基于微生物的疗法正在成为治疗各种疾病，特别是肠道相关疾病的平台。为了最大限度地提高药物疗效并限制脱靶效应，需要能够将药物定向输送到疾病部位的药物平台。来自哈佛大学的团队在Cell Host & Microbe上发表了研究论文《Engineered Escherichia coli for the in situ secretion of therapeutic nanobodies in the gut》，报道一种大肠杆菌体系PROT3EcT，可将纳米抗体蛋白直接分泌到肠道环境中。

  Escherichia coli Nissle 1917(EcN)是一种公认安全的益生菌，具有固有的抗菌和抗炎活性，且可进行遗传上的编辑用于治疗各种肠道疾病，因此作为合成生物学的基础越来越受欢迎。然而，革兰氏阴性细菌会主要将蛋白质递送到其外包膜的周质，而将蛋白质分泌到周围环境中存在困难。

  许多革兰氏阴性病原细菌能利用复杂的纳米机器，将细菌蛋白(称为效应子)直接转运到宿主细胞的细胞质中，III型分泌系统(T3SSs)就是其中之一。一类完整组装的III型分泌机器(T3SA)嵌入细菌的外层包膜内，其针状延伸部位停靠在宿主细胞膜上并形成孔。先前研究发现，与大肠杆菌遗传上相关的革兰氏阴性病原细菌(福氏志贺氏菌、肠致病性大肠杆菌)的T3SAs在引入实验室大肠杆菌菌株时能够发挥功能。

  因此，团队将编码志贺氏菌T3SA部件的基因和相应的ipa, mxi, spa操纵子连入大肠杆菌染色体的同一位点，再将控制以上操纵子表达的转录因子VirB于低拷贝数质粒上表达。经IPTG诱导后，表达出的T3SA能在宿主细胞膜上形成孔状结构，使得目标蛋白(纳米抗体，Nbs)直接被注入哺乳动物细胞，并且该体系不会侵入或将自体蛋白质注入哺乳动物细胞。据此构建的PROT3EcT采用模块化设计，由三个遗传元件组成：(1)编码经过修饰的T3SA的操纵子，(2)其主要转录调节因子VirB和(3)治疗有效载荷。

  接下来，团队研究了PROT3EcT系统是否能将异源蛋白识别为分泌底物。他们前期发现异源蛋白N末端的多个III型效应子的前50个残基编码定义III型SSs的元素，因此只需融合表达这一片段便可实现自动分泌。因此，PROT3EcT可以被设计成分泌配备N端III型分泌序列(SS)的异源蛋白。PROT3EcT可分泌功能性单结构域抗体、纳米抗体(Nbs)，并在小鼠肠道内稳定定植和维持蛋白分泌活性。

  为了验证这种分泌体系的设计理念，团队构建了一种分泌抗TNF-α Nb的PROT3EcT变体(TNF-PROT3EcT)，并证明其单次预防剂量足以平复促炎TNF水平，并能防止化学诱导结肠炎模型中损伤和炎症的发展，其有效性与全身给药的抗TNF-α单克隆抗体(mAb)相当。

  总之，这项研究报道了一类可编程的大肠杆菌PROT3EcT系统的开发和表征，其旨在将治疗有效载荷输送到胃肠道。尽管目前的研究仅提出了进一步开发PROT3EcT用于治疗IBD，但PROT3EcT的模块化特性将允许其快速适应各种疾病的治疗平台。

  Lynch et al., 2023, Cell Host & Microbe 31, 634–649

  April 12, 2023 ª 2023 Elsevier Inc.

  https://doi.org/10.1016/j.chom.2023.03.007