新型益生菌纳米复合材料：治疗小鼠结肠炎的新希望

为解决炎症性肠病（IBD）治疗难题，研究人员制备益生菌纳米复合材料，显著缓解小鼠结肠炎症状。

　　炎症性肠病（Inflammatory Bowel Disease，IBD），这个名字听起来或许有些陌生，但它却实实在在地影响着许多人的生活。它是一种发生在胃肠道的慢性炎症性疾病，包括溃疡性结肠炎（Ulcerative Colitis，UC）和克罗恩病（Crohn’s Disease，CD） ，更严重的是，它还可能诱发致命的结直肠癌。想象一下，肠道内持续的炎症，就像一场无法熄灭的小火，不断侵蚀着肠道的健康，不仅影响营养吸收，还会带来各种不适。

目前，IBD 的临床治疗面临诸多困境。现有的治疗药物，如 5 - 氨基水杨酸（5-ASA）、皮质类固醇、免疫抑制剂和抗生素等，虽然能通过抑制肠道炎症缓解症状，但长期使用会因缺乏靶向性产生潜在的全身副作用，而且这些药物往往只能针对 IBD 的单一触发因素，无法同时解决活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS）过度产生和肠道菌群失衡等关键问题。

口服益生菌疗法为 IBD 治疗带来了新的希望，它可以调节肠道菌群平衡、促进肠道黏膜修复。然而，益生菌在胃肠道中要面临胃酸和消化酶的 “攻击”，导致其生物利用度低、对结肠炎的靶向性差、治疗效果不佳。因此，开发一种能赋予益生菌额外抗炎、抗氧化特性，并增强其对发炎肠道靶向性的策略迫在眉睫。

在这样的背景下，湖南农业大学生物科学与生物技术学院的研究人员开展了一项重要研究，相关成果发表在《Journal of Nanobiotechnology》上。

研究人员用到的主要关键技术方法包括：通过多种表征技术，如扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）等对制备的材料进行结构和性能分析；采用体外实验，如抑菌实验、ROS/RNS 清除能力实验等评估材料的功能；构建小鼠结肠炎模型，进行体内靶向性、生物安全性和治疗效果的研究；利用 16S 核糖体 RNA（16S rRNA）测序分析肠道菌群变化，通过转录组分析探索潜在分子机制。

下面来看看具体的研究结果：

1. 材料的制备与表征：研究人员选用被美国食品药品监督管理局（FDA）认定为 “一般公认安全” 的凝结芽孢杆菌（Bacillus coagulans，BC）的孢子，将其与天然抗炎抗氧化分子迷迭香酸（Rosmarinic Acid，RA）和生物相容性良好的丝素蛋白（Silk Fibroin，SF）进行复合。一系列表征结果显示，RA 和 SF 成功包裹在 BC 孢子表面，且该过程对孢子生长无显著影响。
2. 体外功能评估：在体外实验中，这种益生菌复合材料展现出良好的性能。它能抑制大肠杆菌 DH5α 的生长，通过消耗培养基中的溶解氧来营造缺氧环境，抑制有害菌生长。同时，该材料对多种 ROS/RNS，如超氧阴离子自由基（O2?）、过氧化氢（H2O2）、ABTS、DPPH 和 PTIO 等具有高效的清除能力。在模拟胃肠道环境实验中，复合材料能保持良好的胃肠道耐受性，且 SF 的包裹保护了 RA 的 ROS/RNS 清除能力。
3. 体内靶向性和生物安全性：通过给健康小鼠和 DSS 诱导的结肠炎小鼠口服 FITC 标记的材料，研究发现该益生菌复合材料对发炎的结肠具有靶向性。生物安全性评估表明，它对健康小鼠无明显毒副作用，不会导致体重下降，对主要器官也无损伤。
4. 治疗小鼠结肠炎的疗效：在 DSS 诱导的结肠炎小鼠模型中，益生菌复合材料展现出显著的治疗效果。它能明显缓解小鼠体重下降、疾病活动指数（DAI）增加、结肠缩短和病变等症状，有效减轻结肠上皮的病理损伤，降低髓过氧化物酶（MPO）活性，缓解氧化应激，修复肠道屏障，调节炎症因子水平，减少促炎因子 TNF-α 和 IL-6 的表达，增加抗炎因子 IL-4 和 IL-10 的表达。
5. 对肠道菌群的调节作用：16S rRNA 测序分析显示，益生菌复合材料能显著恢复结肠炎小鼠紊乱的肠道菌群。它增加了有益菌如厚壁菌门（Firmicutes）、Muribaculaceae、Lachnospiraceae、Akkermansia 和 Lachnospiraceae_NK4A136_group 的相对丰度，减少了有害菌如变形菌门（Proteobacteria）和 Escherichia_Shigella 的相对丰度。
6. 潜在的信号通路：转录组分析表明，益生菌复合材料可能通过下调多种促炎细胞因子和趋化因子的转录水平来缓解结肠炎。它抑制了炎症相关信号通路，如 PI3K-Akt 信号通路、MAPK 信号通路和 AGE-RAGE 信号通路，其中 Mmp9 基因在抗炎治疗中可能具有重要意义。

研究结论和讨论部分指出，该研究成功制备了由 RA 和 SF 包裹的益生菌 BC 孢子复合材料，有效治疗了 DSS 诱导的小鼠结肠炎。这种复合材料不仅能高效清除 ROS/RNS，还能调节肠道菌群、抑制炎症反应。同时，SF 的加入提高了益生菌的靶向性和口服生物利用度，且对健康小鼠无不良影响。然而，研究也存在一些局限性，如缺乏对 BC 的长期荧光标记方法，无法确定纳米涂层是否能有效延长其在发炎肠道的定植时间，且未对益生菌复合材料的长期生物安全性和治疗分子机制进行深入探索。

尽管如此，这项研究仍为未来 IBD 的微生物治疗开辟了新途径，有望推动益生菌疗法在 IBD 临床治疗中的应用。