通过光动力重塑肠道微生物群及巨噬细胞极化作用，利用预生物工程设计的口服纳米平台治疗溃疡性结肠炎

《BIOMATERIALS RESEARCH》：Prebiotic-Engineered Oral Nanoplatform against Ulcerative Colitis via Photodynamic Remodeling of Gut Microbiota and Macrophage Polarization

本研究开发了一种口服多功能纳米系统CBF@LCP，通过靶向M1巨噬细胞实现光动力/光热协同治疗，并利用益生菌涂层调节肠道菌群，有效缓解溃疡性结肠炎炎症，修复肠道屏障，恢复菌群平衡，同时激活PI3K/AKT信号通路。

　　溃疡性结肠炎（UC）是一种慢性炎症性肠病，其特征是结肠黏膜的反复炎症，严重损害患者的生活质量。尽管光动力疗法（PDT）在治疗UC方面展现出潜力，但传统光敏剂存在溶解性差和靶向性不足等问题。为此，我们开发了一种口服的多功能纳米系统（CBF@LCP），旨在重塑失调的肠道菌群并实现协同光疗。该纳米系统的核心是由活性氧（ROS）响应型脂质体构成，封装了我们之前建立的碘化氰基光敏剂CyI，并通过酰胺键连接叶酸和牛血清白蛋白（CBF@L）。该外层通过层层自组装技术包覆了壳聚糖/果胶壳，以增强生物相容性并确保其在胃肠道中的稳定性。

在口服给药后，CBF@LCP能够通过pH依赖性收缩机制在胃肠道中保持稳定，随后在肠道酶的作用下脱壳，暴露出CBF@L。这些纳米颗粒被结肠炎部位过表达叶酸受体（FR）的M1巨噬细胞特异性摄取。在近红外（NIR）照射下，CyI能够执行双光动力/光热疗法，有效消除促炎性巨噬细胞。同时，结肠炎部位的富氧环境有助于增强ROS的生成，从而提升光动力疗法的效果，而无需额外的氧气载体。此外，预生物壳能够通过抑制病原体和促进有益菌的生长来恢复肠道菌群平衡。

在体内研究中，我们使用了葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的结肠炎模型，结果表明CBF@LCP实现了靶向药物释放，减轻了炎症，重新编程了巨噬细胞极化，保护了肠道屏障完整性，并激活了磷脂酰肌醇3-激酶/AKT信号通路。肠道菌群和转录组分析进一步确认了菌群平衡的恢复和黏膜愈合的实现。本研究提出了通过菌群重塑和富氧光疗相结合的高效靶向策略，为UC的管理提供了新的思路。

在方法部分，我们详细描述了CBF@LCP的制备过程，包括CyI与叶酸和牛血清白蛋白的共轭反应，以及通过薄层水合法将CBF封装于脂质体中，再通过层层自组装技术包覆壳聚糖和果胶。为了评估CBF@LCP的体外释放特性，我们模拟了胃肠道的不同pH环境，并观察了其在不同条件下的药物释放情况。此外，我们还利用透射电镜（TEM）和动态光散射（DLS）对CBF@LCP的形态和粒径进行了表征，结果表明其具有良好的物理稳定性和靶向性。

在体外细胞摄取实验中，我们验证了CBF@LCP对M1巨噬细胞的靶向性。通过共聚焦显微镜和流式细胞术，我们发现CBF@LCP在M1巨噬细胞中具有显著的摄取能力。此外，我们还通过DCFH-DA探针检测了CBF@LCP在细胞内的活性氧（ROS）生成情况，结果显示CBF@LCP能够有效诱导ROS的产生，从而实现光动力疗法的效果。同时，我们利用红外热成像技术评估了CBF@LCP的光热效应，发现其能够显著提高细胞温度，实现对促炎性巨噬细胞的热损伤。

在体内治疗效果评估中，我们观察到CBF@LCP+NIR治疗组的结肠炎模型表现出显著的改善。与未治疗组相比，该治疗组的疾病活动指数（DAI）明显降低，体重恢复更快，结肠长度也有所增加。组织学分析显示，该治疗能够有效减轻炎症，恢复肠道屏障功能，并促进黏膜愈合。此外，我们还评估了治疗对肠道菌群的影响，发现CBF@LCP+NIR能够显著改变肠道菌群的组成和多样性，增加有益菌的比例，减少病原菌的数量。

通过整合多组学分析，我们揭示了CBF@LCP治疗UC的潜在机制。转录组分析显示，治疗能够显著下调PI3K/AKT信号通路的激活，从而抑制炎症反应。同时，肠道菌群的变化与炎症因子的水平密切相关，某些菌群的丰度变化与促炎因子如IL-6、TNF-α和IL-1β呈负相关，而与抗炎因子IL-10呈正相关。这些结果表明，CBF@LCP通过调节菌群和抑制炎症信号通路，能够有效缓解UC。

综上所述，CBF@LCP作为一种口服的多功能纳米系统，为UC的治疗提供了一种新型的靶向策略。其通过光动力和光热疗法结合，不仅能够有效消除促炎性细胞，还能通过重塑肠道菌群，恢复肠道屏障功能，从而实现对UC的综合治疗。这一研究为未来开发更高效、更安全的口服光动力疗法提供了理论基础和实验支持。