Clodronate Disodium

2026年3月19日，中国科学技术大学生命科学与医学部王育才/朱书/蒋为课题组，在国际顶尖期刊Science发表了题为：Commensal-driven serotonin production modulates in vivo delivery of synthetic and viral vectors的研究论文。 一项体内递送科学领域的突破性研究成果。该团队阐明了一条由肠道共生菌与肠道内分泌系统驱动，通过肠道上皮细胞来源的血清素激活肝脏库普弗细胞（Kupffer Cells），从而清除体内递送系统的“肠-肝免疫轴”。研究发现，肠道革兰氏阴性菌作为主要的驱动因素，调节肠嗜铬细胞的色氨酸代谢，肠嗜铬细胞来源的血清素（serotonin），是连接肠道与Kupffer细胞介导IDS（In vivo delivery systems）清除的关键信使。血清素通过Kupffer细胞上的特定受体信号触发细胞骨架重塑，并上调与吞噬相关基因的表达，从而广泛增强Kupffer细胞对各种IDS的摄取。在治疗上，通过限制血清素生成的来源食物或阻断相关受体实现血清素信号的暂时中断，均可大幅降低肝脏对递送系统的清除，将化疗、溶瘤病毒疗法的疗效提升三倍以上，并将体细胞基因编辑和mRNA疗法的效率提高5至15倍。从而为肿瘤靶向治疗、mRNA疗法、基因编辑等技术提供普适性疗效增强策略。该发现从机制层面破解了困扰递送领域数十年的“载体非特异性清除”难题，为推动递送技术的临床转化提供了普适性全新方案。论文官网截图介绍：体内传递系统（IDSs）对于实现治疗剂的临床应用至关重要，尤其是那些具有低生物利用度或剂量受限的全身毒性的药物。IDSs 的进展，以聚合物纳米颗粒和病毒载体为代表，促进了多种治疗模式的快速发展，包括体细胞基因组编辑、基于 mRNA 的疗法以及靶向癌症治疗。然而，一个主要且持续存在的限制仍然存在：它们被体内清道夫系统非选择性清除，这大大降低了对目标组织的传递效率。在所有器官中，肝脏是 IDS 清除的主要场所，常驻的库普弗细胞（KCs）作为主要的清道夫，可以捕获大部分给药剂量。目前减少肝脏 IDS 清除的策略主要依赖于抗污染表面改性、材料重新设计、KC 饱和和清道夫受体阻断。尽管这些方法取得了部分成功，但仍有很大改进空间，特别是在通用性、安全性、肝脏选择性和临床可转化性方面。原理：尽管在材料和工程优化方面进行了大量努力，但对肝脏如何维持其清除IDSs的强大基础能力鲜有关注。因此，识别调控KC-IDS相互作用的核心信号通路将使能够实施根本不同的递送增强策略，并适用于各种IDSs。鉴于肠道微生物群与肝脏之间的密切交流，我们假设存在一个肠-肝信号轴，以增强稳定状态下KC对外来物质（包括IDSs）的吞噬作用。结果：耗竭肠道微生物群或阻断细菌感应受体显著降低了肝脏清除率，并增强了各种IDSs的递送效率，无论其化学成分或载荷类型如何。这些效果转化为IDS基础疗法（包括体细胞基因组编辑和精准癌症疗法）的显著疗效提高。递送效率的增强归因于库普弗细胞（KCs）的功能性失活，同时伴随其形态学、分子表型和吞噬活性的明显变化。革兰氏阴性细菌被确定为此通路的主要驱动因素，但它们并非通过细菌衍生产物直接作用于KCs。相反，肠道细菌在肠上皮中调节色氨酸代谢，肠上皮来源的血清素成为连接肠道与KC介导的IDS清除的关键信使。血清素通过KCs上特定受体的信号传导触发KCs细胞骨架重塑，并上调吞噬相关基因的表达，从而广泛增强了KCs对各种IDSs的摄取。从治疗角度看，通过饮食限制血清素生产源或阻断相关血清素受体实现的血清素信号瞬时干扰，可广泛增强IDS递送效率。短暂的干预窗口就足以在多种临床相关的IDS基础疗法中实现显著的治疗益处。结论：本研究确定了一个共生菌驱动的肠-肝免疫轴作为IDS清除和系统性递送效率的主要调控因子，表明通过调节内源性生物通路可以克服长期存在的药物递送障碍。从转化医学的角度看，针对色氨酸代谢或血清素信号的策略提供了一种广泛适用的方法，通过减少快速的肝脏清除或肝毒性来改善IDS的性能，对基因疗法、基于mRNA的治疗以及精准癌症疗法具有良好的应用前景。肠-肝免疫轴限制基于IDS的疗法：肠道微生物群通过维持稳态高水平的肝脏清除功能损害IDS循环。肠上皮将微生物群衍生的刺激传递给肝脏，血清素作为关键信使驱动KC对IDS的吞噬。因此，只有少量IDS到达靶组织，导致在各种应用中治疗效果不理想。NPs，纳米颗粒；LNPs，脂质纳米颗粒；PAMPs，病原相关分子模式。人体体内药物递送实践中，常面临药代动力学的挑战，包括系统毒性高、组织靶向性效率低（如化疗药物）、稳定性差（如核酸类药物）、难以跨越生物屏障的生物利用度低（如脂溶性药物）等。递送载体系统（IDS）通过对药物的高效封装、稳定保护与靶向递送，可有效解决上述难题，支撑相关药物转化，因而在现代生物医药领域占有重要地位。近十年来，以脂质纳米颗粒（LNPs）、聚合物纳米粒（PNP）和病毒载体为代表的体内递送系统技术已成功推动肿瘤靶向化疗、mRNA疫苗、基因疗法等治疗理念实现临床应用。然而，递送载体给药后普遍存在快速清除问题，导致到达靶标组织的药量极低（比如现有纳米药物向肿瘤的有效递送剂量可仅占总剂量的0.7%以下），严重制约治疗疗效。根本原因在于，这些递送系统在进入体内后，大部分会被肝脏中的枯否细胞快速清除，导致能够成功抵达病灶的剂量不足5%，严重限制了其治疗效果。虽然已知单核-巨噬细胞系统（Mononuclear Phagocyte System，MPS）是介导这一清除过程的主要细胞群体，但当前学术研究仍缺乏安全普适的干预手段。递送领域对该问题长期陷入“现象描述—机制缺失—单纯载体筛选—效果有限且普适性差”的循环，难以突破这一核心瓶颈对递送领域发展的制约。如何有效规避肝脏的单核-吞噬细胞系统捕获，成为提升体内递送系统效率的核心难题。血清素（英语：Serotonin，全称血清张力素，又称 5-羟色胺和血清胺，简称为 5-HT）是一种在中枢神经系统和外周组织中广泛存在的单胺型神经递质，也被称为“‌快乐激素‌”。血清素由色氨酸经色氨酸羟化酶转化为5-羟色氨酸，再经5-羟色氨酸脱羧酶在中枢神经元及动物（包含人类）消化道之肠嗜铬细胞中合成。它被普遍认为是幸福和快乐感觉的贡献者。血清素在调节情绪、睡眠、食欲、认知和胃肠功能等方面发挥着核心作用 。人体约‌90%的5-羟色胺‌存在于胃肠道的肠嗜铬细胞中。肠嗜铬细胞（EC）是肠上皮上肠内分泌细胞的一种亚型，是外周5-羟色胺（5-HT）的主要来源。血清素主要经肝脏代谢为‌5-羟基吲哚乙酸‌（5-HIAA），由肾脏排出 。为探讨肠道微生物群对肿瘤靶向化疗药物递送的影响，研究人员通过广谱抗生素混合物（ABX）清除肠道菌群6周，多种化疗药物递送系统的抗肿瘤效果在清除肠道菌群后显著增强。在使用临床获批的脂质体多柔比星(Doxil)治疗MC38结肠腺癌时，清除菌群的小鼠中有25%在150天后仍无瘤生存，其肿瘤部位的药物累积量约为正常小鼠的两倍。类似的效果在脂质体米托蒽醌（Lipo MXT）治疗乳腺癌、白蛋白结合型紫杉醇（Nab-paclitaxel）以及聚合物纳米粒递送系统中均得到验证，这些结果表明肠道微生物群削弱了基于IDS的化疗的抗肿瘤疗效。病毒载体是另一种临床可用的IDS，自组装结构组件可作为药物载体。这种抑制作用同样存在于病毒载体类递送系统中。在B16F10黑色素瘤模型中，静脉注射溶瘤腺病毒（Oncolytic Adenoviruses, OAs）对正常小鼠仅产生约28%的肿瘤抑制，而在肠道微生物菌群清除的小鼠中，肿瘤消退率高达76%。这些结果表明肠道微生物群在病毒载体基础的癌症疗法中普遍起负面作用。为了解释疗效的改善，团队研究了肠道微生物群是否影响IDS向肿瘤的递送。在微生物群耗竭的情况下，荧光成像显示合成IDS在多种肿瘤模型中的肿瘤累积量约增加两倍，包括脂质体（Doxil）和由mPEG-b-PLGA组成的聚合物纳米颗粒（NPs）（图1 M和N）。对于病毒IDS，通过体内荧光成像显示，ADV向肿瘤的递送至少增加了三倍。总体而言，这些发现表明肠道微生物群对基于IDS的药物递送到肿瘤具有显著抑制作用。除了药物递送之外，基于IDS的基因递送是另一项关键技术，使核酸治疗的临床应用成为可能，包括体细胞基因组编辑和蛋白质替代治疗。研究人员首先使用mRNA或DNA为基础的体细胞基因组编辑来研究肠道微生物群对基因递送的影响。研究人员使用脂质纳米颗粒（LNPs）递送Cre mRNA（mCre@LNPs），并使用Cre报告株评估其编辑效率，该报告株可依据细胞荧光从tdTomato转换为增强型绿色荧光蛋白（EGFP）来可视化基因编辑细胞。肠道微生物群耗竭显著提高了编辑效率，在多个肝外器官（包括肺、脾和骨髓）中提高了5到15倍。研究人员还使用病毒载体，Cre表达的AAV 2/9血清型（Cre-AAV2/9），将Cre DNA递送到同一小鼠株。肠道微生物群耗竭同样显著提高了编辑效率，在肺、外分泌胰腺、胰岛、脾和骨髓中提高了3到10倍。接下来，研究人员扩展这些发现，评估肠道微生物群对MC38肿瘤中基于IDS的蛋白质替代治疗的影响。LNPs被用来递送编码肿瘤抑制蛋白PTEN的mRNA（mPTEN@LNPs）（图1O）。作为对照，mPTEN@LNPs在肿瘤消除方面几乎没有效果，而肠道微生物群耗竭明显增强了抗肿瘤效果，肿瘤体积减小几乎增加了三倍，中位生存期延长了一倍（图1P、Q）。为了直接量化肠道微生物群耗竭下肿瘤基因递送的改善，研究人员向MC38肿瘤小鼠施用携带荧光素酶mRNA的LNPs（mLuc@LNPs）。肠道微生物群耗竭导致LNPs在肿瘤中的积累增加，并使肿瘤荧光素酶表达提高5.6倍，确认了肿瘤递送的改善（图1R）。这些发现揭示了肠道微生物群在限制基于IDS的基因递送疗法潜力方面的负面作用。图1. 肠道微生物损害递送系统介导的药物递送与基因递送。（B和C）肿瘤生长轨迹（B）和生存曲线（C）。数据显示为均值±标准差，n=8个生物学重复。 （E和F）肿瘤生长轨迹（E）和生存曲线（F）。数据显示为均值±标准差，n=8个生物学重复。 （H和I）肿瘤生长轨迹（H）和生存曲线（I）。数据显示为均值±标准差，n=8个生物学重复。 （K和L）肿瘤生长轨迹（K）和肿瘤重量（L）。数据显示为均值±标准差，n=8个生物学重复。 （M）有或无ABX处理小鼠MC38肿瘤中Doxil的荧光反射图像。比例尺，2mm。 （N）注射后24小时Doxil的肿瘤蓄积量。数据以每克肿瘤组织注射剂量百分比表示，显示为均值±标准差，n=4个生物学重复。 （P和Q）肿瘤生长轨迹（P）和生存曲线（Q）。数据显示为均值±标准差，n=9个生物学重复。 （R）有或无ABX处理小鼠注射mLuc@LNPs后48小时的生物发光图像和荧光素酶表达。数据显示为均值±标准差，n=5个生物学重复。 （S）ABX处理和SPF对照小鼠皮肤血管中聚合物纳米粒的活体显微成像。比例尺，50μm。 （T）有或无ABX处理小鼠聚合物纳米粒的药代动力学曲线。数据显示为均值±标准差，n=4个生物学重复。阴影区域代表标准差。肠道微生物群如何影响IDS递送的呢？对肿瘤血管结构和血液灌注的初步检查显示，在ABX处理下未观察到显著变化，这表明IDS在肿瘤中的递送增强并非归因于血管功能的改变。进一步使用聚合物纳米颗粒（NPs）作为IDS模型进行药代动力学分析显示，肠道微生物群的耗竭显著延长了纳米颗粒在体内的循环时间，即使在注射后24小时，血清浓度仍约为对照组的两倍（图1，S和T）。此外，NP在肿瘤及其他重要器官的积累增加，而肝脏的NP信号明显减少，提示肝脏清除受到抑制。这些结果表明，肠道微生物群通过刺激肝脏清除降低了IDS的递送。为研究肠道微生物群控制肝脏清除的潜在机制，研究人员首先排除了细胞色素P450酶的参与，因为药理学调控这些酶并未影响IDS递送。随后，研究人员使用高分辨率肝脏活体显微镜（IVM）成像在细胞水平上观察IDS分布。IVM成像显示，纳米颗粒沿肝小叶窦快速沉积，而使用荷兰Liposoma巨噬细胞清除剂氯膦酸脂质体Clodronate Liposomes耗竭巨噬细胞可消除NP沉积，并显著增加血液中的NP浓度（图S4，H和I）。对Kupffer细胞（KCs）进行体内荧光抗F4/80抗体染色显示其强烈的NP摄取，提示其在肝脏NP清除中起核心作用（图S4J）。图 S4. 肠道微生物群耗竭降低了 IDS 的肝脏清除率。提前两天尾静脉注射氯膦酸脂质体Clodronate Liposomes清除肝脏Kupffer细胞。以降低Kupffer细胞对NP的摄取。高分辨率活体显微镜成像显示，清除菌群后，位于肝门静脉周围的枯否细胞对纳米颗粒的摄取减少了约70%，而肝中央静脉区域的枯否细胞摄取也降低了40%，原本存在的区域吞噬异质性随之消失。这种效应具有普适性，无论是脂质体、白蛋白纳米粒、金纳米粒等合成载体，还是腺相关病毒、腺病毒、慢病毒等病毒载体，其被枯否细胞捕获的比例均显著下降，导致递送系统在血液循环中的滞留时间延长了近两倍。通过粪便菌群移植恢复肠道菌群后，枯否细胞的吞噬活性和肝脏清除功能也随之恢复，证实了肠道菌群对枯否细胞功能具有动态调节作用。KCs在空间上被组织成门脉周围（PT-KCs）和中心静脉周围（CV-KCs）两个亚群 。使用荧光抗E-钙黏蛋白抗体对体内门脉区进行标记，研究人员能够区分PT-KCs和CV-KCs，并观察到这些KC亚群之间吞噬活性存在差异（图S4K）。PT-KCs的NP摄取高于CV-KCs（图S4，L和M）。由于肠道微生物群衍生产物由门静脉引流，在肝小叶窦中从PT到CV区域形成递减浓度梯度，研究人员推测KC吞噬异质性的分区可能是由肠道微生物群建立的。与这一假设一致，ABX处理或无菌（GF）小鼠的IVM成像显示，PT-KCs的NP摄取减少约70%，CV-KCs的NP摄取减少约40%，导致KCs的吞噬异质性消失（图2A及图S5，A到C）。这种减少在各种合成载体中均一致，包括白蛋白NPs、脂质体、LNPs和金纳米颗粒（AuNPs），以及病毒载体，包括AAVs、ADVs和慢病毒（LVs）（图2，A到C）。使用不同粒径（0.13至1.3 μm）的IDS进一步确认了KCs摄取减少。通过粪菌移植（FMT）在ABX处理小鼠中恢复肠道微生物群，可增加PT-KCs和CV-KCs的吞噬活性，从而恢复肝脏清除并减少循环中的NPs。值得注意的是，尽管有这些变化，肠道微生物群耗竭或FMT处理后，KCs数量保持不变。这些发现表明，KCs的吞噬活性决定了肝脏IDS清除，并可被肠道微生物群动态调控。图2. 肠嗜铬细胞（EC）对微生物的感知调控肝脏递送系统清除。 （A）ABX处理和SPF对照小鼠中不同合成载体在枯否细胞中的标准化摄取，相对于对照小鼠门静脉周围枯否细胞均值。数据显示为均值±标准差，n=4个生物学重复。 （B）有或无ABX处理小鼠枯否细胞形态及慢病毒吞噬的活体显微成像。比例尺，20μm。 （C）ABX处理和SPF对照小鼠中不同病毒载体在枯否细胞中的标准化摄取，相对于SPF对照小鼠门静脉周围枯否细胞均值。数据显示为均值±标准差，n=5个生物学重复。 （D）Tlr4fl/fl小鼠及内皮细胞、髓系细胞、肝细胞、B细胞和肠上皮细胞条件性Tlr4敲除小鼠中枯否细胞对聚合物纳米粒的标准化摄取，相对于Tlr4fl/fl小鼠门静脉周围枯否细胞均值。数据显示为中位数±四分位数，n=5个生物学重复。 （E）Myd88fl/fl及条件性Myd88敲除小鼠枯否细胞形态及聚合物纳米粒吞噬的活体显微成像。比例尺，100μm和20μm（插图）。 （F）Myd88fl/fl及条件性Myd88敲除小鼠中枯否细胞对聚合物纳米粒的标准化摄取，相对于Myd88fl/fl小鼠门静脉周围枯否细胞均值。数据显示为中位数±四分位数，n=5个生物学重复。 （G）Myd88fl/fl及条件性Myd88敲除小鼠门静脉周围枯否细胞和中央静脉周围枯否细胞形态学参数热图。n=5个生物学重复。 （H）Myd88fl/fl及条件性Myd88敲除小鼠分区枯否细胞聚类的主成分分析图，显示整体形态学变异。每个点代表一个分区枯否细胞聚类的平均特征。n=5个生物学重复。 （I）彩色编码的主成分分析图显示枯否细胞内纳米粒平均强度。n=5个生物学重复。 （J）Vil1Cre-Myd88wt/wt和Vil1Cre-Myd88fl/fl同窝小鼠肝脏和MC38肿瘤中Doxil蓄积的荧光反射图像。比例尺，2mm。 （K和L）Vil1Cre-Myd88fl/fl小鼠接受Doxil治疗后MC38肿瘤的生长轨迹（K）和生存曲线（L）。接下来科研人员试图了解肠道微生物群如何影响KC的吞噬活性。通过Z堆叠成像和三维（3D）重建结果显示，ABX处理下的KCs表现出显著的形态学改变，表现为细胞体积减少和伪足减少，并过渡为更紧凑、圆形的细胞形态，表明KC失活。基于主成分分析（PCA）的整合形态特征降维后，相似特征的KCs被分组为离散簇，簇之间的距离反映形态变化的程度。对照组小鼠的PT-KCs和CV-KCs形成了不同的簇，这与它们具有异质化的吞噬活性一致。相比之下，肠道微生物群清除使两个KC簇都从对照簇中偏移，形成一个重叠簇（图S8C）。进一步分析显示，KC形态与吞噬活性高度相关，例如凸区面积与吞噬作用呈正相关，而形状因子呈负相关，表明这些形态特征可以作为KC功能的指示。总的来说，该研究提供了对肠道微生物群缺失下KC显著形态变化的定量见解，这可能从细胞几何的角度解释KC吞噬能力下降的原因。接下来研究人员试图研究建立肠道菌群与KC之间远程通信的潜在机制。为了确定负责的细菌种类，使用不同的抗生素在小鼠中选择性地耗竭革兰氏阳性或阴性细菌。使用万古霉素耗竭革兰氏阳性细菌可以适度增加KC对纳米颗粒（NP）的摄取，而使用多粘菌素B消灭革兰氏阴性细菌则显著降低了KC的大小和吞噬活性。将益生菌大肠杆菌（Nissle 1917）移植到ABX处理的小鼠中恢复了KC的吞噬活性，证明了革兰氏阴性细菌在维持KC活性中的重要性。已有研究报道，肠道菌群通过将细菌产物释放到血液中与肠外器官的免疫细胞进行交流。鉴于脂多糖（LPS）是革兰氏阴性细菌中的主要病原相关分子模式，我们首先考察了肠道LPS对KC吞噬活性的影响。口服LPS给GF小鼠可剂量依赖性地恢复PT-KC和CV-KC的激活，并增强其NP清除能力。一致地，在缺乏LPS感受器Toll样受体4（TLR4）或其下游适配蛋白MyD88的小鼠中，KC吞噬显著下降，表明TLR4-MyD88信号通路在维持稳态下KC吞噬活性方面的关键作用。研究人员最初假设，KC会直接对来自肠道的LPS作出反应，从而以自反馈的方式维持其强大的清道夫功能。然而，使用Clec4f-Cre转基因小鼠在KC中条件性敲除Tlr4或Myd88基因并未改变KC的吞噬活性。此外，口服LPS处理后血液中LPS浓度仍保持低水平。值得注意的是，口服LPS使KC功能表型转向抗炎状态，这与全身LPS暴露下观察到的促炎激活不同。在组织水平上，口服LPS处理增加了肝脏中抗炎介质转化生长因子β（TGF-β）和白细胞介素10（IL-10）的浓度，进一步排除了KC直接识别LPS的必要性。一致地，口服LPS处理在ABX处理的Clec4f Cre-Myd88^fl/fl 小鼠中仍能有效驱动KC的抗炎激活。这些结果暗示了其他细胞群体作为中介，将肠道菌群的刺激信号传递给KC的参与。追随这一引人注目的概念，研究人员试图确定哪一类细胞群体能够感知微生物刺激并维持稳态下的库普弗细胞（KC）吞噬活性。研究人员使用多种Cre驱动小鼠品系，对肠道和肝脏中的关键细胞群体进行了细胞特异性TLR4-MyD88信号通路基因扰动，包括iCdh5-Cre（血管内皮细胞）、LysM-Cre（髓系谱系）、Alb-Cre（肝细胞）、CD19-Cre（B细胞）和Vil1-Cre（肠上皮细胞，IECs）。研究人员发现，肝脏细胞中的TLR4-MyD88信号通路，包括内皮细胞、KC和肝细胞，对于维持稳态下的KC吞噬活性并非必需。相比之下，特异性删除肠上皮细胞中的该通路（Vil1Cre-Tlr4fl/fl和Vil1Cre-Myd88fl/fl小鼠）显著降低了KC对合成或病毒IDS的摄取，其水平可与全身敲除小鼠相媲美（图2D至F）。此外，在Vil1Cre-Myd88fl/fl小鼠中观察到PT-KC和CV-KC的显著形态学变化，而其他条件性敲除品系的小鼠KC保持不变（图2G）。PCA分析进一步显示，只有Vil1Cre-Myd88fl/fl小鼠的KC在形态特征空间中表现出明显偏移，表明其功能发生了独特转变（图2H）。值得注意的是，肠上皮细胞中的Myd88缺失并未改变肠道微生物组成或肠道免疫活化状态，从而排除了它们在调控KC功能中的参与。在Vil1Cre-Myd88fl/fl小鼠中，KC对纳米颗粒（NPs）的摄取减少伴随着IDS循环时间延长和肿瘤输送增强（图2I和J）。相应地，这些效应显著提高了Doxil对MC38肿瘤的治疗效果，在治疗后的前两周实现完全的肿瘤生长抑制，并显著延长存活期（图2K和L）。这些结果确认肠上皮细胞是将肠道微生物刺激传递给KC的关键信号节点，从而许可肝脏对IDS的清除。为了确定IEC如何远程调控KC的吞噬活性，我们分析了IEC的分泌特征，并识别出35种可能受肠道微生物影响的分子。在分离的原代KC上测试这些分子表明，只有血清素（5-羟色胺，5-HT）能够显著刺激KC的吞噬活性，使IDS摄取量增加4.1至5.3倍（图3A）。此外，在Vil1Cre-Myd88^fl/fl小鼠的血清、结肠和肝脏组织中，血清素浓度显著降低，这提示其可能参与KC调控（图3 B至D）。对Vil1Cre-Myd88^fl/fl小鼠进行为期1周的口服血清素补充可恢复KC的形态和吞噬活性（图3E）。在无菌（GF）、抗生素处理（ABX）及Myd88–/–小鼠中也观察到类似结果。血清素是由必需氨基酸色氨酸（Trp）代谢生成的一种小产物。进一步使用Vil1Cre-Myd88^fl/fl小鼠探索血清素合成途径中其他代谢物对KC的影响（图3F）。尽管Trp是血清素合成的原料，但单独补充Trp并未激活KC（图3G）。然而，羟色氨酸（5-HTP）可恢复KC的吞噬活性，这表明芳香族L-氨基酸脱羧酶（AADC）在Vil1Cre-Myd88^fl/fl小鼠中功能未受影响。我们还检测了血清素代谢的主要产物5-羟吲哚乙酸（5-HIAA）和Trp的替代代谢途径主要产物犬尿氨酸（Kyn），结果两者均未恢复KC功能，从而排除了这些代谢产物驱动的途径参与的可能性（图3G）。为了进一步证明血清素的生理作用，我们使用了色氨酸羟化酶1（TPH1）基因敲除小鼠（TPH1–/–），在这些小鼠中IEC中的血清素生成完全被阻断，因为TPH1是血清素合成限速步骤的酶。TPH1–/–小鼠的KC吞噬活性显著降低，这证明血清素在稳态下对KC具有调控作用（图3 H和I）。除了评估吞噬活性和形态外，研究人员还考察了血清素在塑造KC功能表型中的作用。在ABX处理的小鼠中，口服血清素可恢复KC的抗炎表型，这表现为CD206、CD163、IL-10和TGF-β表达升高。相比之下，在TPH1–/–小鼠中口服LPS未能恢复KC表型。这些发现证实，血清素作为中心信使，在IEC对微生物刺激时对KC的长距离控制中发挥关键作用。图3. 肠嗜铬细胞来源的血清素向枯否细胞传递微生物刺激信号。（A）流式细胞术定量经肠上皮细胞来源代谢分子处理后分离的原代枯否细胞的吞噬活性。数据显示为均值±标准差，n=3个生物学重复。 （B）SPF对照、ABX处理或Vil1Cre-Myd88fl/fl小鼠门静脉血中血清素标准化浓度，相对于对照小鼠均值。数据显示为均值±标准差，n=16个生物学重复。 （C和D）Vil1Cre-Myd88wt/wt和Vil1Cre-Myd88fl/fl同窝小鼠肝脏中血清素的免疫组化染色（C）及信号强度定量（D）。数值以Vil1Cre-Myd88wt/wt小鼠均值标准化。比例尺，20μm。数据显示为均值±标准差，n=5个生物学重复。 （E）有或无血清素补充的Vil1Cre-Myd88fl/fl小鼠枯否细胞形态及聚合物纳米粒吞噬的活体显微成像。比例尺，100μm和20μm（插图）。 （F）示意图显示色氨酸生成血清素的代谢通路。 （G）Vil1Cre-Myd88fl/fl小鼠补充参与血清素生成的各种代谢物后枯否细胞对聚合物纳米粒的标准化摄取，相对于对照小鼠门静脉周围枯否细胞均值。数据显示为中位数±四分位数，n=4个生物学重复。 （H）TPH1-/-和野生型同窝小鼠枯否细胞形态及聚合物纳米粒吞噬的活体显微成像。比例尺，100μm和20μm（插图）。 （I）TPH1-/-和野生型同窝小鼠中枯否细胞对聚合物纳米粒的标准化摄取，相对于野生型同窝小鼠门静脉周围枯否细胞均值。数据显示为中位数±四分位数，n=4个生物学重复。 （J）基于免疫组化染色的Vil1Cre-Myd88wt/wt和Vil1Cre-Myd88fl/fl同窝小鼠结肠中ATB0+、TPH1、SERT和MAO-A的表达。对于ATB0+和TPH1，数值以Vil1Cre-Myd88wt/wt小鼠均值标准化。数据显示为均值±标准差，n=5个生物学重复。 （K）示意图显示肠道微生物调控肠上皮细胞中血清素的代谢通路及其生物合成与降解。 接下来研究了 IEC 中的 MyD88 信号如何通过检查三条关键通路来调节血清中血清素浓度：色氨酸 (Trp) 吸收、血清素生物合成和血清素降解。通过分析这些通路中关键蛋白的 mRNA 表达，我们发现 IEC 中 Myd88 的基因缺失降低了 Trp 吸收转运蛋白 ATB0 (Slc6a14) 和血清素生物合成酶 TPH1 的表达。这解释了为什么 Vil1Cre-Myd88^fl/fl 小鼠中的 KC 对 Trp 补充仍无反应。关于血清素降解通路，IEC 通过血清素再摄取转运蛋白 (SERT) 从肠粘膜吸收血清素，并通过单胺氧化酶 A (MAO-A) 进行降解 。IEC 中 Myd88 的缺失显著增加了 SERT 和 MAO-A 的表达，这与 ATB0 和 TPH1 活性的下调共同加强了血清血清素的降低（图 3J ）。在 Vil1-Cre 靶向的 IEC 系列中，小肠上皮细胞负责 Trp 吸收和血清素降解，肠嗜铬细胞负责血清素合成。利用 SERT-Cre、Neurod1-Cre 和 iTPH1-Cre 系列在这些细胞中进行亚群特异性 Tlr4 或 Myd88 缺失进一步显示，这两类细胞均参与微生物驱动的血清素产生和肝脏 IDS 清除，而其他 IEC 亚群则非必需。总的来说，这些发现表明肠道微生物通过影响 IEC 中血清素的合成和降解维持血清血清素浓度（图 3K）。短链脂肪酸 (SCFA) 已被报道可刺激肠嗜铬细胞产生血清素。与此一致，SCFA 补充可提高小鼠血清血清素浓度，但矛盾的是抑制了 KC 活性。敲除编码 SCFA 受体的基因 (GPR41, GPR43 和 GPR109A) 或通过无纤维饮食耗尽野生型 (WT) 小鼠肠道 SCFA 增强了 KC 对纳米颗粒 (NPs) 的摄取，而在 TPH1–/– 小鼠中，SCFA 处理在缺乏血清素的情况下进一步降低了 KC 吞噬作用。这些结果表明 SCFA 对 KC 吞噬活性具有额外的抑制作用，超过了其通过诱导血清素而介导的 KC 激活作用。SCFA 主要由革兰氏阳性菌产生，这与万古霉素处理小鼠中观察到的显著 KC 激活一致。向这些小鼠补充 SCFA 使 KC 吞噬活性恢复至对照水平，证实革兰氏阳性菌通过 SCFA 抑制 KC 吞噬。总的来说，革兰氏阳性菌通过 SCFA 信号抑制 KC 吞噬，但这一作用弱于革兰氏阴性菌的促吞噬作用。这解释了在通过 ABX 引起的广泛共生菌耗竭时观察到的 KC 活性降低，强调血清素信号在调节肝脏 IDS 清除中的主导作用。鉴于色氨酸是只能从食物中获得的必需氨基酸，研究人员接下来探讨其限制摄入是否通过降低血清血清素浓度而改变肝脏IDS清除。为期3天的无色氨酸饮食显著降低了血清血清素浓度。KC吞噬活性的下降与循环血清素浓度的下降同步，两者在5天内均达到最低点(图 3L)。将小鼠重新喂以标准饮食后，血清血清素浓度迅速恢复，同时KC形态和吞噬活性在3天内恢复。这一快速反应建立了血清血清素浓度与KC吞噬活性之间的强相关性(图 3M)。此外，除了合成IDS之外，无色氨酸饮食还会导致肝脏对包括AAV、ADV和LV在内的病毒载体的清除率下降约70%(图 3N )。这些发现表明KCs对血清血清素的敏感性，并提供了通过膳食干预控制肝脏清除的潜在方法。研究人员接下来探索了IEC来源血清素在KCs中的下游信号通路。为了确定负责的血清素受体（HTRs），我们用不同的HTR激动剂处理Vil1Cre-Myd88fl/fl和WT小鼠。在使用HTR2或HTR7激动剂处理的小鼠中观察到KCs的活化，表现为其形态变化和吞噬活性增加，提示多种HTR亚型的参与（图4A和B）。具体来说，HTR2包括三个亚型：HTR2a、HTR2b和HTR2c。为了区分它们对KCs的影响，我们生成了相应的HTR基因敲除小鼠品系，并检查了其KCs的活性（图4C和D）。基因删除HTR2c或HTR7，而非HTR2a和HTR2b，会引起KCs的形态转变并显著降低其吞噬活性，从而确认了负责的血清素受体（图4C和D）。由于HTR2c–/–和HTR7–/–小鼠的KCs表现出相似的表型，猜想这两个受体可能共享共同的下游信号通路。关注于参与执行HTR激活后汇聚效应的细胞外信号调节激酶（ERK）。免疫印迹分析证实血清素处理的KCs中ERK磷酸化增强（图4E）。为了进一步验证这一点，向血清素处理的Vil1Cre-Myd88fl/fl或SPF小鼠施用ERK抑制剂（ERKi, PD98059）消除了血清素对KCs摄取NP的刺激作用，并显著抑制了KCs的活性（图4F和G; ）。ERKi处理还引起KCs明显的形态转变，表现为细胞体圆形、细胞突起减少和伪足缩短（图4H和I）。这些发现表明ERK在执行KCs中HTR激活下游功能中具有关键作用。图4. 血清素通过HTR2c/7-ERK信号通路激活枯否细胞吞噬活性。（A）不同HTR1、HTR2、HTR3和HTR7激动剂处理的Vil1Cre-Myd88fl/fl小鼠枯否细胞形态及聚合物纳米粒吞噬的活体显微成像。比例尺，100μm和20μm（插图）。 （B）不同HTR激动剂处理的Vil1Cre-Myd88fl/fl小鼠枯否细胞对聚合物纳米粒的标准化摄取，相对于对照小鼠门静脉周围枯否细胞均值。数据显示为中位数±四分位数，n=4个生物学重复。 （C）HTR2a-/-、HTR2b-/-、HTR2c-/-、HTR7-/-及野生型小鼠枯否细胞形态及聚合物纳米粒吞噬的活体显微成像。比例尺，100μm和20μm（插图）。 （D）HTR敲除小鼠中枯否细胞对聚合物纳米粒的标准化摄取，相对于野生型小鼠门静脉周围枯否细胞均值。数据显示为中位数±四分位数，n=3个生物学重复。 （E）血清素处理后原代枯否细胞中ERK磷酸化的免疫印迹分析。数据显示为均值±标准差，n=4个生物学重复。 （F）单独补充血清素或血清素联合ERK抑制剂处理的Vil1Cre-Myd88fl/fl小鼠枯否细胞形态及聚合物纳米粒吞噬的活体显微成像。比例尺，100μm和20μm（插图）。 （G）单独补充血清素或血清素联合ERK抑制剂处理的Vil1Cre-Myd88fl/fl小鼠分区枯否细胞聚类的主成分分析图，显示整体形态学变异。n=5个生物学重复。 （H）单独补充血清素或血清素联合ERK抑制剂处理的Vil1Cre-Myd88fl/fl小鼠枯否细胞伪足结构的扫描电镜图像。比例尺，5μm和1μm（插图）。 （I）扫描电镜数据中枯否细胞伪足的数量和长度。数据显示为中位数±四分位数，n=4个生物学重复。 （J）从Vil1Cre-Myd88fl/fl小鼠分离的枯否细胞中F-肌动蛋白组织的荧光图像。枯否细胞单独用血清素或血清素联合ERK抑制剂处理24小时，随后与聚合物纳米粒孵育3小时。比例尺，20μm和5μm（插图）。 （K）培养的枯否细胞中单独用血清素或血清素联合ERK抑制剂处理后F-肌动蛋白的长度（上）和标准化强度（下），相对于未处理细胞均值。数据显示为中位数±四分位数，n=4个生物学重复。 （L）血清素处理相对于未处理Vil1Cre-Myd88fl/fl小鼠枯否细胞中髓系白细胞活化（上）和吞噬作用（下）的基因集富集分析图。n=3个生物学重复。 （M）血清素处理后从Vil1Cre-Myd88fl/fl小鼠分离的枯否细胞中mRNA水平基因表达变化的热图。n=3个生物学重复。 （N）示意图显示肠上皮细胞来源的血清素激活枯否细胞对递送系统吞噬的机制。血清素通过HTR2c和HTR7信号触发枯否细胞中肌动蛋白重塑和吞噬受体表达，导致枯否细胞对递送系统的高水平吞噬活性。接下来，研究人员探讨了血清素-HTR-ERK信号在KC中的下游效应分子。吞噬作用需要细胞骨架、吞噬受体和其他调控因子的协作。首先在血清素作用下检查了KC的细胞骨架重塑，使用鬼笔环肽可视化纤维状肌动蛋白（F-actin）。在来自Vil1Cre-Myd88^fl/fl小鼠的分离KC中观察到肌动蛋白聚合较弱，这与其显著的细胞形态变化相对应（图4J）。相反，补充血清素增强了胞质F-actin的形成，生成密集的肌动蛋白网络，支持KC的伪足和突起（图4J和K）。这种重塑的细胞骨架结构对于KC在窦状腔内导航并捕获循环的纳米颗粒以启动吞噬至关重要。给予血清素处理的Vil1Cre-Myd88^fl/fl或SPF对照小鼠ERK抑制剂（ERKi）可减少其细胞内F-actin积累并抑制伪足形成。此外，在从人肝分离的KC中，血清素诱导明显的形态变化、细胞骨架重塑以及2.4倍的纳米颗粒摄取增加，而ERKi可有效阻断这些效应。这些结果凸显了血清素-ERK轴在调控KC细胞骨架动力学和吞噬活性中的保守作用。为评估血清素对吞噬相关基因表达的影响，研究人员比较了血清素处理与未处理Vil1Cre-Myd88^fl/fl小鼠KC的转录组。基因集富集分析（GSEA）和基因本体分析显示，参与髓系白细胞激活、吞噬作用和ERK1/2信号级联的基因主要在血清素处理的Vil1Cre-Myd88^fl/fl小鼠KC中富集（图4L）。具体而言，血清素上调了多种吞噬触发受体的表达，包括清道夫受体、Fc受体、补体受体、C型凝集素受体及其他模式识别受体（图4M）。值得注意的是，Marco（一种最近被证明介导肝脏对肠源性细菌及静脉注射IDS的免疫清除的清道夫受体）的表达增加了2.2倍，而上调的C型凝集素受体和补体受体对于识别和吞噬血源性病毒至关重要。这些吞噬触发受体的上调也通过流式细胞术在蛋白水平得到确认。血清素处理还增加了巨噬细胞刺激受体的表达，如Csf1r、Trem1和Trem2，这些受体均负责维持KC的高吞噬活性（图4M）。此外，调控吞噬作用的基因，如Calr和Coro1a，也呈上调，它们对于细胞骨架重塑和启动吞噬至关重要。总的来说，这些结果揭示了血清素在KC中的下游信号通路，并提供了血清素如何在稳态下维持KC对IDS高吞噬活性的机制性解释（图4N）。在应用层面，研究人员探讨了以临床可转化的方式中断血清素通路是否可以提高IDS的递送效率。首先检查了血清素受体阻断的效果。为了确定抑制肝脏IDS清除最有效的药物，研究人员向SPF小鼠给药了针对不同HTR亚型的小分子拮抗剂。在这些药物中，HTR2或HTR7拮抗剂削弱了KCs对纳米颗粒的摄取，而ritanserin和AVN-101显示出最高的疗效（图5，A和B）。两种药物的联合使用在降低KCs的吞噬活性方面更为有效（图5B）。因此，我们的主要策略依赖于ritanserin和AVN-101的组合（HTR拮抗剂混合物）直接阻断KCs中的血清素信号通路（图5，C和D）。为期一周的治疗方案未引起肠道微生物群失调，但显著延长了Doxil在系统循环中的半衰期，并显著增强了Doxil和聚合物纳米颗粒在肿瘤中的积累（图5，E和F）。值得注意的是，AVN-101和ritanserin均已成功通过多项I期临床试验用于治疗神经系统疾病。在本研究中，研究人员发现能够有效降低肝脏IDS清除的剂量处于可耐受范围内，这强调了该策略的临床转化潜力。随后，评估了该策略对肿瘤治疗和基因编辑的效果。HTR拮抗剂混合物对肿瘤生长影响较小（图5，G和H），但显著增强了Doxil对MC38肿瘤的治疗效果，实现了比单独使用Doxil更高的肿瘤抑制率和延长的生存期。在原位B16F10肿瘤模型中，OAs与HTR拮抗剂混合物联合治疗也显示了类似的肿瘤抑制效果（图5I）。在基因递送方面，HTR阻断显著提高了Cre-AAV2/9在肺、胰腺、脾脏和骨髓等多个器官的基因组编辑效率。第二种策略涉及限制色氨酸（Trp）摄入，以快速降低血清血清素浓度（图5J）。5天的无色氨酸饮食使LNP在肿瘤中的递送效率翻倍，而外源性血清素的给药则完全抵消了这种递送改善（图5K）。恢复色氨酸摄入可快速纠正血清血清素浓度，使该策略成为一种有效且可控的提升IDS递送效率的方法。对于使用mCre@LNPs进行体细胞基因组编辑，无色氨酸饮食相比等热量对照饮食的小鼠，在不同器官中诱导了5至15倍的编辑效率提升。对于蛋白质替代疗法，无色氨酸饮食增强了mPTEN@LNPs对原位4T1肿瘤的疗效，在实验结束时实现了约65%的肿瘤体积减少而未引起体重下降（图5, L和M）。对于溶瘤病毒疗法，无色氨酸饮食同样增强了OAs在B16F10肿瘤模型中的肿瘤消融效果，即便是初始体积超过500 mm³的晚期肿瘤，也显示了该策略的高效性和广泛适用性（图5, N和O）。值得注意的是，恢复血清血清素浓度会抵消色氨酸限制赋予的病毒疗法治疗改进（图5, N和O）。血清血清素浓度与病毒疗法结果之间的稳健相关性表明，血清血清素浓度可能作为IDS基础治疗疗效的临床可评估指标，并为患者饮食管理提供动态信息（图5P）。总之，我们的研究结果强调，阻断血清素信号是一种有前景的方法，可减轻非特异性肝脏IDS清除，从而提升临床相关IDS基础治疗的效果。图5. 通过靶向血清素信号增强递送系统介导的治疗效果。（A）HTR拮抗剂鸡尾酒或对照溶液处理的SPF小鼠枯否细胞对聚合物纳米粒摄取的活体显微成像。比例尺，100μm和20μm（插图）。 （B）血清素信号阻断示意图：使用TPH1抑制剂（LP-533401）或HTR2c/7拮抗剂（ritanserin和AVN-101）。 （C和D）HTR拮抗剂鸡尾酒预处理后MC38肿瘤携带小鼠接受Doxil治疗的肿瘤生长轨迹（C）和生存曲线（D）。数据显示为均值±标准差，n=8个生物学重复。 （E和F）HTR拮抗剂鸡尾酒预处理后MC38肿瘤携带小鼠接受mPTEN@LNPs治疗的肿瘤生长轨迹（E）和生存曲线（F）。数据显示为均值±标准差，n=8个生物学重复。 （G和H）HTR拮抗剂鸡尾酒预处理后B16F10肿瘤携带小鼠接受溶瘤腺病毒治疗的肿瘤生长轨迹（G）和肿瘤重量（H）。数据显示为均值±标准差，n=8个生物学重复。 （I）色氨酸缺失饮食或对照饮食处理的小鼠门静脉血中血清素浓度。数据显示为均值±标准差，n=5个生物学重复。 （J）色氨酸缺失饮食处理期间和停止后枯否细胞中聚合物纳米粒摄取的代表性活体显微成像。比例尺，100μm。 （K）色氨酸缺失饮食处理期间和停止后枯否细胞中聚合物纳米粒摄取的定量分析。数据显示为均值±标准差，n=4个生物学重复。 （L和M）色氨酸缺失饮食预处理后原位4T1肿瘤携带小鼠接受mPTEN@LNPs治疗的肿瘤生长轨迹（L）和肿瘤重量（M）。数据显示为均值±标准差，n=8个生物学重复。 （N和O）色氨酸缺失饮食或色氨酸缺失饮食联合血清素补充预处理后B16F10肿瘤携带小鼠接受溶瘤腺病毒治疗的肿瘤生长轨迹（N）和肿瘤重量（O）。数据显示为均值±标准差，n=8个生物学重复。 （P）血清素浓度与溶瘤病毒治疗后肿瘤重量的相关性分析。总之，本研究首次揭示了一条由肠道菌群驱动、通过肠道上皮细胞来源的血清素激活肝脏枯否细胞、从而清除体内递送系统的“肠-肝免疫轴”。这一发现不仅从根本上解答了体内递送系统（IDS）为何在体内被快速清除的长期表象疑问，更提出了一种全新的、高度可转化的策略来提升各类递送系统的性能。研究揭示了驱动体内递送载体（IDS）发生非选择性肝脏富集的底层机制，深化了对体内递送过程的认知，普适性地将传统材料的递送上升到新的机制高度，为药物递送载体的设计与应用提供了理论框架；为转化应用提供了辅助递送策略，为推动药物递送相关疗法的发展、精准治疗与临床转化提供了新视角与新靶点。荷兰Liposoma是巨噬细胞清除剂Clodronate Liposomes氯膦酸盐脂质体的发明人和首创者。作为全球领先的体内单核巨噬细胞清除试剂，其凭借稳定的化学性质、高效的清除能力及良好的生物相容性，已成为全球单核巨噬细胞清除的首选药物。产品被引频频见刊Cell，Nature和Science，助力突破发现，拓展科学边界。本Science论文，研究人员就使用了荷兰Liposoma的巨噬细胞清除剂氯膦酸盐二钠脂质体Clodronate Liposomes，货号C-005，通过尾静脉注射，清除肝脏KF巨噬细胞 。产品被引：产品引用原始文献：Qin Wang et al., Commensal-driven serotonin production modulates in vivo delivery of synthetic and viral vectors. Science 391,eadu7686(2026).

2026年3月19日，中国科学技术大学生命科学与医学部王育才/朱书/蒋为课题组，在国际顶尖期刊Science发表了题为：Commensal-driven serotonin production modulates in vivo delivery of synthetic and viral vectors的研究论文。 一项体内递送系统（In vivo delivery systems：IDSs）领域的突破性研究成果。该团队阐明了一条由肠道共生菌群驱动，通过肠道上皮细胞来源的血清素激活肝脏枯否细胞、从而清除体内递送系统的“肠-肝免疫轴”。 研究发现，肠道革兰氏阴性菌作为主要的驱动因素，调节肠嗜铬细胞的色氨酸代谢，肠嗜铬细胞来源的血清素（serotonin），是连接肠道与Kupffer细胞介导IDS清除的关键信使。血清素通过Kupffer细胞上的特定受体信号触发细胞骨架重塑，并上调与吞噬相关基因的表达，从而广泛增强Kupffer细胞对各种IDSs的摄取。在治疗上，通过限制血清素生成的来源食物或阻断相关受体实现血清素信号的暂时中断，均可大幅降低肝脏对递送系统的清除，将化疗、溶瘤病毒疗法的疗效提升三倍以上，并将体细胞基因编辑和mRNA疗法的效率提高5至15倍。从而为肿瘤靶向治疗、mRNA疗法、基因编辑等技术提供普适性疗效增强策略。该发现从机制层面破解了困扰递送领域数十年的“载体非特异性清除”难题，为推动递送技术的临床转化提供了普适性全新方案。 论文官网截图 介绍： 体内传递系统（IDSs）对于实现治疗剂的临床应用至关重要，尤其是那些具有低生物利用度或剂量受限的全身毒性的药物。IDSs 的进展，以聚合物纳米颗粒和病毒载体为代表，促进了多种治疗模式的快速发展，包括体细胞基因组编辑、基于 mRNA 的疗法以及靶向癌症治疗。然而，一个主要且持续存在的限制仍然存在：它们被体内清道夫系统非选择性清除，这大大降低了对目标组织的传递效率。在所有器官中，肝脏是 IDS 清除的主要场所，常驻的库普弗细胞（KCs）作为主要的清道夫，可以捕获大部分给药剂量。目前减少肝脏 IDS 清除的策略主要依赖于抗污染表面改性、材料重新设计、KC 饱和和清道夫受体阻断。尽管这些方法取得了部分成功，但仍有很大改进空间，特别是在通用性、安全性、肝脏选择性和临床可转化性方面。 原理：尽管在材料和工程优化方面进行了大量努力，但对肝脏如何维持其清除IDSs的强大基础能力鲜有关注。因此，识别调控KC-IDS相互作用的核心信号通路将使能够实施根本不同的递送增强策略，并适用于各种IDSs。鉴于肠道微生物群与肝脏之间的密切交流，我们假设存在一个肠-肝信号轴，以增强稳定状态下KC对外来物质（包括IDSs）的吞噬作用。 结果：耗竭肠道微生物群或阻断细菌感应受体显著降低了肝脏清除率，并增强了各种IDSs的递送效率，无论其化学成分或载荷类型如何。这些效果转化为IDS基础疗法（包括体细胞基因组编辑和精准癌症疗法）的显著疗效提高。递送效率的增强归因于库普弗细胞（KCs）的功能性失活，同时伴随其形态学、分子表型和吞噬活性的明显变化。革兰氏阴性细菌被确定为此通路的主要驱动因素，但它们并非通过细菌衍生产物直接作用于KCs。相反，肠道细菌在肠上皮中调节色氨酸代谢，肠上皮来源的血清素成为连接肠道与KC介导的IDS清除的关键信使。血清素通过KCs上特定受体的信号传导触发KCs细胞骨架重塑，并上调吞噬相关基因的表达，从而广泛增强了KCs对各种IDSs的摄取。从治疗角度看，通过饮食限制血清素生产源或阻断相关血清素受体实现的血清素信号瞬时干扰，可广泛增强IDS递送效率。短暂的干预窗口就足以在多种临床相关的IDS基础疗法中实现显著的治疗益处。 结论：本研究确定了一个共生菌驱动的肠-肝免疫轴作为IDS清除和系统性递送效率的主要调控因子，表明通过调节内源性生物通路可以克服长期存在的药物递送障碍。从转化医学的角度看，针对色氨酸代谢或血清素信号的策略提供了一种广泛适用的方法，通过减少快速的肝脏清除或肝毒性来改善IDS的性能，对基因疗法、基于mRNA的治疗以及精准癌症疗法具有良好的应用前景。 肠-肝免疫轴限制基于IDS的疗法： 肠道微生物群通过维持稳态高水平的肝脏清除功能损害IDS循环。肠上皮将微生物群衍生的刺激传递给肝脏，血清素作为关键信使驱动KC对IDS的吞噬。因此，只有少量IDS到达靶组织，导致在各种应用中治疗效果不理想。NPs，纳米颗粒；LNPs，脂质纳米颗粒；PAMPs，病原相关分子模式。 人体体内药物递送实践中，常面临药代动力学的挑战，包括系统毒性高、组织靶向性效率低（如化疗药物）、稳定性差（如核酸类药物）、难以跨越生物屏障的生物利用度低（如脂溶性药物）等。递送载体系统（IDS）通过对药物的高效封装、稳定保护与靶向递送，可有效解决上述难题，支撑相关药物转化，因而在现代生物医药领域占有重要地位。 近十年来，以脂质纳米颗粒（LNPs）、聚合物纳米粒（PNP）和病毒载体为代表的体内递送系统技术已成功推动肿瘤靶向化疗、mRNA疫苗、基因疗法等治疗理念实现临床应用。 然而，递送载体给药后普遍存在快速清除问题，导致到达靶标组织的药量极低（比如现有纳米药物向肿瘤的有效递送剂量可仅占总剂量的0.7%以下），严重制约治疗疗效。根本原因在于，这些递送系统在进入体内后，大部分会被肝脏中的枯否细胞快速清除，导致能够成功抵达病灶的剂量不足5%，严重限制了其治疗效果。 虽然已知单核-巨噬细胞系统（Mononuclear Phagocyte System，MPS）是介导这一清除过程的主要细胞群体，但当前学术研究仍缺乏安全普适的干预手段。递送领域对该问题长期陷入“现象描述—机制缺失—单纯载体筛选—效果有限且普适性差”的循环，难以突破这一核心瓶颈对递送领域发展的制约。如何有效规避肝脏的单核-吞噬细胞系统捕获，成为提升体内递送系统效率的核心难题。 血清素（英语：Serotonin，全称血清张力素，又称 5-羟色胺和血清胺，简称为 5-HT）是一种在中枢神经系统和外周组织中广泛存在的单胺型神经递质，也被称为“‌快乐激素‌”。血清素由色氨酸经色氨酸羟化酶转化为5-羟色氨酸，再经5-羟色氨酸脱羧酶在中枢神经元及动物（包含人类）消化道之肠嗜铬细胞中合成。它被普遍认为是幸福和快乐感觉的贡献者。血清素在调节情绪、睡眠、食欲、认知和胃肠功能等方面发挥着核心作用 。人体约‌90%的5-羟色胺‌存在于胃肠道的肠嗜铬细胞中。肠嗜铬细胞（EC）是肠上皮上肠内分泌细胞的一种亚型，是外周5-羟色胺（5-HT）的主要来源。血清素主要经肝脏代谢为‌5-羟基吲哚乙酸‌（5-HIAA），由肾脏排出 。 为探讨肠道微生物群对肿瘤靶向化疗药物递送的影响，研究人员通过广谱抗生素混合物（ABX）清除肠道菌群6周，多种化疗药物递送系统的抗肿瘤效果在清除肠道菌群后显著增强。在使用临床获批的脂质体多柔比星(Doxil)治疗MC38结肠腺癌时，清除菌群的小鼠中有25%在150天后仍无瘤生存，其肿瘤部位的药物累积量约为正常小鼠的两倍。类似的效果在脂质体米托蒽醌（Lipo MXT）治疗乳腺癌、白蛋白结合型紫杉醇（Nab-paclitaxel）以及聚合物纳米粒递送系统中均得到验证，这些结果表明肠道微生物群削弱了基于IDS的化疗的抗肿瘤疗效。 病毒载体是另一种临床可用的IDS，自组装结构组件可作为药物载体。这种抑制作用同样存在于病毒载体类递送系统中。在B16F10黑色素瘤模型中，静脉注射溶瘤腺病毒（Oncolytic Adenoviruses, OAs）对正常小鼠仅产生约28%的肿瘤抑制，而在肠道微生物菌群清除的小鼠中，肿瘤消退率高达76%。这些结果表明肠道微生物群在病毒载体基础的癌症疗法中普遍起负面作用。 为了解释疗效的改善，团队研究了肠道微生物群是否影响IDS向肿瘤的递送。在微生物群耗竭的情况下，荧光成像显示合成IDS在多种肿瘤模型中的肿瘤累积量约增加两倍，包括脂质体（Doxil）和由mPEG-b-PLGA组成的聚合物纳米颗粒（NPs）（图1 M和N）。对于病毒IDS，通过体内荧光成像显示，ADV向肿瘤的递送至少增加了三倍。总体而言，这些发现表明肠道微生物群对基于IDS的药物递送到肿瘤具有显著抑制作用。 除了药物递送之外，基于IDS的基因递送是另一项关键技术，使核酸治疗的临床应用成为可能，包括体细胞基因组编辑和蛋白质替代治疗。研究人员首先使用mRNA或DNA为基础的体细胞基因组编辑来研究肠道微生物群对基因递送的影响。研究人员使用脂质纳米颗粒（LNPs）递送Cre mRNA（mCre@LNPs），并使用Cre报告株评估其编辑效率，该报告株可依据细胞荧光从tdTomato转换为增强型绿色荧光蛋白（EGFP）来可视化基因编辑细胞。肠道微生物群耗竭显著提高了编辑效率，在多个肝外器官（包括肺、脾和骨髓）中提高了5到15倍。研究人员还使用病毒载体，Cre表达的AAV 2/9血清型（Cre-AAV2/9），将Cre DNA递送到同一小鼠株。肠道微生物群耗竭同样显著提高了编辑效率，在肺、外分泌胰腺、胰岛、脾和骨髓中提高了3到10倍。 接下来，研究人员扩展这些发现，评估肠道微生物群对MC38肿瘤中基于IDS的蛋白质替代治疗的影响。LNPs被用来递送编码肿瘤抑制蛋白PTEN的mRNA（mPTEN@LNPs）（图1O）。作为对照，mPTEN@LNPs在肿瘤消除方面几乎没有效果，而肠道微生物群耗竭明显增强了抗肿瘤效果，肿瘤体积减小几乎增加了三倍，中位生存期延长了一倍（图1P、Q）。 为了直接量化肠道微生物群耗竭下肿瘤基因递送的改善，研究人员向MC38肿瘤小鼠施用携带荧光素酶mRNA的LNPs（mLuc@LNPs）。肠道微生物群耗竭导致LNPs在肿瘤中的积累增加，并使肿瘤荧光素酶表达提高5.6倍，确认了肿瘤递送的改善（图1R）。这些发现揭示了肠道微生物群在限制基于IDS的基因递送疗法潜力方面的负面作用。 图1. 肠道微生物损害递送系统介导的药物递送与基因递送。（B和C）肿瘤生长轨迹（B）和生存曲线（C）。数据显示为均值±标准差，n=8个生物学重复。 （E和F）肿瘤生长轨迹（E）和生存曲线（F）。数据显示为均值±标准差，n=8个生物学重复。 （H和I）肿瘤生长轨迹（H）和生存曲线（I）。数据显示为均值±标准差，n=8个生物学重复。 （K和L）肿瘤生长轨迹（K）和肿瘤重量（L）。数据显示为均值±标准差，n=8个生物学重复。 （M）有或无ABX处理小鼠MC38肿瘤中Doxil的荧光反射图像。比例尺，2mm。 （N）注射后24小时Doxil的肿瘤蓄积量。数据以每克肿瘤组织注射剂量百分比表示，显示为均值±标准差，n=4个生物学重复。 （P和Q）肿瘤生长轨迹（P）和生存曲线（Q）。数据显示为均值±标准差，n=9个生物学重复。 （R）有或无ABX处理小鼠注射mLuc@LNPs后48小时的生物发光图像和荧光素酶表达。数据显示为均值±标准差，n=5个生物学重复。 （S）ABX处理和SPF对照小鼠皮肤血管中聚合物纳米粒的活体显微成像。比例尺，50μm。 （T）有或无ABX处理小鼠聚合物纳米粒的药代动力学曲线。数据显示为均值±标准差，n=4个生物学重复。阴影区域代表标准差。 肠道微生物群如何影响IDS递送的呢？对肿瘤血管结构和血液灌注的初步检查显示，在ABX处理下未观察到显著变化，这表明IDS在肿瘤中的递送增强并非归因于血管功能的改变。 进一步使用聚合物纳米颗粒（NPs）作为IDS模型进行药代动力学分析显示，肠道微生物群的耗竭显著延长了纳米颗粒在体内的循环时间，即使在注射后24小时，血清浓度仍约为对照组的两倍（图1，S和T）。此外，NP在肿瘤及其他重要器官的积累增加，而肝脏的NP信号明显减少，提示肝脏清除受到抑制。这些结果表明，肠道微生物群通过刺激肝脏清除降低了IDS的递送。 为研究肠道微生物群控制肝脏清除的潜在机制，研究人员首先排除了细胞色素P450酶的参与，因为药理学调控这些酶并未影响IDS递送。随后，研究人员使用高分辨率肝脏活体显微镜（IVM）成像在细胞水平上观察IDS分布。IVM成像显示，纳米颗粒沿肝小叶窦快速沉积，而使用荷兰Liposoma巨噬细胞清除剂氯膦酸脂质体Clodronate Liposomes耗竭巨噬细胞可消除NP沉积，并显著增加血液中的NP浓度（图S4，H和I）。对Kupffer细胞（KCs）进行体内荧光抗F4/80抗体染色显示其强烈的NP摄取，提示其在肝脏NP清除中起核心作用（图S4J）。 图 S4. 肠道微生物群耗竭降低了 IDS 的肝脏清除率。提前两天尾静脉注射氯膦酸脂质体Clodronate Liposomes清除肝脏Kupffer细胞。以降低Kupffer细胞对NP的摄取。 高分辨率活体显微镜成像显示，清除菌群后，位于肝门静脉周围的枯否细胞对纳米颗粒的摄取减少了约70%，而肝中央静脉区域的枯否细胞摄取也降低了40%，原本存在的区域吞噬异质性随之消失。这种效应具有普适性，无论是脂质体、白蛋白纳米粒、金纳米粒等合成载体，还是腺相关病毒、腺病毒、慢病毒等病毒载体，其被枯否细胞捕获的比例均显著下降，导致递送系统在血液循环中的滞留时间延长了近两倍。通过粪便菌群移植恢复肠道菌群后，枯否细胞的吞噬活性和肝脏清除功能也随之恢复，证实了肠道菌群对枯否细胞功能具有动态调节作用。 KCs在空间上被组织成门脉周围（PT-KCs）和中心静脉周围（CV-KCs）两个亚群 。使用荧光抗E-钙黏蛋白抗体对体内门脉区进行标记，研究人员能够区分PT-KCs和CV-KCs，并观察到这些KC亚群之间吞噬活性存在差异（图S4K）。PT-KCs的NP摄取高于CV-KCs（图S4，L和M）。由于肠道微生物群衍生产物由门静脉引流，在肝小叶窦中从PT到CV区域形成递减浓度梯度，研究人员推测KC吞噬异质性的分区可能是由肠道微生物群建立的。与这一假设一致，ABX处理或无菌（GF）小鼠的IVM成像显示，PT-KCs的NP摄取减少约70%，CV-KCs的NP摄取减少约40%，导致KCs的吞噬异质性消失（图2A及图S5，A到C）。这种减少在各种合成载体中均一致，包括白蛋白NPs、脂质体、LNPs和金纳米颗粒（AuNPs），以及病毒载体，包括AAVs、ADVs和慢病毒（LVs）（图2，A到C）。使用不同粒径（0.13至1.3 μm）的IDS进一步确认了KCs摄取减少。通过粪菌移植（FMT）在ABX处理小鼠中恢复肠道微生物群，可增加PT-KCs和CV-KCs的吞噬活性，从而恢复肝脏清除并减少循环中的NPs。值得注意的是，尽管有这些变化，肠道微生物群耗竭或FMT处理后，KCs数量保持不变。这些发现表明，KCs的吞噬活性决定了肝脏IDS清除，并可被肠道微生物群动态调控。 图2. 肠嗜铬细胞（EC）对微生物的感知调控肝脏递送系统清除。 （A）ABX处理和SPF对照小鼠中不同合成载体在枯否细胞中的标准化摄取，相对于对照小鼠门静脉周围枯否细胞均值。数据显示为均值±标准差，n=4个生物学重复。 （B）有或无ABX处理小鼠枯否细胞形态及慢病毒吞噬的活体显微成像。比例尺，20μm。 （C）ABX处理和SPF对照小鼠中不同病毒载体在枯否细胞中的标准化摄取，相对于SPF对照小鼠门静脉周围枯否细胞均值。数据显示为均值±标准差，n=5个生物学重复。 （D）Tlr4fl/fl小鼠及内皮细胞、髓系细胞、肝细胞、B细胞和肠上皮细胞条件性Tlr4敲除小鼠中枯否细胞对聚合物纳米粒的标准化摄取，相对于Tlr4fl/fl小鼠门静脉周围枯否细胞均值。数据显示为中位数±四分位数，n=5个生物学重复。 （E）Myd88fl/fl及条件性Myd88敲除小鼠枯否细胞形态及聚合物纳米粒吞噬的活体显微成像。比例尺，100μm和20μm（插图）。 （F）Myd88fl/fl及条件性Myd88敲除小鼠中枯否细胞对聚合物纳米粒的标准化摄取，相对于Myd88fl/fl小鼠门静脉周围枯否细胞均值。数据显示为中位数±四分位数，n=5个生物学重复。 （G）Myd88fl/fl及条件性Myd88敲除小鼠门静脉周围枯否细胞和中央静脉周围枯否细胞形态学参数热图。n=5个生物学重复。 （H）Myd88fl/fl及条件性Myd88敲除小鼠分区枯否细胞聚类的主成分分析图，显示整体形态学变异。每个点代表一个分区枯否细胞聚类的平均特征。n=5个生物学重复。 （I）彩色编码的主成分分析图显示枯否细胞内纳米粒平均强度。n=5个生物学重复。 （J）Vil1Cre-Myd88wt/wt和Vil1Cre-Myd88fl/fl同窝小鼠肝脏和MC38肿瘤中Doxil蓄积的荧光反射图像。比例尺，2mm。 （K和L）Vil1Cre-Myd88fl/fl小鼠接受Doxil治疗后MC38肿瘤的生长轨迹（K）和生存曲线（L）。 接下来科研人员试图了解肠道微生物群如何影响KC的吞噬活性。通过Z堆叠成像和三维（3D）重建结果显示，ABX处理下的KCs表现出显著的形态学改变，表现为细胞体积减少和伪足减少，并过渡为更紧凑、圆形的细胞形态，表明KC失活。 基于主成分分析（PCA）的整合形态特征降维后，相似特征的KCs被分组为离散簇，簇之间的距离反映形态变化的程度。对照组小鼠的PT-KCs和CV-KCs形成了不同的簇，这与它们具有异质化的吞噬活性一致。相比之下，肠道微生物群清除使两个KC簇都从对照簇中偏移，形成一个重叠簇（图S8C）。进一步分析显示，KC形态与吞噬活性高度相关，例如凸区面积与吞噬作用呈正相关，而形状因子呈负相关，表明这些形态特征可以作为KC功能的指示。总的来说，该研究提供了对肠道微生物群缺失下KC显著形态变化的定量见解，这可能从细胞几何的角度解释KC吞噬能力下降的原因。 接下来研究人员试图研究建立肠道菌群与KC之间远程通信的潜在机制。为了确定负责的细菌种类，使用不同的抗生素在小鼠中选择性地耗竭革兰氏阳性或阴性细菌。使用万古霉素耗竭革兰氏阳性细菌可以适度增加KC对纳米颗粒（NP）的摄取，而使用多粘菌素B消灭革兰氏阴性细菌则显著降低了KC的大小和吞噬活性。将益生菌大肠杆菌（Nissle 1917）移植到ABX处理的小鼠中恢复了KC的吞噬活性，证明了革兰氏阴性细菌在维持KC活性中的重要性。 已有研究报道，肠道菌群通过将细菌产物释放到血液中与肠外器官的免疫细胞进行交流。鉴于脂多糖（LPS）是革兰氏阴性细菌中的主要病原相关分子模式，我们首先考察了肠道LPS对KC吞噬活性的影响。口服LPS给GF小鼠可剂量依赖性地恢复PT-KC和CV-KC的激活，并增强其NP清除能力。一致地，在缺乏LPS感受器Toll样受体4（TLR4）或其下游适配蛋白MyD88的小鼠中，KC吞噬显著下降，表明TLR4-MyD88信号通路在维持稳态下KC吞噬活性方面的关键作用。 研究人员最初假设，KC会直接对来自肠道的LPS作出反应，从而以自反馈的方式维持其强大的清道夫功能。然而，使用Clec4f-Cre转基因小鼠在KC中条件性敲除Tlr4或Myd88基因并未改变KC的吞噬活性。此外，口服LPS处理后血液中LPS浓度仍保持低水平。值得注意的是，口服LPS使KC功能表型转向抗炎状态，这与全身LPS暴露下观察到的促炎激活不同。 在组织水平上，口服LPS处理增加了肝脏中抗炎介质转化生长因子β（TGF-β）和白细胞介素10（IL-10）的浓度，进一步排除了KC直接识别LPS的必要性。一致地，口服LPS处理在ABX处理的Clec4f Cre-Myd88^fl/fl 小鼠中仍能有效驱动KC的抗炎激活。这些结果暗示了其他细胞群体作为中介，将肠道菌群的刺激信号传递给KC的参与。 追随这一引人注目的概念，研究人员试图确定哪一类细胞群体能够感知微生物刺激并维持稳态下的库普弗细胞（KC）吞噬活性。研究人员使用多种Cre驱动小鼠品系，对肠道和肝脏中的关键细胞群体进行了细胞特异性TLR4-MyD88信号通路基因扰动，包括iCdh5-Cre（血管内皮细胞）、LysM-Cre（髓系谱系）、Alb-Cre（肝细胞）、CD19-Cre（B细胞）和Vil1-Cre（肠上皮细胞，IECs）。研究人员发现，肝脏细胞中的TLR4-MyD88信号通路，包括内皮细胞、KC和肝细胞，对于维持稳态下的KC吞噬活性并非必需。相比之下，特异性删除肠上皮细胞中的该通路（Vil1Cre-Tlr4fl/fl和Vil1Cre-Myd88fl/fl小鼠）显著降低了KC对合成或病毒IDS的摄取，其水平可与全身敲除小鼠相媲美（图2D至F）。 此外，在Vil1Cre-Myd88fl/fl小鼠中观察到PT-KC和CV-KC的显著形态学变化，而其他条件性敲除品系的小鼠KC保持不变（图2G）。PCA分析进一步显示，只有Vil1Cre-Myd88fl/fl小鼠的KC在形态特征空间中表现出明显偏移，表明其功能发生了独特转变（图2H）。 值得注意的是，肠上皮细胞中的Myd88缺失并未改变肠道微生物组成或肠道免疫活化状态，从而排除了它们在调控KC功能中的参与。在Vil1Cre-Myd88fl/fl小鼠中，KC对纳米颗粒（NPs）的摄取减少伴随着IDS循环时间延长和肿瘤输送增强（图2I和J）。相应地，这些效应显著提高了Doxil对MC38肿瘤的治疗效果，在治疗后的前两周实现完全的肿瘤生长抑制，并显著延长存活期（图2K和L）。这些结果确认肠上皮细胞是将肠道微生物刺激传递给KC的关键信号节点，从而许可肝脏对IDS的清除。 为了确定IEC如何远程调控KC的吞噬活性，我们分析了IEC的分泌特征，并识别出35种可能受肠道微生物影响的分子。在分离的原代KC上测试这些分子表明，只有血清素（5-羟色胺，5-HT）能够显著刺激KC的吞噬活性，使IDS摄取量增加4.1至5.3倍（图3A）。 此外，在Vil1Cre-Myd88^fl/fl小鼠的血清、结肠和肝脏组织中，血清素浓度显著降低，这提示其可能参与KC调控（图3 B至D）。对Vil1Cre-Myd88^fl/fl小鼠进行为期1周的口服血清素补充可恢复KC的形态和吞噬活性（图3E）。在无菌（GF）、抗生素处理（ABX）及Myd88–/–小鼠中也观察到类似结果。 血清素是由必需氨基酸色氨酸（Trp）代谢生成的一种小产物。进一步使用Vil1Cre-Myd88^fl/fl小鼠探索血清素合成途径中其他代谢物对KC的影响（图3F）。尽管Trp是血清素合成的原料，但单独补充Trp并未激活KC（图3G）。然而，羟色氨酸（5-HTP）可恢复KC的吞噬活性，这表明芳香族L-氨基酸脱羧酶（AADC）在Vil1Cre-Myd88^fl/fl小鼠中功能未受影响。我们还检测了血清素代谢的主要产物5-羟吲哚乙酸（5-HIAA）和Trp的替代代谢途径主要产物犬尿氨酸（Kyn），结果两者均未恢复KC功能，从而排除了这些代谢产物驱动的途径参与的可能性（图3G）。 为了进一步证明血清素的生理作用，我们使用了色氨酸羟化酶1（TPH1）基因敲除小鼠（TPH1–/–），在这些小鼠中IEC中的血清素生成完全被阻断，因为TPH1是血清素合成限速步骤的酶。TPH1–/–小鼠的KC吞噬活性显著降低，这证明血清素在稳态下对KC具有调控作用（图3 H和I）。 除了评估吞噬活性和形态外，研究人员还考察了血清素在塑造KC功能表型中的作用。在ABX处理的小鼠中，口服血清素可恢复KC的抗炎表型，这表现为CD206、CD163、IL-10和TGF-β表达升高。相比之下，在TPH1–/–小鼠中口服LPS未能恢复KC表型。这些发现证实，血清素作为中心信使，在IEC对微生物刺激时对KC的长距离控制中发挥关键作用。 图3. 肠嗜铬细胞来源的血清素向枯否细胞传递微生物刺激信号。 （A）流式细胞术定量经肠上皮细胞来源代谢分子处理后分离的原代枯否细胞的吞噬活性。数据显示为均值±标准差，n=3个生物学重复。 （B）SPF对照、ABX处理或Vil1Cre-Myd88fl/fl小鼠门静脉血中血清素标准化浓度，相对于对照小鼠均值。数据显示为均值±标准差，n=16个生物学重复。 （C和D）Vil1Cre-Myd88wt/wt和Vil1Cre-Myd88fl/fl同窝小鼠肝脏中血清素的免疫组化染色（C）及信号强度定量（D）。数值以Vil1Cre-Myd88wt/wt小鼠均值标准化。比例尺，20μm。数据显示为均值±标准差，n=5个生物学重复。 （E）有或无血清素补充的Vil1Cre-Myd88fl/fl小鼠枯否细胞形态及聚合物纳米粒吞噬的活体显微成像。比例尺，100μm和20μm（插图）。 （F）示意图显示色氨酸生成血清素的代谢通路。 （G）Vil1Cre-Myd88fl/fl小鼠补充参与血清素生成的各种代谢物后枯否细胞对聚合物纳米粒的标准化摄取，相对于对照小鼠门静脉周围枯否细胞均值。数据显示为中位数±四分位数，n=4个生物学重复。 （H）TPH1-/-和野生型同窝小鼠枯否细胞形态及聚合物纳米粒吞噬的活体显微成像。比例尺，100μm和20μm（插图）。 （I）TPH1-/-和野生型同窝小鼠中枯否细胞对聚合物纳米粒的标准化摄取，相对于野生型同窝小鼠门静脉周围枯否细胞均值。数据显示为中位数±四分位数，n=4个生物学重复。 （J）基于免疫组化染色的Vil1Cre-Myd88wt/wt和Vil1Cre-Myd88fl/fl同窝小鼠结肠中ATB0+、TPH1、SERT和MAO-A的表达。对于ATB0+和TPH1，数值以Vil1Cre-Myd88wt/wt小鼠均值标准化。数据显示为均值±标准差，n=5个生物学重复。 （K）示意图显示肠道微生物调控肠上皮细胞中血清素的代谢通路及其生物合成与降解。  接下来研究了 IEC 中的 MyD88 信号如何通过检查三条关键通路来调节血清中血清素浓度：色氨酸 (Trp) 吸收、血清素生物合成和血清素降解。通过分析这些通路中关键蛋白的 mRNA 表达，我们发现 IEC 中 Myd88 的基因缺失降低了 Trp 吸收转运蛋白 ATB0 (Slc6a14) 和血清素生物合成酶 TPH1 的表达。这解释了为什么 Vil1Cre-Myd88^fl/fl 小鼠中的 KC 对 Trp 补充仍无反应。关于血清素降解通路，IEC 通过血清素再摄取转运蛋白 (SERT) 从肠粘膜吸收血清素，并通过单胺氧化酶 A (MAO-A) 进行降解 。IEC 中 Myd88 的缺失显著增加了 SERT 和 MAO-A 的表达，这与 ATB0 和 TPH1 活性的下调共同加强了血清血清素的降低（图 3J ）。在 Vil1-Cre 靶向的 IEC 系列中，小肠上皮细胞负责 Trp 吸收和血清素降解，肠嗜铬细胞负责血清素合成。利用 SERT-Cre、Neurod1-Cre 和 iTPH1-Cre 系列在这些细胞中进行亚群特异性 Tlr4 或 Myd88 缺失进一步显示，这两类细胞均参与微生物驱动的血清素产生和肝脏 IDS 清除，而其他 IEC 亚群则非必需。总的来说，这些发现表明肠道微生物通过影响 IEC 中血清素的合成和降解维持血清血清素浓度（图 3K）。 短链脂肪酸 (SCFA) 已被报道可刺激肠嗜铬细胞产生血清素。与此一致，SCFA 补充可提高小鼠血清血清素浓度，但矛盾的是抑制了 KC 活性。敲除编码 SCFA 受体的基因 (GPR41, GPR43 和 GPR109A) 或通过无纤维饮食耗尽野生型 (WT) 小鼠肠道 SCFA 增强了 KC 对纳米颗粒 (NPs) 的摄取，而在 TPH1–/– 小鼠中，SCFA 处理在缺乏血清素的情况下进一步降低了 KC 吞噬作用。这些结果表明 SCFA 对 KC 吞噬活性具有额外的抑制作用，超过了其通过诱导血清素而介导的 KC 激活作用。 SCFA 主要由革兰氏阳性菌产生，这与万古霉素处理小鼠中观察到的显著 KC 激活一致。向这些小鼠补充 SCFA 使 KC 吞噬活性恢复至对照水平，证实革兰氏阳性菌通过 SCFA 抑制 KC 吞噬。总的来说，革兰氏阳性菌通过 SCFA 信号抑制 KC 吞噬，但这一作用弱于革兰氏阴性菌的促吞噬作用。这解释了在通过 ABX 引起的广泛共生菌耗竭时观察到的 KC 活性降低，强调血清素信号在调节肝脏 IDS 清除中的主导作用。 鉴于色氨酸是只能从食物中获得的必需氨基酸，研究人员接下来探讨其限制摄入是否通过降低血清血清素浓度而改变肝脏IDS清除。为期3天的无色氨酸饮食显著降低了血清血清素浓度。KC吞噬活性的下降与循环血清素浓度的下降同步，两者在5天内均达到最低点(图 3L)。 将小鼠重新喂以标准饮食后，血清血清素浓度迅速恢复，同时KC形态和吞噬活性在3天内恢复。这一快速反应建立了血清血清素浓度与KC吞噬活性之间的强相关性(图 3M)。 此外，除了合成IDS之外，无色氨酸饮食还会导致肝脏对包括AAV、ADV和LV在内的病毒载体的清除率下降约70%(图 3N )。这些发现表明KCs对血清血清素的敏感性，并提供了通过膳食干预控制肝脏清除的潜在方法。 研究人员接下来探索了IEC来源血清素在KCs中的下游信号通路。为了确定负责的血清素受体（HTRs），我们用不同的HTR激动剂处理Vil1Cre-Myd88fl/fl和WT小鼠。在使用HTR2或HTR7激动剂处理的小鼠中观察到KCs的活化，表现为其形态变化和吞噬活性增加，提示多种HTR亚型的参与（图4A和B）。 具体来说，HTR2包括三个亚型：HTR2a、HTR2b和HTR2c。为了区分它们对KCs的影响，我们生成了相应的HTR基因敲除小鼠品系，并检查了其KCs的活性（图4C和D）。基因删除HTR2c或HTR7，而非HTR2a和HTR2b，会引起KCs的形态转变并显著降低其吞噬活性，从而确认了负责的血清素受体（图4C和D）。 由于HTR2c–/–和HTR7–/–小鼠的KCs表现出相似的表型，猜想这两个受体可能共享共同的下游信号通路。关注于参与执行HTR激活后汇聚效应的细胞外信号调节激酶（ERK）。免疫印迹分析证实血清素处理的KCs中ERK磷酸化增强（图4E）。为了进一步验证这一点，向血清素处理的Vil1Cre-Myd88fl/fl或SPF小鼠施用ERK抑制剂（ERKi, PD98059）消除了血清素对KCs摄取NP的刺激作用，并显著抑制了KCs的活性（图4F和G; ）。ERKi处理还引起KCs明显的形态转变，表现为细胞体圆形、细胞突起减少和伪足缩短（图4H和I）。这些发现表明ERK在执行KCs中HTR激活下游功能中具有关键作用。 图4. 血清素通过HTR2c/7-ERK信号通路激活枯否细胞吞噬活性。 （A）不同HTR1、HTR2、HTR3和HTR7激动剂处理的Vil1Cre-Myd88fl/fl小鼠枯否细胞形态及聚合物纳米粒吞噬的活体显微成像。比例尺，100μm和20μm（插图）。 （B）不同HTR激动剂处理的Vil1Cre-Myd88fl/fl小鼠枯否细胞对聚合物纳米粒的标准化摄取，相对于对照小鼠门静脉周围枯否细胞均值。数据显示为中位数±四分位数，n=4个生物学重复。 （C）HTR2a-/-、HTR2b-/-、HTR2c-/-、HTR7-/-及野生型小鼠枯否细胞形态及聚合物纳米粒吞噬的活体显微成像。比例尺，100μm和20μm（插图）。 （D）HTR敲除小鼠中枯否细胞对聚合物纳米粒的标准化摄取，相对于野生型小鼠门静脉周围枯否细胞均值。数据显示为中位数±四分位数，n=3个生物学重复。 （E）血清素处理后原代枯否细胞中ERK磷酸化的免疫印迹分析。数据显示为均值±标准差，n=4个生物学重复。 （F）单独补充血清素或血清素联合ERK抑制剂处理的Vil1Cre-Myd88fl/fl小鼠枯否细胞形态及聚合物纳米粒吞噬的活体显微成像。比例尺，100μm和20μm（插图）。 （G）单独补充血清素或血清素联合ERK抑制剂处理的Vil1Cre-Myd88fl/fl小鼠分区枯否细胞聚类的主成分分析图，显示整体形态学变异。n=5个生物学重复。 （H）单独补充血清素或血清素联合ERK抑制剂处理的Vil1Cre-Myd88fl/fl小鼠枯否细胞伪足结构的扫描电镜图像。比例尺，5μm和1μm（插图）。 （I）扫描电镜数据中枯否细胞伪足的数量和长度。数据显示为中位数±四分位数，n=4个生物学重复。 （J）从Vil1Cre-Myd88fl/fl小鼠分离的枯否细胞中F-肌动蛋白组织的荧光图像。枯否细胞单独用血清素或血清素联合ERK抑制剂处理24小时，随后与聚合物纳米粒孵育3小时。比例尺，20μm和5μm（插图）。 （K）培养的枯否细胞中单独用血清素或血清素联合ERK抑制剂处理后F-肌动蛋白的长度（上）和标准化强度（下），相对于未处理细胞均值。数据显示为中位数±四分位数，n=4个生物学重复。 （L）血清素处理相对于未处理Vil1Cre-Myd88fl/fl小鼠枯否细胞中髓系白细胞活化（上）和吞噬作用（下）的基因集富集分析图。n=3个生物学重复。 （M）血清素处理后从Vil1Cre-Myd88fl/fl小鼠分离的枯否细胞中mRNA水平基因表达变化的热图。n=3个生物学重复。 （N）示意图显示肠上皮细胞来源的血清素激活枯否细胞对递送系统吞噬的机制。血清素通过HTR2c和HTR7信号触发枯否细胞中肌动蛋白重塑和吞噬受体表达，导致枯否细胞对递送系统的高水平吞噬活性。 接下来，研究人员探讨了血清素-HTR-ERK信号在KC中的下游效应分子。吞噬作用需要细胞骨架、吞噬受体和其他调控因子的协作。首先在血清素作用下检查了KC的细胞骨架重塑，使用鬼笔环肽可视化纤维状肌动蛋白（F-actin）。在来自Vil1Cre-Myd88^fl/fl小鼠的分离KC中观察到肌动蛋白聚合较弱，这与其显著的细胞形态变化相对应（图4J）。相反，补充血清素增强了胞质F-actin的形成，生成密集的肌动蛋白网络，支持KC的伪足和突起（图4J和K）。这种重塑的细胞骨架结构对于KC在窦状腔内导航并捕获循环的纳米颗粒以启动吞噬至关重要。 给予血清素处理的Vil1Cre-Myd88^fl/fl或SPF对照小鼠ERK抑制剂（ERKi）可减少其细胞内F-actin积累并抑制伪足形成。此外，在从人肝分离的KC中，血清素诱导明显的形态变化、细胞骨架重塑以及2.4倍的纳米颗粒摄取增加，而ERKi可有效阻断这些效应。这些结果凸显了血清素-ERK轴在调控KC细胞骨架动力学和吞噬活性中的保守作用。 为评估血清素对吞噬相关基因表达的影响，研究人员比较了血清素处理与未处理Vil1Cre-Myd88^fl/fl小鼠KC的转录组。基因集富集分析（GSEA）和基因本体分析显示，参与髓系白细胞激活、吞噬作用和ERK1/2信号级联的基因主要在血清素处理的Vil1Cre-Myd88^fl/fl小鼠KC中富集（图4L）。具体而言，血清素上调了多种吞噬触发受体的表达，包括清道夫受体、Fc受体、补体受体、C型凝集素受体及其他模式识别受体（图4M）。 值得注意的是，Marco（一种最近被证明介导肝脏对肠源性细菌及静脉注射IDS的免疫清除的清道夫受体）的表达增加了2.2倍，而上调的C型凝集素受体和补体受体对于识别和吞噬血源性病毒至关重要。这些吞噬触发受体的上调也通过流式细胞术在蛋白水平得到确认。血清素处理还增加了巨噬细胞刺激受体的表达，如Csf1r、Trem1和Trem2，这些受体均负责维持KC的高吞噬活性（图4M）。此外，调控吞噬作用的基因，如Calr和Coro1a，也呈上调，它们对于细胞骨架重塑和启动吞噬至关重要。总的来说，这些结果揭示了血清素在KC中的下游信号通路，并提供了血清素如何在稳态下维持KC对IDS高吞噬活性的机制性解释（图4N）。 在应用层面，研究人员探讨了以临床可转化的方式中断血清素通路是否可以提高IDS的递送效率。首先检查了血清素受体阻断的效果。为了确定抑制肝脏IDS清除最有效的药物，研究人员向SPF小鼠给药了针对不同HTR亚型的小分子拮抗剂。在这些药物中，HTR2或HTR7拮抗剂削弱了KCs对纳米颗粒的摄取，而ritanserin和AVN-101显示出最高的疗效（图5，A和B）。两种药物的联合使用在降低KCs的吞噬活性方面更为有效（图5B）。 因此，我们的主要策略依赖于ritanserin和AVN-101的组合（HTR拮抗剂混合物）直接阻断KCs中的血清素信号通路（图5，C和D）。为期一周的治疗方案未引起肠道微生物群失调，但显著延长了Doxil在系统循环中的半衰期，并显著增强了Doxil和聚合物纳米颗粒在肿瘤中的积累（图5，E和F）。值得注意的是，AVN-101和ritanserin均已成功通过多项I期临床试验用于治疗神经系统疾病。在本研究中，研究人员发现能够有效降低肝脏IDS清除的剂量处于可耐受范围内，这强调了该策略的临床转化潜力。 随后，评估了该策略对肿瘤治疗和基因编辑的效果。HTR拮抗剂混合物对肿瘤生长影响较小（图5，G和H），但显著增强了Doxil对MC38肿瘤的治疗效果，实现了比单独使用Doxil更高的肿瘤抑制率和延长的生存期。在原位B16F10肿瘤模型中，OAs与HTR拮抗剂混合物联合治疗也显示了类似的肿瘤抑制效果（图5I）。在基因递送方面，HTR阻断显著提高了Cre-AAV2/9在肺、胰腺、脾脏和骨髓等多个器官的基因组编辑效率。 第二种策略涉及限制色氨酸（Trp）摄入，以快速降低血清血清素浓度（图5J）。5天的无色氨酸饮食使LNP在肿瘤中的递送效率翻倍，而外源性血清素的给药则完全抵消了这种递送改善（图5K）。恢复色氨酸摄入可快速纠正血清血清素浓度，使该策略成为一种有效且可控的提升IDS递送效率的方法。对于使用mCre@LNPs进行体细胞基因组编辑，无色氨酸饮食相比等热量对照饮食的小鼠，在不同器官中诱导了5至15倍的编辑效率提升。对于蛋白质替代疗法，无色氨酸饮食增强了mPTEN@LNPs对原位4T1肿瘤的疗效，在实验结束时实现了约65%的肿瘤体积减少而未引起体重下降（图5, L和M）。 对于溶瘤病毒疗法，无色氨酸饮食同样增强了OAs在B16F10肿瘤模型中的肿瘤消融效果，即便是初始体积超过500 mm³的晚期肿瘤，也显示了该策略的高效性和广泛适用性（图5, N和O）。值得注意的是，恢复血清血清素浓度会抵消色氨酸限制赋予的病毒疗法治疗改进（图5, N和O）。血清血清素浓度与病毒疗法结果之间的稳健相关性表明，血清血清素浓度可能作为IDS基础治疗疗效的临床可评估指标，并为患者饮食管理提供动态信息（图5P）。总之，我们的研究结果强调，阻断血清素信号是一种有前景的方法，可减轻非特异性肝脏IDS清除，从而提升临床相关IDS基础治疗的效果。 图5. 通过靶向血清素信号增强递送系统介导的治疗效果。 （A）HTR拮抗剂鸡尾酒或对照溶液处理的SPF小鼠枯否细胞对聚合物纳米粒摄取的活体显微成像。比例尺，100μm和20μm（插图）。 （B）血清素信号阻断示意图：使用TPH1抑制剂（LP-533401）或HTR2c/7拮抗剂（ritanserin和AVN-101）。 （C和D）HTR拮抗剂鸡尾酒预处理后MC38肿瘤携带小鼠接受Doxil治疗的肿瘤生长轨迹（C）和生存曲线（D）。数据显示为均值±标准差，n=8个生物学重复。 （E和F）HTR拮抗剂鸡尾酒预处理后MC38肿瘤携带小鼠接受mPTEN@LNPs治疗的肿瘤生长轨迹（E）和生存曲线（F）。数据显示为均值±标准差，n=8个生物学重复。 （G和H）HTR拮抗剂鸡尾酒预处理后B16F10肿瘤携带小鼠接受溶瘤腺病毒治疗的肿瘤生长轨迹（G）和肿瘤重量（H）。数据显示为均值±标准差，n=8个生物学重复。 （I）色氨酸缺失饮食或对照饮食处理的小鼠门静脉血中血清素浓度。数据显示为均值±标准差，n=5个生物学重复。 （J）色氨酸缺失饮食处理期间和停止后枯否细胞中聚合物纳米粒摄取的代表性活体显微成像。比例尺，100μm。 （K）色氨酸缺失饮食处理期间和停止后枯否细胞中聚合物纳米粒摄取的定量分析。数据显示为均值±标准差，n=4个生物学重复。 （L和M）色氨酸缺失饮食预处理后原位4T1肿瘤携带小鼠接受mPTEN@LNPs治疗的肿瘤生长轨迹（L）和肿瘤重量（M）。数据显示为均值±标准差，n=8个生物学重复。 （N和O）色氨酸缺失饮食或色氨酸缺失饮食联合血清素补充预处理后B16F10肿瘤携带小鼠接受溶瘤腺病毒治疗的肿瘤生长轨迹（N）和肿瘤重量（O）。数据显示为均值±标准差，n=8个生物学重复。 （P）血清素浓度与溶瘤病毒治疗后肿瘤重量的相关性分析。 总之，该研究首次揭示了一条由肠道菌群驱动、通过肠道上皮细胞来源的血清素激活肝脏枯否细胞、从而清除体内递送系统的“肠-肝免疫轴”。这一发现不仅从根本上解答了体内递送系统（IDS）为何在体内被快速清除的长期表象疑问，更提出了一种全新的、高度可转化的策略来提升各类递送系统的性能。 研究揭开了驱动体内递送载体（IDS）发生非选择性肝脏富集的底层机制，深化了对体内递送过程的认知，普适性地将传统材料的递送上升到新的机制高度，为药物递送载体的设计与应用提供了理论框架；为转化应用提供了辅助递送策略，为推动药物递送相关疗法的发展、精准治疗与临床转化提供了新视角与新靶点。 荷兰Liposoma是巨噬细胞清除剂Clodronate Liposomes氯膦酸盐脂质体的发明人和首创者。作为全球领先的体内单核巨噬细胞清除试剂，其凭借稳定的化学性质、高效的清除能力及良好的生物相容性，已成为全球单核巨噬细胞清除的首选药物。产品被引频频见刊Cell，Nature和Science，助力突破发现，拓展科学边界。 本Science论文，研究人员就使用了荷兰Liposoma的巨噬细胞清除剂氯膦酸盐二钠脂质体Clodronate Liposomes，货号C-005，通过尾静脉注射，清除肝脏KF巨噬细胞 。 产品被引： 原始文献： Qin Wang et al., Commensal-driven serotonin production modulates in vivo delivery of synthetic and viral vectors. Science 391,eadu7686(2026). DOI:10.1126/science.adu7686