基因工程改造的沙门氏菌通过FGFR1/AMPK/mTOR通路递送FGF21促进缺血性脑卒中神经功能恢复

本研究针对缺血性脑卒中(IS)治疗中药物递送效率低下的难题，创新性地构建了减毒发光型鼠伤寒沙门氏菌(S.t-△pG)载体，通过L-阿拉伯糖诱导系统持续分泌功能性FGF21。实验证实该菌株可特异性定植梗死周边区域，显著改善神经功能缺损(48%)并缩小梗死体积(46%)，其机制是通过激活神经元FGFR1/AMPK/mTOR通路增强自噬。该研究为缺血性卒中提供了兼具靶向性和长效性的新型生物治疗策略。

　　

在脑血管疾病领域，缺血性脑卒中(Ischemic Stroke, IS)始终是导致死亡和残疾的首要原因。尽管溶栓等再灌注治疗能挽救部分缺血半暗带，但血脑屏障(Blood-Brain Barrier, BBB)的存在使超过98%的神经保护药物难以到达病灶，加之药物半衰期短需反复给药，临床疗效长期受限。传统纳米载体存在负载量低、靶向性差等问题，而病毒载体又面临免疫原性风险。面对这一困境，温州医科大学附属第一医院的研究团队独辟蹊径，从细菌疗法的创新角度出发，在《Journal of Neuroinflammation》发表了突破性研究成果。

研究团队基于合成生物学策略，将目光投向具有天然缺血组织趋向性的减毒鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella typhimurium, S.t)。通过基因工程改造，构建了携带L-阿拉伯糖诱导型pBAD表达系统的S.t-△pGlux菌株，使其能持续分泌具有神经保护作用的内分泌激素FGF21(Fibroblast Growth Factor 21)。这种"细菌快递员"巧妙结合了微生物的缺氧靶向优势与生长因子的治疗潜力，为卒中治疗提供了全新思路。

研究采用多学科技术联合作战：通过生物发光成像实时追踪细菌在dMCAO(远端大脑中动脉闭塞)模型小鼠脑内的时空分布；利用氧糖剥夺(OGD)体外模拟缺血损伤；结合TTC染色、TUNEL标记和mNSS评分系统评估治疗效果；采用免疫荧光和Western blot解析FGFR1/AMPK/mTOR信号通路机制；最后通过CD3/CD68免疫组化、血清细胞因子谱和肝肾病理全面验证生物安全性。

1. 沙门氏菌靶向定植脑梗死区域
通过整合lux操纵子构建的自发光菌株S.t-△pGlux，在体成像显示细菌注射后1天即可穿越血脑屏障，5天时梗死区生物发光信号达到峰值，14天基本清除。免疫荧光证实细菌仅聚集于梗死周边，与健康组织泾渭分明。

2. FGF21工程菌的构建与功能验证
将FGF21基因与PelB穿膜肽融合克隆至pBAD载体，经L-阿拉伯糖诱导后，22kDa的FGF21蛋白在菌体沉淀和上清中均显著表达。葡萄糖摄取实验证实细菌分泌的FGF21能增强GLUT1转录，6小时内使血糖降低33.75%，验证了其代谢活性。

3. 显著改善神经功能与梗死体积
诱导组血清FGF21水平在第5天仍维持1.4倍升高，较单次注射组展现持续优势。治疗14天后，mNSS评分改善48%，Rotarod测试潜伏期延长2.3倍，急性期(5天)和慢性期(28天)梗死体积分别减少46%和43%，证实长效治疗优势。

4. 抑制神经元凋亡的机制解析
TUNEL/NeuN双标显示诱导组凋亡率降至13.22%(模型组33.12%)。Western blot显示Bax和cleaved-Caspase3表达降低，Bcl-2保持稳定。关键发现是细菌分泌的FGF21通过神经元表面FGFR1受体激活AMPK/mTOR通路：磷酸化AMPK增加2.1倍，p-mTOR降低38%，伴随LC3-II/I比值升高和p62降解，而自噬抑制剂3-MA可完全逆转这种保护作用。

5. 长期生物安全性验证
尽管急性期(24h)CD3⁺ T细胞和CD68⁺巨噬细胞浸润短暂增加，但14天时炎症指标均恢复正常。肝肾功能指标(ALT/AST、BUN/CREA)始终在正常范围，H&E染色未发现组织结构异常，证实减毒菌株的安全性。

这项研究开创性地建立了"细菌-蛋白"协同治疗新模式：减毒沙门氏菌作为智能递送平台解决靶向难题，FGF21通过FGFR1/AMPK/mTOR通路激发内源性神经保护机制。相较于传统方法，该策略具有三大突破：跨越血脑屏障的精准递送、持续稳定的药物释放、多重神经保护机制的协同激活。尤为重要的是，研究证实工程菌不会侵入神经元，而是通过旁分泌方式发挥作用，这为细菌疗法的安全性提供了关键证据。

未来研究可进一步优化诱导系统，探索与其他神经保护因子(如BDNF)的联合表达，并开发可控清除技术。该成果不仅为缺血性卒中提供了变革性治疗策略，其技术平台还可拓展至其他中枢神经系统疾病，如阿尔茨海默病和创伤性脑损伤，展现出广阔的临床转化前景。正如研究者强调的，这种"活体药物工厂"概念或将重新定义生物制剂在神经疾病领域的应用范式。