结肠癌是消化道最常见的恶性肿瘤之一，其发生发展与肠道菌群失衡密切相关。近年来，益生菌疗法因其能够调节免疫、改善肠道微生态而备受关注，成为肿瘤辅助治疗的研究热点。罗伊氏乳杆菌已被证实可通过代谢产物如罗伊氏菌素诱导结肠癌细胞氧化应激，发挥抗肿瘤作用。然而，益生菌口服后需经历胃酸、胆汁盐和消化酶的严峻考验，导致活菌数量锐减、肠道定植效率低下，严重制约了其疗效的发挥。

益生元的保护策略因其良好的生物相容性和协同增效作用而逐渐受到关注。菊粉作为益生元，可被肠道菌群代谢产生短链脂肪酸，发挥抗炎和抗肿瘤作用。然而，菊粉单独使用时凝胶能力有限，且过量摄入可能引起胃肠道不适。明胶作为一种来源广泛、生物相容性优良的天然高分子，含有促进细胞黏附的精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸序列，且具有良好的胃酸耐受性，是理想的辅助材料。基于上述背景，该研究利用菊粉与明胶通过氢键交联构建一种新型“盾牌”水凝胶，用于包裹罗伊氏乳杆菌，形成合生元水凝胶胶囊（Lr@GI），旨在实现益生菌在胃肠道中的高效保护与靶向递送，并系统探究其通过调控免疫微环境与肠道菌群发挥抗结肠癌作用的机制，为益生菌在肿瘤治疗中的临床转化提供新策略。

主要研究结果如下：

1.成功构建“盾牌”水凝胶，有效保护益生菌

该研究成功构建了一种由益生元菊粉和天然高分子明胶通过氢键交联形成的“盾牌”水凝胶（GI），用于包裹罗伊氏乳杆菌（Lr），得到合生元水凝胶胶囊（Lr@GI）。扫描电镜和激光共聚焦显微镜观察证实，Lr被成功包覆在GI内部，形成分散良好的颗粒，且该包覆过程不影响细菌的生长与活力。在模拟胃肠液的实验中，GI“盾牌”显著增强了Lr对胃酸、胆汁盐和消化酶的耐受能力，使Lr在胃、小肠、盲肠和结肠中的存活数量大幅提升；活体成像也显示，GI能延长在肠道内的滞留时间。

图1 Lr@GI的制备与表征

图2 Lr@GI的胃肠道滞留及胃肠道阻力

2.Lr@GI能强效抑制结肠癌生长，诱导肿瘤细胞凋亡

在结肠癌原位小鼠模型中，Lr@GI口服给药后能有效富集于肿瘤部位，并展现出显著的抗肿瘤效果。与对照组相比，Lr@GI组小鼠的肿瘤体积和重量明显减小，肿瘤组织出现大量细胞坏死，增殖标志物Ki67表达降低，凋亡相关蛋白Bax/Bcl-2比值升高。

图3 合生元水凝胶胶囊Lr@GI的体内抗肿瘤疗效

3.Lr@GI能激活氧化应激与NLRP3炎症小体，驱动M1巨噬细胞极化

机制研究表明，Lr@GI通过耗竭肿瘤细胞内的谷胱甘肽（GSH），诱发活性氧（ROS）水平急剧升高，进而激活NLRP3炎症小体，并显著上调促炎因子IL-1β和TNF-α的表达。更重要的是，Lr@GI能有效诱导肿瘤相关巨噬细胞向M1型极化，表现为M1标志物CD86和iNOS表达升高，M2标志物CD206和Arginase表达降低，从而重塑肿瘤免疫微环境，发挥抗肿瘤作用。

图4 合生元水凝胶胶囊Lr@GI的体外抗肿瘤机制

图5 合生元水凝胶胶囊Lr@GI在体内的抗肿瘤机制

4.Lr@GI能重塑肠道菌群结构，提升短链脂肪酸水平，修复肠道屏障

此外，16S rDNA测序结果显示，Lr@GI能调节结肠癌小鼠的肠道菌群结构，显著增加乳杆菌科等有益菌的丰度，并提高粪便中乙酸、丙酸和丁酸等短链脂肪酸的含量，同时修复肠道屏障关键蛋白ZO-1的表达。在体外实验中，Lr@GI与化疗药物5-氟尿嘧啶联用，能进一步增强对肿瘤细胞的杀伤作用，在体内同样表现出协同抗肿瘤效果，且未引起明显毒性反应。

图6 体内肠道菌群与短链脂肪酸的变化及Lr@GI与5-FU协同增强抗肿瘤效应

研究成功构建了合生元水凝胶胶囊（Lr@GI），该体系通过诱导肿瘤细胞内氧化应激、激活NLRP3炎症小体、驱动M1型巨噬细胞极化，有效抑制结肠癌生长。同时，Lr@GI能调节肠道菌群结构，修复肠道屏障，并与化疗药物5-氟尿嘧啶协同增效，益生菌在结肠癌治疗中的临床转化提供了简便高效的新思路。

参考文献：Wang Y, Su X, Liu Y, et al. Improved prebiotic-based “shield” equipped probiotics for enhanced colon cancer therapy by polarizing M1 macrophages and regulating intestinal microbiota[J]. Acta Pharmaceutica Sinica B, 2025, 15(8): 4225-4247.