口服可降解纳米装甲辅助益生菌用于重塑肠道微环境并治疗骨质疏松症

  骨质疏松症是一种系统性骨病，其特征是骨质量减少和骨组织微观结构退化，是最常见的骨代谢疾病。临床上，抑制破骨细胞和促进成骨是治疗骨质疏松症最常见的两种方法。尽管传统的抗骨质疏松药物效果显著，但也可能引起有害副作用。此外，骨质疏松与骨组织内的炎症性微环境密切相关，这些微环境会增加破骨细胞活性并降低成骨能力。因此通过益生菌改善骨组织炎症微环境的方法引起了关注。

  口服益生菌可以全面调节肠道内的炎症病理环境，改变活性氧（ROS）水平，恢复肠道微生物群的稳定性，并缓解初发症状。它对其他系统性疾病也有一定治疗效果，如焦虑、抑郁和骨质疏松。口服益生菌的治疗效果更持久，毒性更低，副作用也更少，优于临床药物。然而，口服益生菌的治疗存在一些局限性，例如（1）细菌在消化道化学环境中存活率和增殖能力较低，以及（2）在病理条件下难以附着肠道。这些限制限制了口服益生菌治疗的临床应用。

  本篇文献通过在鼠李糖乳杆菌表面层层组装 L@Q-Ca/PDA 纳米涂层，并在骨质疏松小鼠模型进行灌喂干预，评估肠道、骨组织、菌群与代谢物等相关指标，探究该策略提高益生菌的应用性的潜力。

L@Q-Ca/PDA 的抗环境侵袭能力及包被细菌的黏膜黏附能力

该研究通过逐层组装方法，在益生菌上形成纳米涂层，验证了不同浓度的槲皮素和多巴胺单层结构下益生菌的生长和增殖。该策略使得益生菌在模拟肠液中孵育4小时后才出现存活率显著降低，并且包被后的益生菌耐胆盐和耐H₂O₂能力显著高于未包被的。除了出色的抗胁迫能力外，细胞模型和动物模型还证明了其优秀的黏附能力，极大增强了益生菌在肠道定植的可能。

L@Q-Ca/PDA 的体外抗炎与抗氧化能力

在慢性炎症诱导的骨质疏松模型中，肠黏膜内活性氧（ROS）浓度显著升高。高浓度ROS 会降低益生菌活性，并阻碍其在肠道中的有效定植。与 LR 组相比，L@Q-Ca/PDA 显著抑制了 ROS 的产生，并有效清除了细胞内 ROS，我们将此归因于细菌外层涂层清除 ROS 的能力。此外，通过检测 GSH、MDA、SOD 和 T-AOC 的表达水平，进一步验证了 L@Q-Ca/PDA 减轻氧化应激的能力，并评估了其缓解 ROS 诱导的细胞氧化损伤和炎症反应的能力。在 H₂O₂ 处理的 RAW264.7 细胞中，L@Q-Ca/PDA 显著降低 TNF-α 和 IL-6 的 mRNA 表达水平，并提高 TGF-β 和 IL-10 的 mRNA 表达水平。此外，通过检测 RAW264.7 细胞中 CD206 和 iNOS 的表达，在蛋白水平评估了 L@Q-Ca/PDA 的抗炎能力。相较于 LR 组，L@Q-Ca/PDA 组CD206 表达显著增加，而 iNOS 表达显著降低，且WB结果进一步证实了这一现象。茜素红和TRAP染色显示，L@Q-Ca/PDA 组表现出更强的成骨能力，显著抑制 RANKL 诱导的破骨细胞生成。

上述所有结果表明，L@Q-Ca/PDA 的 ROS 清除能力及抗炎抗氧化能力远强于单纯 LR。这些发现提示，纳米涂层可增强益生菌的抗炎和抗氧化作用，并提高其促进成骨和抑制破骨细胞生成的能力。

L@Q-Ca/PDA 用于治疗慢性炎症性骨质疏松小鼠模型中的结肠炎

作者通过让小鼠自由饮用含 2.5% DSS 的水构建慢性验证性骨质疏松模型，之后进行灌喂 2×10⁹ CFU 的 LR、L@Q-Ca 或 L@Q-Ca/PDA 进行治疗。结果表明：L@Q-Ca/PDA 治疗组小鼠的体重下降显著受到抑制和疾病活动指数显著降低，并且，L@Q-Ca/PDA 还抑制了 DSS 引起的结肠缩短，L@Q-Ca/PDA 组的结肠长度接近健康对照组。结肠组织的 H&E 染色、AB-PAS 染色和 Masson 染色显示，与 PBS 处理相比，LR、L@Q-Ca 和 L@Q-Ca/PDA 处理不同程度地逆转了 DSS 引起的炎症细胞浸润、肠黏膜屏障损伤和纤维化，其中 L@Q-Ca/PDA 处理治疗效果最佳，除此之外，L@Q-Ca/PDA 能显著抑制了肠上皮细胞凋亡。与 DSS 模型组相比，LR、L@Q-Ca 和 L@Q-Ca/PDA 治疗组肠上皮紧密连接蛋白 ZO-1 和 Occludin 的表达显著增加。血清炎症因子评估和毒力验证表明，其具有L@Q-Ca/PDA 组促炎因子 IL-6、IL-1β 和 TNF-α 的表达显著降低，小鼠心、肝、脾、肺、肾及其肝肾功能检测正常。

这些发现表明 L@Q-Ca/PDA 具有良好的肠上皮修复能力，和降低炎症因子的表达，同时材料安全性得以确认。

L@Q-Ca/PDA用于慢性炎症性骨质疏松小鼠模型中的骨质疏松治疗

与 LR 组相比，L@Q-Ca/PDA在小鼠骨密度、骨小梁体积分数和骨小梁数量显著增加，而骨小梁间距显著减小。而H&E 染色和 Masson 染色评估骨质疏松性骨缺损的重建，结果表明与 LR 组相比，L@Q-Ca/PDA 治疗组的骨缺损显著减小，新形成的骨痂体积显著增加，新形成的胶原组织和未成熟骨组织量显著增加。 OCN 染色 和TRAP 染色显示，与模型组相比， L@Q-Ca/PDA 具有最佳的成骨能力和破骨细胞数量减少程度最大。同时WB显示，与其他治疗组相比，L@Q-Ca/PDA 治疗组中成骨相关蛋白 Alp 和 Runx2 的表达水平显著升高，而破骨相关蛋白 Cathepsin K 和 NFAc1 的表达水平显著降低。这些发现进一步突出了 L@Q-Ca/PDA 在慢性炎症诱导的骨质疏松中优异的抗骨质疏松作用。

L@Q-Ca/PDA 在 OVX 骨质疏松小鼠模型中的抗骨质疏松作用

  此外，作者还验证了L@Q-Ca/PDA 在去卵巢（OVX）骨质疏松模型中的治疗效果，L@Q-Ca/PDA 治疗显著抑制了去卵巢引起的子宫重量下降，但对小鼠体重影响较小。在 OVX 小鼠模型中，股骨三维（3D）CT 重建图像及定量分析显示，与模型组小鼠相比，L@Q-Ca/PDA 治疗组骨密度、骨小梁体积分数和骨小梁数量显著增加，而骨小梁间距显著减小。股骨 H&E、Masson、TRAP 和 OCN 染色均表明，LR、L@Q-Ca 和 L@Q-Ca/PDA 治疗不同程度地提高了成骨细胞活性并降低了破骨细胞活性，减少了去卵巢引起的骨丢失，其中 L@Q-Ca/PDA 的治疗效果最显著。HE、AB-PAS 和 TUNEL 染色显示各组间无显著差异，但 L@Q-Ca/PDA 组中 ZO-1 和 Occludin 的表达显著增加。这些发现进一步提示，L@Q-Ca/PDA 能够增强肠黏膜屏障。WB显示，与模型组相比，L@Q-Ca/PDA 组成骨蛋白 Alp 和 Runx2 的表达水平显著升高，而破骨蛋白 Cathepsin K 和 NFATc1 的表达水平显著降低。这些结果进一步证实，与慢性炎症诱导的骨质疏松模型结果一致，L@Q-Ca/PDA 对去卵巢骨质疏松小鼠模型仍具有显著治疗效果。此外，各器官 HE 染色及肝肾功能检测结果进一步证实了该材料体系的安全性。

 骨质疏松看似只是骨头变脆，其实和肠道里的菌群、慢性炎症密切相关。口服益生菌虽然能调节肠道、减轻炎症，但普通益生菌很难活着通过胃酸、胆盐和消化酶的“封锁线”，到达肠道时往往已经大量死亡，治疗效果大打折扣。针对这一难题，中国科学家在鼠李糖乳杆菌表面先包裹一层由槲皮素和钙离子组成的金属-多酚网络，再聚合一层聚多巴胺，给益生菌穿上一件可降解的“纳米装甲”，形成 L@Q-Ca/PDA。这件装甲既能帮助益生菌抵抗胃肠道恶劣环境，又能在到达肠道后逐渐脱落，释放槲皮素和钙离子。益生菌在肠道定植后，可以减轻炎症和氧化应激、修复肠黏膜屏障、调节肠道菌群，并增加短链脂肪酸（尤其是乙酸）的产生，进而通过“肠-骨轴”让成骨细胞更活跃、破骨细胞受抑制，最终改善骨质疏松。在模拟肠炎导致的骨质疏松和去卵巢骨质疏松两种小鼠模型中，这种“装甲益生菌”都显著提高了骨密度、改善了骨小梁结构，效果明显优于未包被的普通益生菌，并且对心、肝、脾、肺、肾等主要器官未见明显毒性。该研究为口服益生菌治疗骨质疏松提供了一种安全、低成本且有望临床转化的新策略。

参考资料： Li, Z., Deng, X., Qiu, C. et al. Orally administered degradable nanoarmor-assisted probiotics for remodeling the gut microenvironment and treating osteoporosis. J Nanobiotechnol 23, 660 (2025). https://doi.org/10.1186/s12951-025-03751-x