用于缓解肠道炎症和微生物群失调的人工酶武装长双歧杆菌益生菌

研究背景：

炎症性肠病(IBD)是一种严重的肠道疾病,包括克罕病(CD)和溃疡性结肠炎(UC)。IBD给全球社区带来了巨大的健康和经济负担,并大大降低了患者的生活质量。尽管IBD的发病机制复杂且尚未完全阐明,但已有证据表明它与肠道黏膜屏障功能障碍和肠道菌群失调有关。目前临床上可用的治疗方法主要集中在通过抑制肠道炎症反应来改善疾病相关症状,比如使用抗炎药5-氨基水杨酸(5-ASA)和糖皮质激素,以及免疫抑制剂肿瘤坏死因子(TNF)拮抗剂。然而,这些治疗方法并不能使所有患者获益,长期使用还可能会导致严重的不良反应,包括感染和恶性肿瘤的风险增加。这些局限性可能是由于这些传统药物的不可逆消耗、快速代谢和非特异性作用所致。另一方面,口服益生菌治疗作为一种辅助疗法也表现出治疗IBD的潜力,因为它们可以在肠道内正向调节菌群组成,促进肠道黏膜修复。但由于缺乏抗氧化酶如超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT),这些厌氧益生菌易受到活性氧的损害,从而降低了治疗效果并延长了治疗时间。因此,迫切需要开发一种更有效、更安全的IBD治疗方法,能够有效靶向炎症结肠,快速改善受感染组织的免疫微环境。

研究内容：

图1 人工酶武装益生菌的特性研究

（1）人工酶的制备与表征：首先通过热解Fe@MOF前驱体制备出单原子铁催化剂(Fe SA)。通过透射电子显微镜和X射线吸收细构分析，Fe SA呈现出菱形十二面体形状，铁元素以单原子状态均匀分散于材料中，可能与氮配位。设计含有苯硼酸基团的聚乙二醇(C18-PEG-B)作为偶联剂，通过它将Fe SA与双歧杆菌(BL)益生菌连接在一起，形成人工酶修饰的益生菌系统BL@B-SA50。

（2）BL@B-SA50的抗氧化性能评估：测试B-SA单独的ROS清除能力,发现其具有出色的SOD模拟和过氧化氢酶模拟活性,能有效清除超氧阴离子自由基和过氧化氢。将B-SA与BL结合后可大幅增强BL的抗氧化能力,并保护其免受氧化胁迫。在体外细胞实验中，BL@B-SA50能有效降低炎症条件下的细胞ROS水平，从而提高细胞存活率。

（3）BL@B-SA50在胃肠道环境中的稳定性：测试BL@B-SA50在模拟胃液、肠液和炎症结肠液中的抗氧化能力和细菌存活率，结果表明其在整个胃肠道环境中均表现出优异的稳定性。

（4）BL@B-SA50在IBD动物模型中的治疗效果：在小鼠和狗的IBD模型中，BL@B-SA50显示出优于传统药物的治疗效果，能有效减轻炎症反应，修复肠黏膜屏障功能，并调节肠道菌群失调。

研究结论：

该研究成功开发了一种人工酶修饰的益生菌系统，通过提高益生菌的抗氧化能力和靶向性，有效治疗了IBD模型中的炎症反应和肠道失调，为IBD的临床治疗提供了新的策略。

参考文献

Cao, F., Jin, L., Gao, Y., Ding, Y., Wen, H., Qian, Z., . . . Mao, Z. (2023). Artificial-enzymes-armed Bifidobacterium longum probiotics for alleviating intestinal inflammation and microbiota dysbiosis. Nature Nanotechnology, 18(6), 617-627.

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41565-023-01346-x.