外泌体在免疫中的作用可能为吸入细菌提供药物传递靶点

我们的免疫系统已经发展出了复杂的方法来保护我们免受细菌的感染。然而，我们是如何防止细菌通过鼻子进入我们的呼吸道的，这在很大程度上还是一个谜。

马萨诸塞州眼睛和耳朵的研究人员发现了一种新的机制，它涉及外泌体的释放，这种微小的充满液体的囊有两个保护作用。它们攻击细菌，并沿着气道将保护性的抗菌蛋白从鼻子前部运送到后部，在细菌进入人体之前保护其他细胞免受细菌侵害。这项名为“外泌体群清除气道病原体并通过一氧化氮提供被动上皮免疫保护”的研究今天发表在《过敏与临床免疫学杂志》(JACI)上。

资深作者Benjamin Bleier医学博士说:“就像踢马蜂窝一样，在细菌出现的第一个信号时，鼻子会向粘液中释放数十亿的外泌体，杀死细菌，并以一种天然的、强有力的防御来武装整个气道的细胞。他是马萨诸塞州眼耳鼻喉外科医生，也是哈佛医学院耳鼻喉科副教授。“这几乎就像这群外泌体在细胞有机会看到微生物之前，就在气道深处对它们进行免疫。”

通过之前的工作，研究小组注意到，鼻腔细胞中的蛋白质也存在于患者的鼻黏液中。研究小组想知道这些蛋白质为什么以及如何从细胞进入鼻黏液，并假设外泌体与这一过程有关。他们试图确定粘膜暴露于吸入的病原体是否会刺激一群具有防御性的杀菌性外泌体，这些外泌体也会将其抗菌物质捐赠给邻近的上皮细胞。他们发现鼻黏膜来源的外泌体(NMDEs)含有免疫防御蛋白，能够快速的上皮间蛋白转移。

为了研究这个问题，研究小组从病人的黏液中培养细胞。然后他们模拟了暴露在细菌中，并测量了释放的外泌体的数量和组成。他们看着NMDE toll样受体(TLR) 4刺激后分泌的有限合伙人(12.5μg /毫升)TLR4抑制剂的存在。

当鼻子前部的细胞检测到细菌分子时，它们会触发一种叫做TLR4的受体，这种受体会刺激外泌体的释放。当这种情况发生时，先天免疫反应会在五分钟内发生。首先，进入鼻子的外泌体数量翻了一番。第二，在这些外泌体中，一种保护酶——一氧化氮合酶的数量也翻了一番。作为一种众所周知的抗菌分子，一氧化氮能有效地武装每个外泌体来抵御细菌。采用elisa法和NO活性法检测外周血一氧化氮合酶(NO)与一氧化氮的上皮间转移。采用铜绿假单胞菌体外抑菌试验。

研究小组证实，在活体患者中，外泌体的数量和抗菌分子的数量在受到刺激后都增加了一倍，并进一步表明，这些受到刺激的外泌体在杀死细菌方面与抗生素一样有效。最后，研究小组发现，外泌体被其他上皮细胞迅速吸收，从而能够“捐赠”它们的抗菌分子。

作者写道,“体内和体外有限合伙人暴露诱导NMDE分泌增加2倍和2倍增加exosomal诱导一氧化氮合酶表达和功能通过TLR4和核因子抑制剂κB激酶激活。LPS的刺激使外泌体对铜绿假单胞菌的杀灭活性提高了近2个数量级。脂多糖刺激的外泌体在接触后5分钟内通过蛋白转移使自体上皮细胞内NO产生增加4倍。通过对NMDE蛋白组的通路分析，我们发现了另外44种与NO信号和先天免疫功能相关的蛋白。

这些发现不仅为我们的免疫系统提供了进一步的信息。这项工作还揭示了一种利用这种运输过程的药物通过气道细胞传递技术的新方法。更具体地说，作为天然的转运体，外泌体可用于将吸入的治疗药物包转移到上气道细胞，甚至可能进入下气道和肺。“鼻子为直接研究包括肺部在内的整个人类呼吸道的免疫系统提供了一个独特的机会，”Bleier博士说。