交替磁场响应型工程化益生菌通过肠-脑轴调控实现焦虑治疗新策略

本研究针对焦虑症治疗需求，创新性地构建了EcN-GadABC@Fe3O4-NE工程菌系统，通过AMF（交替磁场）触发GABA释放抑制迷走神经传入，同时调节肠道菌群稳态。该研究为精神疾病治疗提供了非侵入性、精准调控的肠道靶向干预新方案。

　　

焦虑症困扰全球超3亿人，传统药物治疗存在副作用大、靶向性差等局限。近年研究发现，肠道微生物通过迷走神经与大脑形成双向沟通的"肠-脑轴"，其中80%迷走神经纤维是传入神经，成为干预焦虑的新靶点。然而，如何实现肠道菌群的精准调控仍是重大挑战。

山东微生态生物医学山东省实验室的研究团队在《Journal of Nanobiotechnology》发表创新成果，开发出磁响应型工程益生菌系统。通过将温度敏感型GABA合成基因（gadA/B/C）导入大肠杆菌Nissle 1917（EcN），表面组装Fe₃O₄纳米颗粒作为磁热转换器，并包裹聚去甲肾上腺素（poly-NE）保护层，构建出EcN-GadABC@Fe-NE系统。该系统在310 kHz/16.8 kA·m^-1 AMF刺激下可精准释放GABA，通过抑制迷走神经传入降低NTS和LC脑区神经元活性，同时调节肠道菌群组成，在小鼠模型中展现出显著抗焦虑效果。

关键技术包括：1）温度敏感型质粒pBV220-pRpL-GadABC构建；2）Fe₃O₄纳米颗粒细菌表面组装；3）poly-NE包被增强胃酸抗性和黏膜粘附；4）化学遗传学（DREADD）验证迷走神经通路；5）16S rRNA测序分析菌群变化。使用SPF级C57BL/6N雄性小鼠建立束缚应激模型。

【Construction and characterization of the thermal-sensitive probiotic】
通过温度敏感型启动子pRpL调控gadA/B/C表达，42℃时EcN-GadABC的GABA产量较野生型提高3倍（图2G）。GFP报告系统证实温度升高与基因表达呈正相关（图2C-E）。

【Assembly of the thermal switch to the EcN-GadABC】
Fe₃O₄通过酰胺缩合锚定菌体表面（图3B），AMF刺激使悬浮液升温5-7℃（图3D），6次循环保持稳定（图3E）。红外成像显示AMF可特异性加热肠道区域（图3I）。

【Encapsulation of protective and adhesive layer】
poly-NE涂层使EcN@Fe-NE在模拟胃液中的存活率提高50%（图4E），肠道荧光信号持续时间延长至24小时（图4J-M），证实其增强黏膜粘附的特性。

【Alleviation of anxiety-like behaviors】
在OFT、EPM和LDB行为测试中，EcN-GABA组小鼠中心区域停留时间增加40%（图5B），开放臂探索时间延长2倍（图5C）。免疫荧光显示NTS区c-Fos⁺细胞减少35%，LC区TH⁺/c-Fos⁺神经元降低50%（图5F）。

【Anxiolytic effects through inhibiting Gastrointestinal vagal afferent】
化学遗传激活迷走神经元（AAV2/9-DIO-hM3D-mCherry）可逆转抗焦虑效应（图6C-E），口服GABA_B受体拮抗剂CGP35348部分阻断疗效，证实迷走传入通路的关键作用。

【Modulation of gut microbiota】
EcN-GadABC@Fe-NE使乳酸菌属相对丰度提升8倍（图7D），Alistipes和Desulfovibrio减少60%。抗生素预处理部分消除行为改善，提示菌群调节与神经调控的双重机制。

该研究开创性地将纳米材料与合成生物学结合，实现三大突破：1）首次建立AMF远程调控的活菌给药系统；2）揭示迷走神经-GABA_B受体-NTS/LC通路在菌群抗焦虑中的作用机制；3）开发兼具神经调控和菌群调节功能的"双效"生物疗法。这种非侵入、可编程的治疗策略，为抑郁症、肠易激综合征等肠-脑共病提供新思路，推动微生态制药领域的发展。