《Journal of Controlled Release》：Extracellular vesicle-mediated HIF-1α delivery promotes durable vascular remodeling via endothelial Dll1-dependent CD163+ macrophage differentiation
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pH响应intein平台介导HIF-1α外泌体递送促进缺血下肢血管再生，通过调控DLL1介导的巨噬细胞向CD163+表型转化实现血管成熟和血流恢复。
作者：Seongeon Cho, Yeji Lee, Yeong Ha Hwang, Jiyoung Goo, Jihoon Han, Jiwan Woo, Gi-Hoon Nam, Cherlhyun Jeong, Iljin Kim, In-San Kim
韩国大学（KU-KIST）融合科学与技术研究生院，首尔 02841，大韩民国
摘要
摘要
严重肢体缺血（CLI）是一种严重的血管疾病，其药物治疗选择有限，且截肢风险较高。传统的血管生成疗法主要基于单一生长因子，但未能实现稳定和功能性的血管形成。最新研究表明，内皮细胞与免疫细胞（尤其是血管周围巨噬细胞）之间的相互作用对于持久的血管重塑至关重要。在本研究中，我们开发了一种基于pH响应性intein的平台，用于将稳定化的、持续活性的缺氧诱导因子-1α（HIF-1α）装载到细胞外囊泡（EVs）中。实验结果表明，通过EVs递送HIF-1α显著改善了小鼠后肢缺血模型的灌注情况，并减少了组织坏死。HIF-1α–EVs激活了血管再生程序，促进了新血管的生长和结构成熟，导致侧支动脉扩张以及H型和CD34+内皮细胞的增加。值得注意的是，HIF-1α–EVs治疗还增加了CD163+血管周围巨噬细胞的数量，这些巨噬细胞通过稳定血管来支持动脉生成。从机制上看，EVs介导的HIF-1α递送上调了内皮细胞中的Delta样配体1（Dll1），使巨噬细胞向CD163+修复型分化，从而增强了血管成熟并恢复了血流。总体而言，这种转录因子递送策略为CLI及其他缺血性疾病提供了有前景的治疗途径。
引言
引言
严重肢体缺血（CLI）是最严重的周围动脉疾病形式，其特征是慢性缺血性疼痛、组织丢失以及较高的截肢风险[1]。外科手术或导管介导的血管重建仍是首选治疗方法；然而，由于动脉病变广泛、缺乏远端靶点或存在禁忌症，治疗效果往往有限。即使在干预成功后，再狭窄和移植物失败也较为常见[2]。此外，目前尚无药物疗法能有效改善缺血肢体的灌注[3]。在这种情况下，治疗性血管生成作为一种促进血管生长和恢复血流的策略应运而生。
治疗性血管生成与外科手术不同，它通过药物手段诱导血管生成、动脉生成和血管形成来恢复灌注[2]。尽管具有潜力，但临床试验显示其效果有限，肢体挽救或功能恢复的效果并不一致[4],[5],[6]。其主要局限性在于依赖于VEGF或FGF等单一生长因子，并且主要关注内皮细胞（ECs）[7],[8],[9]。为了提高治疗效果，通过转录调控调节免疫细胞与基质细胞之间的复杂相互作用至关重要。
最近的研究强调了免疫细胞在血管再生中的关键作用[10],[11],[12]。其中，血管周围巨噬细胞（PVMs）因表达CD163而被认为在血管稳定、血流调节和基质重塑中起着关键桥梁作用[11],[12]。在缺血重塑过程中，PVMs聚集在动脉周围，并与内皮细胞和血管壁细胞密切互动以支持血管成熟[13],[14]。最新证据表明，PVMs不仅在缺血应激下维持血管完整性，还获得类似血管壁细胞的特性，直接促进血管成熟和稳定性[15]。这些巨噬细胞由浸润的单核细胞在缺氧诱导的微环境中局部分化而来[16],[17],[18]。
HIF-1α是一种在缺氧条件下稳定的转录因子，它不仅调节血管生成和代谢途径，还调节对缺血环境至关重要的免疫重编程[19],[20],[21]。这种多方面的调控能力使HIF-1α成为连接血管系统和免疫系统的核心介质，支持持久的新生血管形成。因此，HIF-1α是一个有吸引力的治疗靶点；然而，传统药物方法长期以来认为HIF-1α难以通过药物手段靶向[22],[23]。
在本研究中，我们使用了一种基于pH响应性intein的平台，能够将稳定化的、持续活性的HIF-1α高效封装到细胞外囊泡（EVs）中，并确保其在受体细胞中的转录活性[24],[25],[26],[27]。在后肢缺血（HLI）小鼠模型中，通过EVs递送HIF-1α显著改善了血液灌注并减少了组织坏死。机制上，HIF-1α上调了内皮细胞中的Dll1表达，进而诱导CD163+ PVMs的分化。这些发现表明，通过EVs递送HIF-1α是一种克服传统血管生成疗法局限性、实现缺血性疾病持久血管形成的有前景策略。
研究片段
研究片段
通过肌肉注射HIF-1α–EVs可改善后肢缺血的灌注恢复并减少组织坏死
为了实现HIF-1α的持续和功能性递送，我们首先使用了一种在常氧条件下稳定的HIF-1α（scHIF-1α）[24]，该方法通过删除氧依赖性降解结构（ODDD）并引入N803A突变来实现稳定性（图1A）。随后，我们构建了一种将pH敏感的intein切割突变体（I-CM）融合到EV膜蛋白CD81上的平台（CD81_I-CM_scHIF-1α）[24],[25],[26],[27]。这种方法可定向切割...
讨论
尽管经过数十年的研究，治疗性血管生成在CLI等缺血性疾病中的临床应用仍有限[2]，这主要是由于基于生长因子的疗法所诱导的血管具有短暂性和结构不成熟性[1],[9]。专注于单一促血管生成因子（如VEGF）的策略往往无法促进血管稳定，导致灌注维持不佳和组织恢复有限[6],[57],[58],[59]。我们的研究结果强调了...
写作过程中AI及AI辅助技术的使用声明
作者在准备手稿期间使用了ChatGPT-5o工具进行语言润色和可读性提升。所有由该工具生成的内容均经过作者审核和必要修改，作者对最终版本的手稿内容负全责。
作者贡献声明
作者贡献声明
Seongeon Cho：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、方法设计、实验设计、数据分析、概念构建。
Yeji Lee：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、方法设计、实验设计、数据分析、概念构建。
Yeong Ha Hwang：方法设计、实验设计。
Jiyoung Goo：方法设计、实验设计。
Jihoon Han：方法设计、实验设计。
Jiwan Woo：资源提供。
Gi-Hoon Nam：撰写 – 审稿与...
利益冲突声明
Gi-Hoon Nam和In-San Kim是SHIFTBIO INC的联合创始人，并持有该公司股份。其他作者均无利益冲突。
致谢
本研究得到了以下资金支持：韩国科学技术院（NST）的资助，由韩国科学与信息通信部提供（项目编号：RS-2017-NR022964（授予ISK）和RS-2021-NR061809（授予IK）；韩国健康产业开发院的资助（项目编号：RS-2024-00404418（授予ISK）和RS-2024-00405253（授予IK）；KU-KIST学校项目（ISK）；KIST机构计划2（项目编号：V09840-23-P038（授予ISK）；Cryo-TEM成像设备（FEI Tecnai F20 G2）的使用。
