肠道菌群失调和肠黏膜屏障破坏，是结肠炎和结肠炎相关癌症（CAC）的主要病理特征。益生菌疗法在恢复肠道微生物、环境和免疫系统平衡等方面具有显著优势，被广泛应用于结肠炎和CAC的治疗研究。

来自郑州大学的宋同学，就以第一作者身份在国际顶级期刊Advanced Functionals Materials上，发表了一篇有关益生菌芽孢壳的口服递送系统用于治疗和预防结肠炎和CAC的最新研究成果，并亲自解读了该文献内容，供读者参考。

宋同学所在的郑州大学王蕾教授团队，创新性地开发了一种简单的策略，通过体外机械力挤压，将孢子壳转化为多功能孢子壳纳米颗粒（CN），通过锚定CN进一步构建了一系列微生态制剂，在不同的益生菌表面形成功能性的“盔甲”。CN包被的益生菌在治疗结肠炎和预防结肠炎相关癌症方面具有优越的效果。这种仿生设计策略，可能为开发功能性纳米材料及基于材料的平台提供一种新的方法。

01 基本信息

英文标题：A Bioinspired Versatile Spore Coat Nanomaterial for Oral Probiotics Delivery (点击标题查看原文)

中文标题：一种用于口服益生菌递送的仿生多功能孢子涂层纳米材料

发表期刊:Advanced Functionals Materials

影响因子:19.924

第一作者单位:郑州大学

通讯作者单位:郑州大学

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02 研究摘要

益生菌疗法在结肠炎和CAC的治疗研究应用方面具有显著优势，然而，如何在复杂的胃肠道环境中，有效递送并保持益生菌活性，仍是研究人员目前面临的主要挑战。

近年来，通过材料包裹或改性等方式递送益生菌的研究取得了一些进展，但这些方法往往也只能对益生菌提供暂时性的保护，难以达到较高的益生菌增殖和定植效率。芽孢（spore）作为益生菌的休眠生命形式，在胃内具有较强的抵抗力，且能够在肠道内重新萌发成营养细胞，可有效用于益生菌的递送。

本研究利用多功能芽孢壳纳米材料（CN）包被的益生菌制备得到CN@BC，能够有效治疗结肠炎和预防结肠炎相关癌症。这为指导纳米材料和基于材料发展微生态制剂提供了一种新策略。

03. 研究发现

基于此，本研究以凝结芽孢杆菌（BC）为模型菌株，创新性地将其芽孢壳分离制备成一种多功能芽孢壳纳米材料（CN），并作为保护性“盔甲”，重新吸附在BC表面，制备得到CN@BC。

该制剂口服后主要具有以下优点：

（1）CN具有高耐受性、良好的生物相容性和钙离子含量，通过修复上皮屏障和抑制典型的促炎因子（如IL-1β、TNF-α、IL-6等），表现出优越的抗炎作用；

（2）CN通过阻断IL-6-STAT3信号通路，阻止结肠炎相关癌（CAC）的发生；

（3）CN可以特异性靶向益生菌；CN包被的益生菌可以抵抗口服给药后严酷的GIT环境；

（4）由于CN提供了营养物质， 一旦到达肠道，CN包被的益生菌便迅速进入对数生长期，进而抑制有害细菌，有效地在结肠内定植。

图1. CN及CN@BC的制备和作用机制示意图

A）制备CN及CN@BC的示意图

B）CN@BC用于治疗炎性肠病的机制示意图

04 实验结果展示

图2. CN@BC在结肠炎小鼠模型中的治疗效果评估。

A）治疗过程中各组小鼠的体重变化曲线图；治疗结束后，B）各组小鼠的DAI（疾病活动指数）评分统计图；C）各组小鼠具有代表性的结肠组织照片；D）各组所有小鼠的结肠长度统计；E）各组小鼠结肠组织的MPO活力测定；（n=7，*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001）。

我们评价了CN@BC对DSS诱导结肠炎小鼠模型的治疗效果。图2实验结果表明，CN@BC治疗组的小鼠体重很快恢复到了健康小鼠的体重水平，这主要与以下因素相关：其能够顺利通过胃酸环境，且增殖活性不受影响，随后在肠道内定植、调节肠道菌群、恢复肠道屏障等方面发挥抗炎作用。

此外，DAI分数、结肠长度以及MPO活力也表明，CN@BC能够抑制炎症反应进程，具有较好的炎症治疗效果。

图3. CN@BC在CAC小鼠模型中的预防效果评估。

a）CAC小鼠构造和预防示意图；b）每周体重变化；c）各组小鼠的DAI（疾病活动指数）评分统计图；

d）治疗后各小组结肠组织、结肠长度和息肉数量；e） 各小组结肠MPO活性；f） 典型抗炎因子浓度；

g）不同处理组STAT3、IL-6、h）ZO-1和Occludin的WB分析（n=3）；i）结肠组织的典型H&E染色图像和组织学评分；j）结肠切片TUNEL免疫荧光检查；（n=7，*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001）。

我们评价了CN@BC对结肠炎相关癌症（CAC）小鼠模型的预防效果。图3实验结果表明，CN@BC有效地恢复了肠屏障的完整性，有助于抑制CAC过程。

本研究创新性地将益生菌芽孢衣壳制备成一种多功能衣壳纳米材料（CN），并且通过将CN锚定在不同的益生菌表面，进一步开发了一系列重组益生菌。重组益生菌在治疗结肠炎和预防结肠炎相关癌症方面具有优越的效果，为开发生物材料及基于生物材料的益生菌递送提供了一个通用策略。