）和还原型谷胱甘肽（GSH）前体（NAC）进行回补实验，以验证GLN代谢在调控EV产量和功能中的作用。

研究结果

1. GLN剥夺增加Mφ-EVs产量：相较于常规添加GLN来源的EV（EVGLN+），GLN剥夺或阻断GLN代谢条件下Mφ-EV（EVGLN-）的产量显著增加（~4倍）。

2. EVGLN-富含免疫激活相关分子：多组学分析发现，M1-Mφ来源的EVGLN-富含多种分子（如蛋白和mRNA等），主要富集于免疫激活相关通路。

3. EVGLN-具有更强的免疫激活潜能：功能学实验结果显示，EVGLN-相较于EVGLN+具有更强的免疫激活潜能，如逆转免疫抑制型M2极化、激活单核细胞的趋化和促进T细胞活化等。

4. GLN剥夺引发系统性代谢重塑：进一步研究发现，GLN剥夺显著改变了M1-Mφ的基因表达谱和代谢谱，诱导细胞系统性代谢重塑。表现为三羧酸（TCA）循环代谢降低，氧化还原代谢失衡，糖代谢和核苷酸代谢增强等。

5. 代谢重编程是EV产量和免疫激活同时增高的原因：作为代谢底物，GLN既可通过α-KG途径进入TCA循环影响能量代谢，也可通过GSH途径维持细胞氧化还原平衡。回补实验结果表明，回补GLN代谢可有效抑制由GLN剥夺所致的M1-Mφ的EV产量和免疫激活因子表达升高。因此，GLN剥夺引发的系统性代谢重编程是导致M1-Mφ中EV产量和免疫激活作用同时增高的潜在原因。

研究意义

1. 揭示新的EV调控机制：本研究首次揭示了通过调控细胞营养代谢来影响EV产生和功能的机制，为理解EV的生物学特性提供了新的视角。

2. 提供新的治疗策略：通过调控营养物代谢，可以实现高效产生具有特定免疫活性的治疗性EVs。这一策略为开发更高效、精准的治疗性EVs提供了新的思路。

3. 推动EV免疫疗法的发展：本研究成果有望为基于EVs的免疫疗法提供新的理论基础和实验依据，推动其在临床上的应用和发展。

研究展望

尽管本研究已经揭示了通过调控细胞营养代谢来提高EV产量和生物活性的新策略，但仍有许多问题需要进一步探讨。例如，除了GLN外，其他营养物质如葡萄糖、脂肪酸等是否也能通过类似机制影响EV的产生和功能？此外，如何将这些发现转化为临床应用，以及如何评估和优化治疗性EVs的安全性和有效性，也是未来研究的重要方向。

结论

本研究通过调控免疫细胞的营养代谢状态，成功提高了其来源的EVs的产量和生物活性，并揭示了其潜在的分子机制。这一研究成果不仅为理解EV产生和功能的调控机制提供了新的视角，也为开发更高效、精准的治疗性EVs提供了新的策略。未来，随着研究的深入和技术的不断进步，基于EVs的免疫疗法有望在多种疾病的治疗中发挥更大的作用。