负载miRNA的仿生纳米颗粒通过调控肠道微生物来改善炎症性肠病

《SCIENCE ADVANCES》：miRNA-loaded biomimetic nanoparticles orchestrate gut microbe to ameliorate inflammatory bowel disease

肠道菌群调节与靶向递送系统在炎症性肠病治疗中的应用。通过工程化LGG乳杆菌，利用miRNA负载的仿生纳米颗粒增强其增殖和吲哚-3-甲酸（I3A）合成，并构建外泌体-LNP复合物（BEV-LNP）实现特异性靶向。BEV-LNP在模拟胃肠液环境中稳定性显著优于传统LNP，且在急性与慢性结肠炎模型中协同5-ASA治疗显著改善肠道屏障功能、抑制炎症因子（IL-6、TNF-α）并恢复菌群多样性。该研究为IBD治疗提供了新型纳米递送策略。

　　在人类的肠道系统中，微生物群的健康状态对维持整体生理平衡至关重要。近年来，针对肠道微生物群的调控已成为治疗炎症性肠病（IBD）的重要研究方向。IBD包括溃疡性结肠炎和克罗恩病，其特征是慢性、反复发作的肠道炎症，通常伴随着血便、腹痛和肠道穿孔等临床症状。目前，治疗IBD的主要手段包括5-氨基水杨酸（5-ASA）、糖皮质激素、免疫抑制剂以及抗肿瘤坏死因子-α（TNF-α）单克隆抗体。尽管这些疗法在缓解症状和抑制炎症方面有一定效果，但它们往往无法实现疾病的完全缓解，并且伴随着严重的副作用，如药物在病变部位的积累不足、治疗效果有限以及长期使用可能引发的耐药性问题。因此，寻找新的治疗策略显得尤为迫切。

肠道微生物群的失衡是IBD发病的重要标志之一。在健康个体中，有益菌群和致病菌群保持相对平衡，而在IBD患者中，这种平衡被打破，导致有益菌数量减少，致病菌过度增殖。这种失衡不仅影响肠道黏膜的完整性，还会增加肠道通透性，使有害物质更容易进入血液，从而引发一系列病理反应。此外，肠道微生物群的变化还会干扰宿主的代谢平衡，例如影响短链脂肪酸、色氨酸代谢产物和硫化氢等物质的生成，进一步加剧疾病的进展。

为了克服传统治疗手段的局限性，研究人员开始探索利用微生物调控来治疗IBD的新方法。其中，工程化益生菌、粪菌移植（FMT）、基于钨的纳米递送系统以及外泌体等技术受到了广泛关注。然而，这些方法也存在各自的挑战。例如，工程化益生菌在口服后容易失活，免疫系统可能对其产生排斥反应，且难以在肠道中有效定植；FMT虽然在某些情况下表现出良好的治疗效果，但其复杂的组成结构可能带来传播病原体的风险，同时，其使用过程中也可能引发如呼吸阻塞、恶心呕吐和腹泻等不良反应；而基于外泌体的疗法，虽然在某些研究中显示出了调控肠道菌群的潜力，但其提取过程复杂、质量控制难度大、储存稳定性差，这些因素限制了其在临床中的广泛应用。

鉴于上述问题，研究者提出了利用膜仿生纳米颗粒作为新型递送系统的设想。这类纳米颗粒通过将不同来源的细胞膜与纳米颗粒进行融合或包被，能够继承原始细胞膜的表面蛋白和脂质成分，从而赋予纳米颗粒新的生物功能，如靶向归巢能力。这种策略不仅能够帮助纳米颗粒穿越生物屏障，还能在靶部位有效积累，而不会影响其载药能力。近年来，研究人员开始尝试使用细菌外泌体（BEVs）来修饰纳米颗粒，以实现对特定肠道菌群的靶向调控。

本研究聚焦于利用miRNA负载的膜仿生纳米颗粒，通过靶向调控肠道中的共生菌株乳酸杆菌（LGG）来改善IBD。研究人员首先筛选出具有最佳细菌摄取效率的纳米颗粒（LNPs），通过调整颗粒大小和表面电荷来优化其在肠道中的表现。实验结果显示，200纳米大小且带有正电荷的LNPs在LGG摄取方面表现最佳。接下来，研究人员将这些LNPs与LGG的BEVs进行融合，形成具有靶向能力的BEV-LNPs。通过纳米颗粒追踪分析（NTA）和透射电镜（TEM）等手段，研究人员验证了BEV-LNPs的形态特征，并发现其在肠道环境中的稳定性显著优于传统的LNPs。

在体外实验中，研究人员测试了BEV-LNPs对LGG和大肠杆菌（EcN）的靶向摄取能力。结果显示，BEV-LNPs对LGG具有更高的摄取效率，而对EcN的摄取则相对较低。这表明，BEV-LNPs的靶向能力主要来源于LGG的细胞膜成分，使其能够特异性地与LGG结合并进入其细胞内部。通过荧光共振能量转移（FRET）实验进一步验证了这一现象，结果显示，BEV-LNPs在LGG中的摄取显著提高了miRNA的递送效率，进而促进了I3A的生成。

在体内实验中，研究人员评估了BEV-LNPs在模拟胃肠道环境中的稳定性。实验结果表明，尽管在胃液和肠液中BEV-LNPs的大小和电荷有所变化，但在模拟结肠液中，其结构和功能保持相对稳定。此外，研究人员还通过活体成像技术观察了BEV-LNPs在小鼠体内的分布情况，发现其在肠道中的保留时间较长，且没有在主要器官中检测到异常的荧光信号，这表明其在体内的安全性较高。

为了进一步验证BEV-LNPs的治疗效果，研究人员在两种IBD模型中进行了实验。第一种是使用葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的急性结肠炎模型，第二种是使用IL-10缺陷型小鼠诱导的慢性结肠炎模型。在急性结肠炎模型中，BEV-LNPs与5-ASA联合使用，显著改善了小鼠的体重变化、结肠长度和组织病理学表现，同时促进了I3A的生成和促炎性细胞因子的减少。在慢性结肠炎模型中，BEV-LNPs同样表现出良好的治疗效果，不仅改善了肠道屏障功能，还提高了有益菌群的丰度和多样性。

此外，研究人员还通过16S rRNA基因测序分析了不同治疗组的肠道微生物群组成。结果显示，BEV-LNPs显著增加了LGG和乳酸杆菌的相对丰度，同时改善了肠道微生物群的多样性。这些变化进一步支持了BEV-LNP在调节肠道菌群方面的潜力。值得注意的是，I3A作为色氨酸代谢产物，能够激活芳香烃受体（AhR），从而促进IL-22的产生，IL-22在维持肠道上皮完整性、增强抗炎反应和促进黏膜修复方面具有重要作用。因此，通过增加I3A的水平，BEV-LNPs能够有效改善肠道炎症，增强宿主的免疫调节能力。

为了确保BEV-LNPs的安全性，研究人员还进行了短期毒理学评估。结果显示，与磷酸盐缓冲液（PBS）对照组相比，BEV-LNPs组的小鼠在肝肾功能指标上没有显著差异，且主要器官的组织学检查未发现明显的损伤或炎症，表明该递送系统在体内具有良好的生物相容性和安全性。这些结果不仅验证了BEV-LNPs在IBD治疗中的有效性，也为其未来在临床中的应用提供了理论支持。

综上所述，本研究开发了一种新型的膜仿生纳米递送系统，通过将miRNA负载到LGG的BEVs中，实现了对肠道菌群的精准调控。该系统在体外和体内均表现出良好的靶向性和稳定性，能够有效提高miRNA的递送效率，促进I3A的生成，并改善肠道屏障功能和免疫反应。与传统的治疗手段相比，BEV-LNPs不仅能够增强5-ASA的治疗效果，还能减少其副作用，提高IBD治疗的整体效果。此外，该递送系统在生物安全性方面也表现出色，为IBD的治疗提供了一种新的策略。未来，随着对肠道微生物群调控机制的进一步研究，这种基于纳米技术的治疗方法有望在更多消化系统疾病中得到应用。