《Microorganisms》：Engineered Micro- and Nanoscale Delivery Platforms for Irritable Bowel Syndrome: Microbiota–Mucosal Immune Interactions and Translational Evidence
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肠易激综合征（IBS）是一种以反复腹痛和排便习惯改变为特征的肠脑互动障碍。肠道微生物及其代谢物、上皮屏障、黏膜免疫和肠脑信号之间的相互作用为理解该疾病的异质性提供了重要见解。工程化的微米级和纳米级载体可提高口服生物活性制剂的稳定性，促进其在肠道局部的递送，并通
肠易激综合征（IBS）是一种以反复腹痛和排便习惯改变为特征的肠脑互动障碍。肠道微生物及其代谢物、上皮屏障、黏膜免疫和肠脑信号之间的相互作用为理解该疾病的异质性提供了重要见解。工程化的微米级和纳米级载体可提高口服生物活性制剂的稳定性，促进其在肠道局部的递送，并通过保护活体微生物、递送微生物代谢物或直接调控宿主细胞来调节相关的病理过程。本综述探讨了菌群-免疫相互作用的主要机制，并总结了结肠靶向递送、益生菌保护性载体、植物源性囊泡样制剂以及基于微藻的杂合系统方面的进展。研究进一步讨论了不同临床亚型的生物学特征以及关键的转化挑战，包括安全性、质量控制和治疗效果的严格验证。特别地，将来自直接针对IBS研究的证据与基于症状模型、其他疾病模型及基础机制实验的发现进行了区分。
2. IBS中菌群-免疫相互作用的分子网络
肠道菌群的改变与宿主免疫反应在IBS中存在双向关联。主要细菌门包括Bacillota、Bacteroidota、Actinomycetota、Pseudomonadota和Verrucomicrobiota。它们的代谢相互作用和定植抗性有助于维持黏膜稳态。微生物代谢产物可影响上皮细胞、固有免疫细胞和肠神经系统；反之，黏膜炎症、通透性增加和动力改变也可重塑局部微生物栖息地。短链脂肪酸（SCFA）依赖的表观遗传和受体介导的信号传导、对微生物成分的固有识别以及肥大细胞相关的神经元敏化代表了不同但相互关联的过程。群落组成、基因组潜能、代谢活性和测得的代谢物水平是不同的特征，粪便相对丰度本身无法确定黏膜功能或因果方向。因此，纳米载体的效应应结合其初级接触位点、货物释放曲线和宿主组织反应来解释。
2.1 微生物与代谢失调、免疫信号传导与IBS
在IBS-D中，Ruminococcus gnavus的富集与胺代谢和血清素生物合成的改变有关。丁酸盐通过促进结肠调节性T细胞分化发挥作用，而微生物来源的SCFA可通过修饰组蛋白去巴豆酰化酶相关活性影响上皮染色质修饰和基因调控。丁酸盐的作用具有剂量、细胞和疾病背景依赖性。G蛋白偶联受体109A（GPR109A）和游离脂肪酸受体2（FFAR2）介导的免疫调节在非IBS的肠道炎症模型中具有实验支持。黏膜抗原暴露和微生物代谢产物可能塑造调节性T细胞和辅助性T细胞17相关应答。白细胞介素-10（IL-10）和转化生长因子β参与调节信号传导，而白细胞介素-1β、IL-6、IL-17、IL-22和肿瘤坏死因子α则参与背景依赖性的炎症或上皮防御反应。微生物胺类、胆汁酸和5-羟色胺也可能连接肠嗜铬细胞、局部免疫和感觉传入纤维。T细胞的变化必须结合所研究的人群、黏膜采样部位和实验结果来解释。人类黏膜研究已将肥大细胞与神经末梢的接近程度与腹痛联系起来，这表明神经免疫界面参与了症状表达。Toll样受体4（TLR4）和核因子κB（NF-κB）参与微生物感知和炎症信号放大。蛋白酶激活受体2（PAR2）依赖的感觉神经元激活为微生物蛋白酶与内脏伤害感受之间的联系提供了实验支持。
2.2 上皮屏障破坏与炎症反馈
肠道上皮屏障由黏液层、上皮细胞和黏膜免疫成分组成。分泌型免疫球蛋白A（sIgA）有助于管腔免疫排除和黏膜稳态。在一些IBS患者中观察到紧密连接蛋白丰度或连接定位的改变以及肠道通透性增加，但其程度和分布存在异质性。提出的机制包括SCFA依赖的上皮能量供应不足、脂多糖（LPS）-TLR4-髓样分化初级反应蛋白88（MyD88）-肌球蛋白轻链激酶（MLCK）信号传导，以及与黏液降解细菌相关的酶活性。屏障通透性增加可能促进黏膜免疫细胞暴露于微生物产物，从而增强NF-κB相关信号传导和细胞因子释放。此类过程可能建立自我强化的屏障-炎症循环，但目前证据不支持IBS中存在普遍或固定的因果序列。人类研究支持部分患者存在低度黏膜免疫激活和肥大细胞相关改变，而巨噬细胞极化和NLR家族含pyrin结构域蛋白3（NLRP3）的具体贡献需要将直接针对IBS的发现与感染后、炎症后及其他肠道疾病模型的发现清晰区分。肥大细胞与黏膜神经末梢的接近及其介质的释放与腹痛和通透性异常有关。
2.3 沿肠脑轴的神经免疫通讯
心理应激可能通过神经内分泌、免疫和微生物代谢途径调节IBS症状。实验证据表明，促肾上腺皮质激素释放激素（CRH）及其受体1可影响结肠上皮线粒体活性和局部氧环境，从而改变微生物生态。迷走神经信号传导、炎症介质和微生物代谢物构成了潜在的外周至中枢通讯通路。肠道神经免疫界面可能与腹痛特别相关。在患者中，活化肥大细胞与神经纤维的接近程度与疼痛严重程度相关，而肥大细胞介质和蛋白酶可作用于外周感觉末梢并促进伤害性传递。神经肽在神经元、免疫细胞和微生物之间的信号传导中发挥作用，其效应强烈依赖于肽的身份和实验背景。这些发现确定了可检验的神经免疫节点，但它们对人类IBS的贡献和治疗可行性仍有待确定。
3. 靶向菌群-免疫通路的微纳递送策略
根据主要工程目标和初始作用位点，相关方法可分为结肠定位递送、活微生物的保护性递送、天然来源纳米颗粒和后生元递送，以及基于微藻的杂合体。这种分类反映了不同的平台设计，而非等同的证据水平。
3.1 结肠靶向递送与菌群-免疫调节
结肠靶向递送是口服纳米医学的一个主要目标，但它必须与穿过肠上皮并靶向肠外组织的口服方法区分开来。pH响应性聚合物如Eudragit可能利用区域性胃肠pH差异延迟货物释放，但pH值、转运时间和疾病状态的个体间差异会影响实际靶向效果。一项关于特定壳聚糖纳米颗粒制剂的口服胰岛素研究发现，在实验模型中，该制剂引起短暂的紧密连接开放，而未伴随LPS吸收的增加。Li等人报道了Apt-CS@CHA CNs在IBS-D小鼠模型中的炎症部位积聚、活性氧清除、炎症标志物改变以及菌群相关效应。由于材料、模型和检测方法的差异，目前无法指定通用的最佳粒径、聚乙二醇表面密度或释放曲线。
3.2 活益生菌的保护性递送与免疫效应
活体生物治疗药物的有效肠道暴露受到胃酸、胆汁盐、消化酶和宿主定植抗性的限制。多糖、蛋白质和复合微凝胶可物理屏蔽细菌免受胃肠应激，同时改变它们靠近黏膜表面的驻留。Wu等人使用Janus纳米粘土微凝胶递送Pediococcus pentosaceus Li05，并在IBS-D大鼠模型中观察到腹泻相关表型、炎症标志物和屏障相关指标的改善。由于蒙脱石等载体本身可以吸附管腔分子，观察到的效应可能源于增加的细菌暴露和固有的载体活性。因此，应比较游离细菌、空白载体和完整制剂，并且细菌存活率应与宿主症状结果分开报告。
3.3 后生元和天然纳米颗粒的免疫调节
后生元和天然来源纳米颗粒可以递送微生物代谢物或植物源生物活性成分，无需活生物体的持续定植。Gong等人报道，平均直径为165-168 nm的茶来源囊泡样颗粒在水回避应激大鼠模型中减轻了内脏超敏反应并改变了屏障和CRH/R1相关指标。与这些临床前囊泡制剂不同，一种结合了微囊化丁酸盐、益生菌和短链低聚果糖的制剂已在IBS患者中进行评估，并改善了部分症状。关于天然来源纳米载体的其他证据主要仍处于临床前阶段。一项独立研究使用纳米载体将AZ3451递送至细胞内涵体，并在与炎症性肠病相关的临床前模型中实现了持久的镇痛效果。关于临床微囊化证据，一项涉及66名患者的随机试验报告称，辅助性微囊化丁酸钠减少了部分症状频率，但对整体严重程度的影响有限。在一项120名患者参与的随机双盲安慰剂对照试验中，联合丁酸盐制剂在某些总体改善指标上优于安慰剂，而IBS症状严重程度和生活质量的差异并不一致。
3.4 基于微藻的杂合系统：肠道滞留、货物递送与微生物功能重塑
基于微藻的杂合体不仅仅是将纳米药物附着到藻类细胞上；它们利用藻类的形态、表面界面和黏膜接触来重新分布口服制剂在肠道内的位置。Ye等人开发了一种螺旋藻-脂质纳米系统以改善丹参酮IIA等难溶性药物的口服递送，并在IBS-D相关临床前模型中报告了药代动力学和症状相关指标的改善。SP@MYnn平台则强调与肠绒毛的局部接触和多阶段微生物组调节。一项IBS-D小鼠研究报告了微生物组成、SCFA相关指标和肠脑相关表型的变化，并使用了游离脂肪酸受体2（FFAR2）基因敲除实验来检查受体参与情况。与终点相关性相比，受体缺失加强了下游信号传导必要性的证据；然而，它并未独立解开物理滞留、微生物代谢和直接宿主反应作为初始机制的关系。不同于主要用于增加细菌存活的保护性微凝胶，微藻杂合体将结构定位与货物递送相结合。现有的SP@TIIAn和SP@MYnn研究分别侧重于药物暴露-动物表型关系和微生物代谢-受体机制，这些证据不应被视为可互换的。未来的核心目标是证明每个新增的功能模块都能带来可重复且可归因的治疗益处。
4. IBS亚型的菌群-免疫特征与差异化干预
尽管IBS的排便习惯亚型在临床上可区分，但在独立队列中尚未建立足够特异且可重复的菌群-免疫分子特征。IBS-D的研究集中于生物胺、血清素、胆汁酸和黏膜免疫；IBS-C的研究关注产甲烷作用和转运；IBS-M的研究则强调症状和代谢的时间变化。这些观察提出了分层假设，而非每种亚型特有的共同因果机制。粪便模式分类在临床上仍然有用，但不能完全捕捉疼痛、食物相关症状、心理社会因素和微生物代谢的异质性。
4.1 IBS-D：候选菌群-血清素-炎症网络
Zhai等人发现，Ruminococcus gnavus可以通过色氨酸和苯丙氨酸代谢产生色胺和苯乙胺，通过痕量胺相关受体1相关机制促进肠嗜铬细胞的血清素生物合成，并改变实验模型中的肠道功能。胆汁酸-G蛋白偶联胆汁酸受体1信号传导也可能影响血清素释放、运动和感觉神经元敏感性。这些发现提名了血清素相关、炎症和PAR2介导的伤害感受通路作为潜在的干预靶点，但其支持证据的成熟度不同。Apt-CS@CHA CNs和Janus微凝胶已在IBS-D动物模型中进行评估，而内涵体PAR2靶向纳米颗粒主要在炎症性肠病相关模型而非人类IBS中显示出更持久的临床前镇痛效果。
4.2 IBS-C：产甲烷活性与肠道动力
在部分便秘型IBS患者中观察到呼气甲烷升高。实验性小肠甲烷灌注和人体运动研究表明，甲烷暴露可能影响小肠转运和收缩活动。与IBS-D相比，针对IBS-C的纳米递送策略的直接证据很少。结肠靶向制剂或针对微生物代谢的干预措施的潜在适应性应作为研究方向提出，而非已建立的亚型特异性治疗方法。
4.3 IBS-M：症状波动与代谢异质性
IBS-M的特点是随时间交替出现腹泻和便秘；单次粪便样本可能无法代表个体不断变化的微生物和代谢状态。通过宿主和微生物途径，色氨酸参与血清素、犬尿氨酸和吲哚代谢，产生对神经元、上皮和免疫过程具有多种影响的化合物。纵向多组学研究已识别出IBS患者亚群中随时间变化的宿主-微生物群功能关联。这些发现支持根据症状阶段进行重复采样，但当前的预测性能不足以指导治疗分配。
5. 临床转化：机遇与挑战
微纳递送平台为改善局部暴露、保持活微生物活性或调节宿主信号提供了手段，为机制引导的IBS干预奠定了技术基础。然而，临床可转化性不能从材料特性或孤立的动物终点推断出来。它取决于将候选机制与患者表型匹配，并在局部暴露、有意义的治疗获益和长期安全性之间建立连续的证据联系。
5.1 机制指导的表型分型与候选制剂选择
临床转化应从与患者相关的症状和可行的机制假说开始，而不是仅根据IBS-D、IBS-C或IBS-M标签分配纳米药物。研究分层应首先使用标准化的腹痛、腹胀、粪便稠度和症状轨迹测量，仅为特定假说添加经过分析验证的代谢、动力或黏膜免疫标志物。新型生物标志物在被引入临床决策之前，应证明其预测价值超越传统的基于症状的分类。
5.2 证据缺口、生态安全性与质量控制
临床转化的第一个障碍是证据链的不连续性。大多数平台已在动物中使用炎症细胞因子、微生物丰度、屏障蛋白或内脏敏感性作为终点进行评估。这些测量捕获了选定的病理生理过程，但不能替代疼痛、排便习惯和整体症状的临床有意义改善。第二个主要障碍涉及重复口服暴露期间的物料毒理学和生态安全性。肠道降解、冠形成、黏液穿透和全身吸收可能随粒径、电荷和疾病状态而变化。第三个障碍是制剂质量与体内靶向之间关系的可重复性有限。批次依赖的粒径分布、表面化学、载药量、释放曲线和活生物体效力可能影响暴露。第四个挑战涉及模型、宿主背景和分析流程的可比性。压力、炎症、腹泻和内脏疼痛模型各自只再现了IBS的选定特征。一个连贯的转化路径应首先展示可重复的制剂质量和靶位暴露，然后使用充分的对照归因微生物或宿主机制，最后确立以患者为中心的症状改善和长期生态安全性。
