工程益生菌重塑肠道上皮屏障,助力炎症性肠病细菌疗法新突破

【字体: 时间:2025年04月22日 来源:Acta Biomaterialia 9.4

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  炎症性肠病(IBDs)常伴有上皮屏障受损和肠道菌群失调。研究人员开发 ZI@EcN 平台,将锌(Zn)和吲哚 - 3 - 甲醇(I3C)靶向输送至结肠组织。结果显示该平台能修复上皮屏障、调节菌群,在小鼠结肠炎模型中疗效显著且安全,为 IBDs 治疗带来新希望。

  在人体的肠道中,有一层像城墙一样的肠道上皮细胞,它们紧密排列,守护着肠道的健康。这层 “城墙” 一旦出现破损,就如同城墙有了缺口,各种毒素和病原体便会趁虚而入,引发一系列的健康问题,其中炎症性肠病(IBDs)就是肠道上皮屏障受损后常见的 “麻烦” 之一。目前,针对 IBDs 的治疗手段虽然能缓解症状,但却难以让受损的肠道上皮屏障恢复如初,这就导致病情容易反复,患者苦不堪言。为了解决这一棘手问题,中国海洋大学的研究人员开展了一项极具意义的研究,相关成果发表在《Acta Biomaterialia》上。
研究人员发现,来自饮食的锌(Zn)和吲哚 - 3 - 甲醇(I3C)对修复肠道上皮屏障有着独特的协同作用。于是,他们精心打造了一个名为 ZI@EcN 的平台,这个平台就像是一个智能 “快递员”,能把 Zn 和 I3C 精准地送到结肠组织,并让它们持续释放发挥作用。同时,这个平台还利用了大肠杆菌 Nissle 1917(EcN)的特性,EcN 就像一个 “地头蛇”,能在肠道里扎根,这样就能延长 Zn 和 I3C 在肠道的停留时间,更好地修复肠道上皮屏障。不仅如此,EcN 还能调节肠道菌群,增加有益菌,减少有害菌,改善肠道微环境。在葡聚糖硫酸钠(DSS)诱导的小鼠结肠炎模型实验中,ZI@EcN 展现出了强大的预防和治疗效果,而且安全性极高,这为 IBDs 的临床治疗带来了新的希望。

在研究过程中,研究人员运用了多种关键技术。首先,通过体外细胞实验筛选出 Zn 和 I3C 促进结肠细胞增殖的最佳浓度;然后采用一锅组装法制备了能同时持续释放 Zn 和 I3C 的 ZI 平台;最后利用 C18 - PEG - 苯基硼酸(C18 - PEG - PBA)连接子将 ZI 共轭到 EcN 表面,构建出 ZI@EcN 平台,并在小鼠结肠炎模型上进行药效验证 。

下面来详细看看研究结果。在 “Combined treatment of I3C and Zn improves epithelial barrier functions in Caco - 2 cells” 部分,研究人员在体外对 Zn 和 I3C 浓度进行筛选,发现 10 μM 的 Zn 和 100 nM 的 I3C 能促进结肠细胞生长,并且二者联合使用时,能显著提高肠道上皮屏障功能。这表明这两种物质在改善肠道上皮屏障方面具有协同效应。

在整体实验中,ZI@EcN 平台展现出了出色的效果。一方面,由于 EcN 的结肠定植能力,ZI@EcN 能有效将 ZI 输送到结肠组织,并延长其在肠道的保留时间,进而促进 Zn 和 I3C 的持续释放,实现对上皮屏障的持续修复。修复后的肠道上皮屏障就像重新坚固起来的城墙,能阻止毒素和病原体的入侵,显著减轻结肠组织的炎症。另一方面,EcN 发挥了调节肠道菌群的作用,使肠道微生物群落的丰富度和多样性得到提升,有益菌的数量增加,有害菌的数量减少,让肠道菌群重新回到平衡状态。在 DSS 诱导的小鼠结肠炎模型中,ZI@EcN 无论是在预防还是治疗方面都表现优异,而且安全性良好,这充分证明了它在治疗 IBDs 方面的巨大潜力。

综合研究结论和讨论部分,这项研究意义重大。它首次揭示了 Zn 和 I3C 修复肠道上皮屏障的协同效应,并成功开发出 ZI@EcN 平台。这个平台不仅解决了传统治疗无法有效修复肠道上皮屏障的难题,还能调节肠道菌群,从多个方面促进肠道微环境的恢复。这一成果为 IBDs 的治疗提供了全新的策略和方法,有望在未来的临床治疗中发挥重要作用,为广大 IBDs 患者带来新的曙光。

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