工程化益生菌酵母“双功能”系统实现炎症性肠病的靶向生物治疗

炎症性肠病（IBD），包括溃疡性结肠炎和克罗恩病，全球患者数量持续攀升。现有临床抗TNFα单抗等生物制剂虽有效，但需胃肠外给药、系统性免疫抑制带来副作用，且约三分之一患者原发无应答或继发性失应答。此外，口服蛋白药物面临上消化道酶解和酸降解的瓶颈，而传统益生菌在肠道内存在定植抵抗，迅速被清除，难以发挥持续疗效。因此，亟需一种能口服、靶向炎症部位、局部释放生物大分子且不破坏微生态的新型治疗策略。

近期发表于《Journal of Controlled Release》的一项研究《Targeted and quantitatively modeled biologic delivery via dual-functional probiotic yeast in inflammatory bowel disease》，开发了一种基于布拉氏酵母的双功能口服活菌平台，首次将靶向黏附、局部纳米抗体分泌与定量药代动力学建模整合，为IBD的精准生物治疗提供了可转化的解决方案。以下是对该研究的深度解度。

一、系统构建：布拉氏酵母的双重基因工程改造

研究者选用已获批作为膳食补充剂的益生菌株—布拉氏酵母（S. boulardii）作为底盘，该菌株具有良好的安全性、遗传可操作性及内在抗炎特性。通过同源重组将编码纤维连接蛋白结合蛋白（FnBP）的基因片段（源于肠道共生葡萄球菌）融合至酵母细胞壁锚定蛋白AGA2，实现FnBP在细胞表面的稳定展示。同时，将经酸和酶稳定性优化的抗鼠TNFα纳米抗体基因（含分泌信号肽）整合至酵母基因组，实现组成型分泌。经筛选获得双重工程菌株，命名为S.b. FN-aTNF。表面等离子体共振和流式细胞术证实，该菌株分泌的纳米抗体对鼠TNFα具有高亲和力，且表面展示的FnBP可特异性结合可溶性及固相纤维连接蛋白。

二、核心功能与机制：靶向粘附与局部递送的双重“利器”

（1）稳定表达FnBP，实现炎症组织靶向粘附

在IBD中，肠道上皮损伤导致细胞外基质蛋白—纤维连接蛋白在炎症和纤维化区域大量沉积，成为理想的“分子锚点”。研究团队利用超分辨显微技术对纤维连接蛋白结合蛋白的空间分布进行了纳米级解析：每个酵母细胞表面平均分布约33~50个FnBP配体，配体间平均距离约428 nm，呈现均匀的随机分布，有利于多价结合。在模拟肠液中连续培养48小时，FnBP表达水平和纤维连接蛋白结合能力保持稳定，证明该靶向模块具有良好的时间稳定性。体外纤维连接蛋白包被孔板结合实验显示，表达FnBP的菌株经多次洗涤后仍牢固粘附，而野生型菌株几乎完全脱落。

（2）持续分泌抗TNFα纳米抗体，实现局部中和炎症因子

在工程菌株的培养上清中可检测到约30 kDa的纳米抗体，分泌动力学显示对数生长期累积浓度逐渐升高。在L929成纤维细胞TNFα诱导细胞毒性模型中，含纳米抗体的培养上清以浓度依赖性方式保护细胞存活，证实其生物学活性。更重要的是，双重工程菌株（S.b. FN‑aTNF）的纳米抗体分泌水平与单分泌菌株无显著差异，且生长曲线与野生型一致，说明双重改造未给酵母带来明显代谢负担。

（3）整合药代动力学建模，指导体内给药方案设计

鉴于活体微生物具有自我复制、代谢动态性和环境依赖性，传统小分子或蛋白药物的房室模型难以直接适用。研究者建立了包含“胃肠道腔室”和“粪便腔室”的两房室药代动力学模型，整合酵母生长（对数生长+携带容量）、死亡、纳米抗体释放及酶解降解等关键参数。利用盲肠滤液体外培养数据拟合获得出生速率、死亡速率及纳米抗体释放速率等参数，并借鉴文献确定胃肠转运时间、排便速率和腔室体积。模型模拟预测显示，若每72小时口服一次10⁹ CFU，酵母不会在下次给药前完全清除，可实现剂量重叠和持续暴露。这一预测直接指导了后续动物实验的给药间隔设计，是活菌药物定量药理学的创新尝试。

三、药代动力学与动物体内疗效验证

在模拟人IBD复发-缓解特征的三周期慢性DSS结肠炎模型中每3天口服给药一次S.b. FN‑aTNF（10⁹ CFU），共计6剂。药代动力学分析显示，表达FnBP的菌株在结肠腔内的活菌计数显著高于非靶向菌株，粪便CFU动态与PK模型预测高度吻合。此外，S.b. FN‑aTNF组结肠腔内纳米抗体浓度亦显著高于非靶向分泌组，表明靶向粘附延长了肠道滞留时间并增加了局部药物暴露量。疗效方面，治疗组结肠长度显著恢复，促炎基因Il1b、Ccl2、Stat3和Cxcl2表达下调，Foxp3表达上调，提示免疫向抗炎修复方向偏移。组织病理学虽总体评分无组间差异，但病变分期分析显示，S.b. FN‑aTNF组急性/过渡性病变比例从59%降至36%，修复性病变比例达64%，表明该治疗减少了新发急性损伤并促进了慢性修复。

四、总结与展望

该研究首次构建了兼具炎症组织靶向粘附与局部抗TNFα纳米抗体分泌的双功能工程化布拉氏酵母，并结合药代动力学模型实现从体外参数到体内给药的量化衔接，在不使用全身免疫抑制剂的前提下，同步突破口服生物利用度低、肠道滞留时间短、局部药物浓度不足三大瓶颈。虽组织学完全愈合尚未达成，但宏观保护、分子抗炎及病变修复倾向充分展示了其治疗潜力。未来可通过提高配体密度、响应型启动子及制剂优化进一步提升疗效。该研究为工程化活体生物药的理性设计提供了完整的实验与建模框架，亦为其他慢性黏膜炎症的局部生物治疗开辟了可借鉴路径。

参考文献：Hazelton A G, Heavey M K, Vlcek J R, et al. Targeted and quantitatively modeled biologic delivery via dual-functional probiotic yeast in inflammatory bowel disease [J]. Journal of Controlled Release, 2026: 114906.

 https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2026.114906