工程化噬菌体：肠道内蛋白质生产的创新疗法

口服给药因其非侵入性和患者依从性高而成为理想的药物递送方式，但胃肠道（GIT）的酸性环境、蛋白酶活性以及肠上皮吸收效率低等问题，严重限制了生物大分子药物（如蛋白质、抗体）的口服应用。传统策略尝试通过工程化微生物在肠道内原位生产治疗性蛋白，但这些微生物常因与肠道共生菌群的竞争而难以稳定定植。近年来，噬菌体（bacteriophage）作为肠道微生物组中数量最丰富的病毒群体（占肠道病毒总数的90%以上），展现出独特的优势：它们能特异性感染宿主细菌，利用细菌资源完成自身复制，并通过溶菌作用释放子代噬菌体。更重要的是，部分噬菌体在人类肠道中可长期存留，甚至超过一年。这种特性为开发基于噬菌体的治疗平台提供了可能。本研究首次提出并验证了一种创新策略：将强毒性噬菌体工程化，使其在感染肠道共生菌的过程中表达并释放治疗性蛋白，从而绕过传统微生物疗法的局限性。

研究团队选择T4噬菌体作为载体模型。T4是一种强毒性噬菌体，专一性感染非致病性大肠杆菌，其生命周期明确分为早期、中期和晚期基因表达阶段。通过以下关键步骤，团队成功构建了可高效表达异源蛋白的工程化噬菌体：

1.启动子筛选与优化

在T4基因组中插入不同阶段的启动子（早期、中期、晚期），驱动报告基因sfgfp（超折叠绿色荧光蛋白）的表达。实验发现，晚期启动子（如gp22）在保证噬菌体滴度的同时，能显著提高sfGFP的释放量（较对照组增加约100倍），最终选择gp22作为后续实验的启动子。

2.异源蛋白表达系统的构建

将目标基因（如丝氨酸蛋白酶抑制剂serpin B1a或与食欲调节肽α-MSH同源的clpB）插入T4基因组的非必需区域（如ac基因），确保噬菌体感染后通过溶菌作用释放治疗性蛋白。

3.体内验证模型

结肠炎模型：通过葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导小鼠结肠炎，评估工程化噬菌体对中性粒细胞弹性蛋白酶（NE）活性的抑制作用。饮食诱导肥胖（DIO）模型：高脂饮食喂养小鼠，观察ClpB蛋白对体重增长和炎症反应的影响。

实验显示，工程化噬菌体未引起肝肾功能异常或组织病理学改变。尽管噬菌体感染降低了宿主细菌的增殖效率，但未检测到耐药菌株的显著产生。肠道菌群分析表明，T4噬菌体的介入未引起微生物组整体结构的显著变化，仅个别菌科）丰度发生轻微波动。

参考文献：

Baker, Z.R., Zhang, Y., Zhang, H. et al. Sustained in situ protein production and release in the mammalian gut by an engineered bacteriophage. Nat Biotechnol (2025). https://doi.org/10.1038/s41587-025-02570-7