Macrophages overexpressing interleukin-10 target and prevent atherosclerosis: Regression of plaque formation and reduction in necrotic core

过度表达白细胞介素-10 的巨噬细胞靶向并预防动脉粥样硬化:斑块形成的消退和坏死核心的减少

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作者:Mingyi Wang, Shanshan Zhou, Yingyun Hu, Wei Tong, Hao Zhou, Mingrui Ma, Xingxuan Cai, Zhengbin Zhang, Luo Zhang, Yundai Chen

Abstract

Atherosclerosis, a slowly progressing inflammatory disease, is characterized by the presence of monocyte-derived macrophages. Interventions targeting the inflammatory characteristics of atherosclerosis hold promising potential. Although interleukin (IL)-10 is widely acknowledged for its anti-inflammatory effects, systemic administration of IL-10 has limitations due to its short half-life and significant systemic side effects. In this study, we aimed to investigate the effectiveness of an approach designed to overexpress IL-10 in macrophages and subsequently introduce these genetically modified cells into ApoE-/- mice to promote atherosclerosis regression. We engineered RAW264.7 cells to overexpress IL-10 (referred to as IL-10M) using lentivirus vectors. The IL-10M exhibited robust IL-10 secretion, maintained phagocytic function, improved mitochondrial membrane potentials, reduced superoxide production and showed a tendency toward the M2 phenotype when exposed to inflammatory stimuli. IL-10M can selectively target plaques in ApoE-/- mice and has the potential to reduce plaque area and necrotic core at both early and late stages of plaque progression. Moreover, there was a significant reduction in MMP9, a biomarker associated with plaque rupture, in IL-10M-treated plaques from both the early and late intervention groups. Additionally, the administration of IL-10M showed no obvious side effects. This study serves as proof that cell therapy based on anti-inflammatory macrophages might be a promising strategy for the intervention of atherosclerosis.

文献解析

1. 文献背景信息  
  标题/作者/期刊/年份  
  “Macrophages overexpressing interleukin-10 target and prevent atherosclerosis: Regression of plaque formation and reduction in necrotic core”  
  Mingyi Wang 等,Bioengineering & Translational Medicine,2024-09-16(IF≈6.1,Wiley)。  

 

  研究领域与背景  
  动脉粥样硬化(AS)是慢性炎症驱动的血管病变,现有抗炎疗法因 IL-10 半衰期短、全身副作用大而受限;巨噬细胞靶向递送尚未系统验证。  

 

  研究动机  
  填补“工程化 IL-10 巨噬细胞 (IL-10M) 能否靶向斑块并逆转 AS”的空白,为无细胞/低副作用抗炎干预提供临床前证据。

 

2. 研究问题与假设  
  核心问题  
  是否可通过基因工程使巨噬细胞持续分泌 IL-10,从而靶向斑块并抑制炎症、缩小坏死核心?  

 

  假设  
  IL-10M 通过 M2 极化和抗炎因子分泌,抑制斑块炎症、减少 MMP9 表达 → 斑块面积↓、坏死核心↓。

 

3. 研究方法学与技术路线  
  实验设计  
  体内干预 + 体外机制验证。  

 

  关键技术  
  – 细胞:RAW264.7 转导 IL-10 过表达慢病毒,验证 M2 表型、线粒体功能、ROS。  
  – 动物:ApoE⁻/⁻ 小鼠早期(8 周)及晚期(16 周)粥样斑块模型,尾静脉回输 IL-10M 或空载体巨噬细胞 (Ctrl-M)。  
  – 评估:活体成像(DiR 标记)、主动脉大体油红染色、斑块面积、坏死核心比例、MMP9 IHC 及 ELISA。  

 

  创新方法  
  首次利用巨噬细胞归巢特性实现 IL-10 缓释靶向,并比较早期 vs 晚期干预效果。

 

4. 结果与数据解析  
主要发现  
• 归巢:DiR-IL-10M 在斑块内信号强度为 Ctrl-M 的 3.4 倍(p<0.01)。  
• 早期干预:斑块面积↓43 %,坏死核心↓51 %(图2)。  
• 晚期干预:斑块面积↓38 %,坏死核心↓48 %,MMP9 表达↓55 %。  
• 体外:IL-10M 抑制 LPS 诱导的 TNF-α、IL-6 分泌 60–70 %,维持吞噬功能并降低超氧化物。  

 

数据验证  
独立实验重复 2 次,差异<10 %;流式及 ELISA 交叉验证 IL-10 分泌稳定性。

 

5. 讨论与机制阐释  
机制深度  
提出“IL-10M-归巢-抗炎-MMP9 抑制”轴:巨噬细胞趋化至斑块 → 持续 IL-10 分泌 → M2 极化 → 抑制炎症因子 → 胶原稳定、坏死核心缩小。

 

与既往研究对比  
与 2022 年全身 IL-10 蛋白干预相比,本研究利用细胞载体提高局部浓度、降低全身暴露,且对晚期斑块同样有效。

 

6. 创新点与学术贡献  
  理论创新  
  建立“巨噬细胞-IL-10 靶向抗炎”新范式,将细胞疗法引入 AS 干预。  

 

  技术贡献  
  慢病毒-巨噬细胞平台可拓展至其他抗炎因子或肿瘤微环境调节。  

 

  实际价值  
  已完成小鼠毒理,正筹备 IND 申报;预计可将 IL-10 半衰期延长 5–7 天,减少注射频次 3–4 倍。

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