细菌感染因多种抗生素耐药性而受到越来越多的关注，严重威胁着公众健康。为了避免细菌的抗生素耐药性，越来越多的研究转向在抵御细菌病原体的免疫保护中发挥着关键作用的自然免疫系统，利用免疫细胞来对抗细菌感染。例如，巨噬细胞就是通过识别、吞噬和消化细菌来抵抗感染。虽然巨噬细胞的内吞过程是对致病性细菌感染的自然反应，但人体内普通的巨噬细胞对细菌的敏感性和消除效率经常并不足够高，从而不可避免地导致高感染率。
鉴于此，澳门大学王瑞兵教授团队首次开发一种超分子人工受体修饰的巨噬细胞（即SAR-Macrophage），以增强对病原体，例如大肠杆菌的识别和清除。与传统的嵌合抗原受体T细胞/巨噬细胞免疫疗法（即CAR-T/Macrophage）不同，超分子人工受体巨噬细胞通过简单的在巨噬细胞上锚定的大环分子七元葫芦脲（CB[7]）就可以对远程标记客体分子（ADA）的大肠杆菌通过主客体作用增强特异性识别，从而显著提高了巨噬细胞对大肠杆菌的摄取，进一步诱导巨噬细胞M1极化，生成大量ROS进而有效的消灭内化的细菌（图1）。相关的结果最近在Materials Horizons上发表。
图1. 超分子人工受体巨噬细胞（SAR-Macrophage）通过多位点强主客体相互作用快速且特异性地识别、内化客体分子修饰的大肠杆菌，从而诱导巨噬细胞M1极化，产生大量ROS，有效杀灭细胞内细菌。
一、超分子人工受体巨噬细胞（SAR-Macrophage）体系的制备
由于甘露糖mannose可以对大肠杆菌上的FimH蛋白特异性识别，作者设计合成了客体分子衍生物mannose-ADA（甘露糖修饰的金刚烷），这样mannose-ADA就可以寻找并在大肠杆菌表面通过mannose-FimH作用标记上客体分子ADA。CB[7]与嵌膜分子DSPE-PEG偶联后可以通过与细胞简单的共孵育制备得到SAR-Macrophage。如图2所示，CB[7]修饰的巨噬细胞的细胞质中观察到大量的绿色荧光（表达GFP的大肠杆菌），荧光强度比未修饰的巨噬细胞组高出14倍，说明了超分子人工受体巨噬细胞对客体分子修饰的大肠杆菌短时间内高效的识别和摄取。
图2. 超分子人工受体巨噬细胞与未经修饰的巨噬细胞对客体修饰的细菌的识别和摄取的荧光成像对比图。
二、SAR-Macrophage对大肠杆菌的识别、捕获和清除
由于对细菌的免疫捕获通常发生在循环系统中，为了更直观的观察，作者采用斑马鱼模型验证了SAR-Macrophage对大肠杆菌在体内模型中的识别和捕获能力，这种透明的动物模式允许在单细胞水平上直接可视化体内的捕获过程。如图3所示，SAR-Macrophage的红色荧光与ADA修饰的大肠杆菌的绿色荧光很大程度上的重叠说明了由于超分子主客体识别作用，SAR-Macrophage可以在循环系统中更快速地捕获ADA修饰的大肠杆菌。
图3. 斑马鱼中相应的GFP-大肠杆菌（绿色）和DiD-巨噬细胞（红色）共定位的荧光成像图。
此外，SAR-Macrophage还显示出对耐药大肠杆菌（UPEC）卓越的抗菌能力，氨苄青霉素和氧氟沙星等抗生素对耐药大肠杆菌的抗菌活性很小，与这些一线抗生素相比，超分子人工受体巨噬细胞作用下的ADA修饰的耐药大肠杆菌的存活率显著下降，表明SAR-Macrophage有效的抗菌能力。最后在动物水平上建立了细菌感染模型，SAR-Macrophage有效的抑制了伤口部位细菌的繁殖，明显降低了伤口位点的菌落形成数，同时加速了伤口愈合过程，在第五天的时候，伤口区域大小恢复到只有初始的22%。组织切片可观察到SAR-Macrophage体系治疗后伤口部位会有更多的新生胶原和新生血管 （图4）。
图4. 小鼠伤口感染模型的抗菌活性研究。
三、总结
作者通过在巨噬细胞表面修饰主体分子七元葫芦脲 （CB[7]）构建了超分子人工受体巨噬细胞（SAR-Macrophage），，增强其对客体分子金刚烷（ADA）修饰的大肠杆菌的识别和捕获，导致巨噬细胞M1极化产生大量ROS，最终清除细胞内细菌。体外体内实验结果中，SAR-Macrophage对普通型大肠杆菌和耐药大肠杆菌都显示出有效的抗菌能力。不仅如此，SAR-Macrophage制备方法快速简单，提供了一种新型的用于抗菌的细胞工程方法，而且还为各种基于细胞的疗法来增强靶向识别的生物医学应用设计和开发提供了重要的新策略和新思路。
来源：高分子科学前沿
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