Nature子刊：布拉氏酵母菌靶向递送改善小鼠结肠炎

摘要：益生菌和工程微生物疗法是一种新兴的药物制剂。通过与宿主免疫系统相互作用和/或递送治疗分子以治疗各种慢性和炎症性疾病，是一种极具前途的策略。本研究设计了一个靶向益生菌酵母平台，其中布拉氏酵母菌通过可调节的抗体表面显示与胃肠道炎症病变中发现的大量细胞外基质蛋白结合。与对照组相比，这种方法使益生菌肠道停留时间增加了24-48小时，并且在雌性小鼠溃疡性结肠炎的临床模型中，结肠内的益生菌浓度增加了100倍。结果表明，包括结肠长度、结肠细胞因子表达谱和组织学炎症评分在内的药效学参数得到了有效改善并恢复到健康水平。综上所述，本研究强调了靶向微生物治疗剂作为治疗炎症性肠病的潜在口服剂型的潜力。

炎症性肠病（inflammatory bowel disease，IBD）是指原因不明的一种非特异性慢性复发缓解性胃肠道炎症性疾病，包括溃疡性结肠炎（ulcerative colitis，UC）、克罗恩病（Crohn disease，CD）和未定型结肠炎（indeterminate colitis，IC）。目前，IBD仅在美国就影响了58,000多名儿童和1,200,000成人。目前可用于治疗IBD的许多药物具有严重的副作用，不针对胃肠道内的炎症部位，需要通过皮下注射给药，或者在Remnicade^®的情况下，每8周去医院输液一次。靶向微生物疗法有可能作为局部作用的治疗策略，减少通常与全身治疗相关的全身副作用的可能性。工程微生物和益生菌也适合配置成口服剂型，与注射或输液途径相比，这是患者首选的给药途径。此外，益生菌可以通过互补的作用机制进行工程改造以发挥治疗效果。

近日，美国北卡罗莱纳大学教堂山分校埃塞尔曼药学院药物工程与分子药学系Juliane Nguyen团队在Nature Communications在线发表题为“Targeted delivery of the probiotic Saccharomyces boulardii to the extracellular matrix enhances gut residence time and recovery in murine colitis”的研究性文章。该研究开发了一种能够与多种ECM蛋白靶标结合的平台方法。作者对布拉氏酵母菌进行了基因工程改造，在布拉氏酵母菌细胞表面表达单体链霉亲和素，以用作链接ECM特异性生物素化结合部分的可调手柄。布拉氏酵母菌在IBD中具有临床相关性，因其内在的抗炎特性而被用作人类患者的补充剂，在结肠炎的临床模型中连续给药时可以显著改善炎症。此外，布拉氏酵母菌是一种具有明确的基因工程工具包的遗传易处理生物体，适用于酵母表面展示方法；而且布拉氏酵母菌还是一种通过适当折叠和翻译后修饰生产重组蛋白的真核生物。

本研究设计了一个靶向性益生菌酵母平台，表征了天然和工程布拉氏酵母菌的益生菌表型，以及靶向配体保留和功能的时间动态。结果表明，与非靶向布拉氏酵母菌相比，靶向布拉氏酵母菌在初始表面修饰后与ECM蛋白（包括纤维粘连蛋白、纤维蛋白原和胶原Ⅳ）的结合能力提高了350倍，而且在体外模拟胃肠道环境48 h后，其与ECM蛋白的结合能力至少保持了15倍。经过基因和生物化学修饰的工程化布拉氏酵母菌能够保持其益生菌表型，包括抵抗胃肠道生理挑战、分泌短链脂肪酸和刺激免疫细胞分泌抗炎细胞因子。在小鼠结肠炎模型中，使用工程化布拉氏酵母菌能够有效改善小鼠结肠长度、结肠细胞因子表达谱和组织学评分，恢复至健康水平。

该研究整合了药物工程、微生物学、免疫学和基因工程的原理，以创建一种益生菌药物递送方法，能够改善工程微生物向肠道的递送，以增强活性生物治疗产品的疗效和患者友好性。