生长因子能够刺激多种细胞过程，包括细胞增殖、迁移和分化。因此，它们为再生医学带来了巨大希望，已有多种基于生长因子的产品进入临床应用。然而，基于重组生长因子的疗法仍然受到诸多限制的阻碍，包括低剂量时效果不佳和高剂量时产生严重副作用。例如，这些限制已促使美国食品药品监督管理局（USFDA）对某些生长因子（如骨形态发生蛋白-2（BMP-2）和血小板衍生生长因子-BB（PDGF-BB））发布了黑框警告。限制生长因子在再生医学中应用的问题无疑与使用了非合适的递送系统有关。因此，研究人员已开发出多种策略，以确保重组生长因子在组织中的精确定位并控制其释放。然而，控制生长因子的定位和释放可能只是提高其再生潜力和安全性的第一步。理解生长因子释放后其信号传导如何受到组织微环境的影响，很可能至关重要。免疫反应几乎总是伴随组织修复再生过程，但免疫系统和炎症信号对生长因子信号传导的影响一直被忽视且知之甚少。特别是，细胞对生长因子的反应可能会因递送部位的炎症和免疫微环境的不同而改变。此外，尽管递送生长因子的初衷是靶向那些生成新组织的细胞，如组织驻留干细胞和祖细胞，但它们也不可避免地会作用于受损组织中存在的免疫细胞，因为许多免疫细胞都表达生长因子受体。然而，局部递送重组生长因子后免疫细胞的反应仍不清楚。
促炎细胞因子白细胞介素-1（IL-1）及其普遍表达的受体（IL-1R1）是先天免疫和炎症的核心介质，几乎影响所有细胞和器官。此外，研究表明IL-1R1在多种组织的修复和再生中具有显著影响。例如，我们发现IL-1R1的激活会抑制致密骨来源间充质基质细胞（本文中称为MSCs）的骨再生活性。基于这些发现，我们开发了一种细胞递送系统，该系统整合了MyD88的抑制剂，而MyD88是IL-1R1信号通路中关键的衔接蛋白。在本研究中，我们探究了IL-1R1介导的促炎信号传导在多大程度上影响重组生长因子驱动的组织再生，最终目标是设计出整合免疫系统控制的成功再生策略。我们使用BMP-2和PDGF-BB驱动的小鼠骨再生作为模型系统，这两种生长因子是再生医学中具有临床相关性的生长因子。
图5. IL-1R1信号传导使骨形成细胞对生长因子脱敏的拟议机制。骨形成细胞（MSCs和成骨细胞）中的IL-1R1信号传导刺激PHLPPs和Smurf2的表达。PHLPPs水平升高会促进Akt更快地去磷酸化，从而削弱PDGF-BB信号传导。Smurf2水平升高会促进Smad1/5/8的泛素化进而使其降解，从而损害细胞对BMP-2的响应能力。IL-1R1信号传导还可能通过Smurf2加速细胞衰老。BMP-2和PDGF-BB进一步刺激巨噬细胞释放IL-1β。磷酸化由带有字母P的小圆圈表示。
由于IL-1β是骨愈合背景下最主要的IL-1R1配体，我们测量了生长因子治疗后颅骨缺损中IL-1β的浓度。出乎意料的是，虽然骨损伤后确实有IL-1β释放，但在治疗后前两周内，递送BMP-2或PDGF-BB导致该细胞因子水平显著升高（图4A）。接下来，为了确定缺损微环境中IL-1β的主要来源细胞类型，我们在通过氯膦酸盐脂质体耗竭巨噬细胞的小鼠中重复了该实验（图S7），因为这些细胞会释放大量的IL-1β（20）。在缺乏巨噬细胞的情况下，递送BMP-2或PDGF-BB并未使骨缺损中IL-1β浓度升高，这表明这两种生长因子通过巨噬细胞触发IL-1β的释放（图4B）。我们确认，原代骨髓来源巨噬细胞（未极化）具备响应PDGF-BB和BMP-2的能力，因为它们表达这些生长因子的部分受体（PDGFRα、PDGFRβ，以及激活素受体1型（ACVR1），还有骨形态发生蛋白受体1B型（BMPR1B）和2型（BMPR2），后者表达程度较低；图S8）。体外用BMP-2或PDGF-BB刺激巨噬细胞可诱导IL-1β的释放，这证实了生长因子触发巨噬细胞释放IL-1β（图4C）。综合以上结果，我们表明：暴露于IL-1R1信号传导会抑制骨形成细胞（MSCs和成骨细胞）对BMP-2和PDGF-BB的响应，而局部递送这些生长因子则通过触发巨噬细胞释放IL-1β，进一步加剧了IL-1R1信号传导（图5）。
图4. 递送BMP-2和PDGF-BB触发巨噬细胞释放IL-1β。（A和B）用含有生理盐水（仅纤维蛋白）、BMP-2或PDGF-BB（1μg）的纤维蛋白基质处理颅骨缺损。在不同时间点收集缺损周围带有骨组织的纤维蛋白基质。（A）中的图表显示所采集样本中的IL-1β浓度（每毫升组织裂解液中的IL-1β浓度）。每个时间点n=3。（B）中的图表显示第6天时，在巨噬细胞正常存在（对照脂质体）和巨噬细胞耗竭（Liposoma氯膦酸盐脂质体）的小鼠中测得的IL-1β浓度。n=4。（C）用BMP-2或PDGF-BB处理原代巨噬细胞。24小时后测量培养基中的IL-1β浓度。n=4。
论文信息：
论文题目：Enhancing the regenerative effectiveness of growth factors by local inhibition of interleukin-1 receptor signaling
期刊名称：Science Advances
时间期卷：Vol 6, Issue24(2020)
在线时间：2020年6月12日
DOI: 10.1126/sciadv.aba76
产品信息：
货号：CP-005-005
规格：5ml+5ml
品牌：Liposoma
产地：荷兰
名称：Clodronate Liposomes&Control Liposomes
办事处：靶点科技
Clodronate Liposomes氯膦酸盐脂质体清除小鼠骨再生模型里巨噬细胞。荷兰Liposoma巨噬细胞清除剂ClodronateLiposomes见刊于Science Advances：通过局部抑制IL-1受体信号通路提升生长因子的再生修复效能。
Liposoma巨噬细胞清除剂Clodronate Liposomes氯膦酸二钠脂质体清除巨噬细胞的材料和方法：
In vivo macrophage depletion
One day before surgery, 200 μl of clodronate liposomes (5 mg/ml) or empty liposomes (Liposoma) was intravenously injected in C57BL/6 mice (10 to 12 weeks old). An additional 200 μl of clodronate liposomes or empty liposomes were intraperitoneally injected every 2 days until day 6. Mouse spleens were harvested and crushed, and red blood cells were lysed with red blood cell lysis buffer [ammonium chloride (8.3 g/liter) and 10 mM tris-HCl in distilled water]. Macrophage depletion was verified by resuspending splenocytes in TruStain FcX anti-CD16/32 (1 μg/ml; clone 93, BioLegend) antibodies to block nonspecific binding and 1:500 dilution of Zombie Aqua (BioLegend) diluted in PBS. Subsequently, splenocytes were labeled with the following antibodies: anti-CD11b PE (1 μg/ml; clone M1/70, BioLegend), anti-Ly6G BV421 (1 μg/ml; clone 1A8, BioLegend), and anti-F4/80 biotin (3 μg/ml; clone REA126, Miltenyi Biotech) conjugated to streptavidin APC/Fire 750 (0.4 μg/ml; BioLegend) diluted in flow cytometry buffer (PBS with 1% BSA and 5 mM EDTA). Samples were acquired on a BD FACS Fortessa X20 and analyzed with FlowJo software (TreeStar Inc.).
巨噬细胞清除材料和方法文献截图：通过局部抑制IL-1受体信号通路提升生长因子的再生修复效能。
