《Journal of Nanotechnology》：Tripartite Innovations in Precision Therapeutics: Synergistic Potential of Plant Endophytes, Gut Microbiota, and Nanomaterials
微生物学与纳米技术的融合正在通过实现精准、可持续和个性化的医学干预重新定义现代治疗学。内生菌——植物相关微生物——已成为绿色合成纳米材料的高效生物工厂，为生产具有增强治疗功能的纳米颗粒提供了环境友好的途径。与此同时，肠道菌群（GM）已被认识为宿主代谢、免疫调节和疾病易感性的中心调节者，使其成为治疗效果的关键决定因素。纳米材料作为连接这些生物系统的动态界面，增强内生菌来源生物活性化合物的稳定性、生物利用度和靶向递送，从而最大化其临床疗效。除递送之外，纳米材料还与肠道微生物群落相互作用，促进微生物生物转化、代谢富集和酶能力的扩展。这种纳米材料、内生菌和肠道菌群之间的三向互作强化了抗菌策略、促进了免疫调节，并通过精准塑造微生物群落改善了宿主韧性。在肿瘤学中，这种生物-纳米协同效应实现了靶向肿瘤递送，同时最小化全身毒性。在感染性和免疫介导性疾病中，它们支持微生物群驱动的治疗调节和改善的疾病管理。总体而言，这些进展为整合生态可持续性与临床精准性的下一代治疗学建立了转化框架。本综述探讨了微生物-纳米界面上的新兴机制和治疗机遇，强调内生菌来源纳米材料与肠道菌群调节的整合可能如何改变恶性肿瘤、感染性和免疫相关疾病的治疗策略。
1. 引言：下一代治疗学的概念框架
1.1 多因素疾病的复杂性
癌症、代谢紊乱、神经退行性疾病和自身免疫性疾病等多因素疾病的特征在于遗传、环境影响、宿主细胞、微生物和环境信号之间的多因素互作。尽管生物医学科学取得了重大进展，但这些多因素疾病的全球负担仍在持续上升，凸显了迫切需要能够有效调节生物网络而非仅关注孤立分子靶点的整合性和适应性治疗方法。
1.2 精准性、可持续性与仿生学的兴起
为应对复杂疾病日益增长的复杂性，精准治疗已成为一种变革性范式，旨在转向基于个体独特生物学特征（包括遗传、代谢、微生物和环境因素）的干预措施。与此同时，治疗学中对可持续性和仿生学的重视日益增加，其中自然启发的方法利用生物进化系统、共生互作和生态兼容材料提供创新途径。在此背景下，靶向药物递送系统（TDDSs）已被认识为药物设计和开发中的重大进展，特别是在癌症治疗中。精准性指在细胞或分子水平靶向疾病机制的能力，从而最大化疗效同时最小化不良反应。可持续性不仅限于减轻毒性副作用，还包括开发环境友好的生产和治疗方法。仿生学涉及从生物系统汲取灵感，无论是利用微生物或活细胞作为治疗剂的生物合成途径，还是模拟生物学相关的递送方法。
1.3 三联框架的理论依据
随着治疗学向生物应用、合成生物学和先进生物材料的扩展，下一代治疗学已演变为有效、精准和适应性治疗方案的统一框架。该框架整合了三个相互依存的组成部分：植物内生菌、肠道菌群（GM）和纳米材料，它们共同塑造了新兴治疗创新的方向。实施三联框架的理论依据源于通过整合生物学和材料为基础的干预措施来应对复杂疾病机制的需求。植物内生菌作为多种生物活性代谢物的可持续来源，GM作为宿主代谢和免疫反应的主动调节者，纳米材料提供治疗递送和靶向的精准性。内生菌、GM和纳米材料的互补优势通过宿主-微生物互作和靶向递送实现生物活性和疾病通路的协同调节，同时增强特异性。
本框架的新颖性不在于独立提出每个组成部分，而在于将三个 largely 不同的研究领域整合为单一的机制和转化模型。本综述并非将内生菌来源的生物活性物质、微生物组调节和纳米赋能递送视为独立的治疗策略，而是考察其成对证据并提出如何在整合的精准治疗框架内合理连接其互补功能。重要的是，在缺乏直接三联实验证据的情况下，这种整合仍具有假设生成性。
1.4 内生菌、GM和纳米材料概述
内生菌是存在于植物组织内而不造成伤害的微生物，由于其产生具有抗癌、抗菌和抗炎特性的次级代谢物的潜力而受到广泛关注。代谢组学和生物合成基因簇基因组挖掘的最新进展使得发现内生菌来源的隐性骨架天然产物成为可能，这些产物可作为合成生物学中的先导化合物。尽管取得了这些进展，在激活沉默基因簇以实现可重复生产方面仍存在挑战，凸显了整合策略的必要性。此外，纳米结构材料作为下一代治疗学中的精准赋能者，通过增强植物内生菌和GM来源生物活性组合物的递送、稳定性和靶向活性发挥作用。其高纵横比、可调尺寸和功能化使其能够与生物实体建立受控关系，从而调节生物利用度、降低毒性效应并在纳米-生物界面促进协同药理效应。此外，纳米材料和先进递送系统通过增强生物利用度、实现精准靶向和减少脱靶效应来强化这一治疗框架，从而提高治疗效果同时最小化治疗相关毒性。由聚合物、脂质和无机材料构建的纳米载体可实现组织靶向、控释以及对不稳定治疗剂的保护。生物基纳米材料（通常来源于蛋白质、植物介导合成和多糖）正获得强劲地位，因其递送技术与可持续目标一致。2021年，Eid及其同事报道了可利用特定内生微生物（如细菌和真菌）生物学生产NPs。这些内生微生物产生的NPs示例包括钛、铂、镉、金、锆、硒、磁铁矿、金银合金、沥青铀矿、碲和钯。内生真菌来源的NPs由于存在NP相关基因在植物病害管理中具有重要意义。应用内生菌作为纳米材料生产中的还原剂为识别具有多种应用的NPs提供了新机遇。选定的内生微生物已证明作为NP合成的生物制剂具有相当大的潜力，提供了相对安全、生态友好和可及的生物合成途径。
与内生菌和纳米材料为基础的递送系统一起，GM构成该治疗框架的第三支柱。工程化微生物为基础的治疗剂和人类微生物群为生物启发疗法建立了强大的轴线。近年来，研究已注意到向有意干预的转变。新兴工具箱不仅包括饮食调节或活体生物治疗（LBT）产品，还包括后生元为基础的治疗。这些策略利用宿主微生物的内源性界面来影响免疫、健康和代谢。例如，先前的研究文章强调了基于微生物菌株的患者分层、合理选择和微生物组生物标志物。此外，LBT产品的制造和监管框架仍在发展中，凸显了该领域的复杂性。在提及微生物群时，该方法本质上是生物启发的，通过将生物系统整合到治疗中提供传统药物使用的替代方案。鉴于内生菌的各种代谢功能、健康益处和环境友好特性，这些微生物超越了商业领域中传统益生菌的范畴。现代 encapsulation 技术，特别是微胶囊和纳米胶囊化，已成为增强内生细菌在食品中功能性递送、稳定性和活力的重要方法。通过在加工、储存和胃肠道转运过程中保护它们，encapsulation 显著提高了内生细菌在食品系统中的活力。
本综述全面探讨了植物内生菌、GM和纳米材料作为精准治疗统一三联策略的协同潜力。通过研究这三个组成部分的个体贡献、机制交叉点和新兴协同应用，本综述旨在强调这种融合如何有效应对多因素疾病的复杂性，同时遵循可持续性、仿生学和个性化医学的原则。讨论了利用这种三联方法塑造下一代治疗学未来的当前挑战和未来方向（图1）。
1.5 文献检索策略
本叙述性综述通过PubMed、Scopus、Web of Science和Google Scholar的文献检索开发。检索结合了与"植物内生菌"、"内生真菌"、"内生细菌"、"肠道菌群"、"微生物组"、"纳米材料"、"纳米颗粒"、"纳米载体"、"药物递送"和"精准治疗"相关的术语。优先考虑与所提出框架的生物学、机制、纳米技术和转化方面相关的同行评审研究。研究根据与综述目标的相关性进行选择，强调近期文献同时在必要时保留早期开创性研究。非同行评审来源、重复记录和与综述范围缺乏直接相关性的出版物被排除。由于这是叙述性而非系统性综述，研究选择旨在提供现有证据的广泛和批判性综合，而非穷举性系统评估。
2. 植物内生菌作为生物活性化合物的储库
内生菌与植物维持稳定的共生关系，长期的共存和进化过程导致了合成广泛代谢物的生物合成能力的进化。植物与内生微生物之间这种复杂的相互关联已成为科学研究的迷人主题，对治疗学中重要次级代谢物的可持续生物合成具有深远意义。
2.1 内生菌的多样性和生物合成潜力
内生微生物产生多种次级代谢物，即萜类、聚酮类、生物碱、酚类和醌类。这些代谢物以其细胞毒性、抗炎和抗菌活性而闻名。一些内生菌产生具有协同抗菌活性的杂合萜类，包括meroterpenoids。表1总结了从植物内生菌中鉴定的各种药学相关生物活性代谢物。
对内分泌代谢多样性的理解的进展强调了它们作为有价值代谢物前体的重要性，与生物转化、抗病性和药学潜力相关。一项研究揭示，来自罗汉果的内生真菌可从罗汉果苷前体产生有价值的甜味剂siamenoside I，表明其在低成本代谢物生产中的潜力。与合成类似物相比，许多内生菌来源的化合物提供多靶点机制。例如，由Neurospora sp.产生的喜树碱表现出与合成拓扑异构酶I抑制剂相似的机制，而其内生菌来源具有成本效益生物生产的优势。类似地，紫杉醇的内生菌生产提供了紫杉烷生物合成的替代途径，即不依赖红豆杉属。由于产量通常较低，需要通过异源表达系统/代谢工程进行生物技术增强以实现工业规模生产。尽管内生微生物种类繁多，但创新生物活性化合物的检测仍然是一个重大挑战。主要障碍之一是已知化合物的高再发现率，可通过更有针对性的筛选方法来解决。此外，大量内生微生物无法在标准实验室条件下培养，代表了 largely 未探索的潜在新药储库。新的培养技术与基因组挖掘和代谢工程方法相结合，为获取和利用这种隐藏的化学多样性提供了令人兴奋的机遇。
2.2 内生菌来源的抗癌代谢物
研究充分记录了内生微生物作为具有抗癌活性的生物活性次级代谢物来源，许多分离株产生与成熟化疗剂结构相似的代谢物。内生微生物合成一系列多样分子，诱导凋亡、抑制细胞增殖和破坏癌细胞信号通路。合成紫杉醇（Taxol）的真菌内生菌Taxomyces andreanae是在红豆杉属植物中发现的第一个抗癌生物活性代谢物。多种内生真菌（Alternaria、Botrytis、Aspergillus、Botryodiplodia、Fusarium、Cladosporium等）已被筛选其产生紫杉醇及其类似物的能力。喜树碱，一种衍生自多种植物的抗癌药物，也包括内生真菌Neurospora sp.。传统化疗剂与内生菌化合物的抗癌机制显著不同。例如，紫杉醇的作用模式主要涉及抑制纺锤体形成，导致细胞周期阻滞，而非干扰DNA/RNA合成或刺激癌细胞中的直接DNA损伤。此外，它通过抑制调节性细胞和肿瘤相关巨噬细胞增强抗肿瘤免疫反应，并通过激活特定细胞内信号通路启动凋亡。
2017年，Kamdem及其同事记录了内生真菌Bionectria sp.合成代谢物penicolinate A，其对人类卵巢癌细胞系A2780表现出强细胞毒性，IC50为4.1 μM。来自Rosellinia sanctae-cruciana的Jammosporin A对MOLT-4人白血病细胞系表现出显著细胞毒性活性。来自P. hexandrum的内生真菌Trametes hirsuta独特地合成鬼臼毒素。橄榄茎内生真菌Fusarium redolens的粗提物产生大黄酚和富马酸，并对HepG2细胞表现出显著细胞毒性潜力。来自α-吡喃酮内生真菌Allantophomopsis sp.的Aallantopyrone A对A549肺癌上皮细胞系和HL-60人白血病细胞系表现出生物活性。Eucalyptus exserta中的内生真菌Chaetomium spp.产生mollicellin G，对人类癌细胞系HepG2表现出细胞毒性。从内生真菌Aplosporella javeedii中提取的五种二倍半萜对小鼠淋巴瘤细胞系L5178Y以及人白血病（Jurkat J16）和淋巴瘤（Ramos）细胞系表现出中等细胞毒性效应。在某些情况下，内生菌来源的化合物表现出比其标准对应物更强的生物活性，例如真菌chrysin的IC50～35.5 μM相比真实chrysin的IC50～37.4 μM。Aspergillus spp.来源的化合物3-(4-硝基苯基)-5-苯基异噁唑对SMMC-7721和HepG2细胞表现出强效细胞毒性效应。这些见解说明了内生菌如何产生结构多样的化合物，靶向肿瘤生长和生存的关键通路。
尽管有这些有希望的发现，证据基础仍然异质，且以使用不同癌细胞系、代谢物浓度、提取程序和实验终点的体外研究为主，限制了研究间的直接比较。此外，仅细胞毒性活性不能确立治疗选择性，评估对非恶性细胞毒性、药代动力学或体内疗效的研究相对较少。另一个重要限制是内生菌来源代谢物的产量可变且通常较低，可能限制可重复性和放大。因此，虽然内生菌代表有价值的抗癌化合物储库，但在可靠确立其临床潜力之前，需要严格的体内验证、标准化实验方法和与既定疗法的比较研究。
2.3 抗炎、抗菌和代谢活性
除调节肿瘤通路外，几种内生菌来源的化合物通过影响细胞因子调节和氧化应激反应发挥强效抗炎作用。这些生物活性物质通过抑制促炎介质（细胞因子[TNF-α、IL-1β]；酶[COX-2、一氧化氮合酶]）减少炎症。最近一项研究表明，内生真菌（Alternaria alternata和Aspergillus terreus）提取物在巨噬细胞中抵消促炎效应并显著减少TNF-α产生。另一项研究揭示，Emilia sonchifolia内生细菌分离株的乙酸乙酯提取物在体外和体内表现出强抗炎活性。其中，Bacillus subtilis（或ES1）在减少小鼠炎症和重要炎症基因（包括NF-κB和COX-2）表达方面最为有效。此外，Wang等人从红树林内生真菌Talaromyces sp.中分离了五种新二萜类化合物（talaroacids A–D和talaromarane A），在生物测定中显示出强抗炎活性。这些结果凸显了内生微生物作为新型抗炎药物可持续来源的潜力。
随着研究继续揭示其化学多样性，内生菌已成为对常见和耐药病原体具有活性的抗菌代谢物的宝贵储库。植物内生菌是具有抗菌特性（即抗病毒和抗真菌）的独特生物活性物质的天然来源，因而是药物的重要组成部分。最近的研究揭示，Anethum graveolens、Trichoderma sp.和Penicillium sp.的内生提取物对多重耐药菌株（P. aeruginosa、Salmonella typhi、E. coli和S. aureus）具有强效抗菌活性。来自W. somnifera和M. oleifera的真菌内生菌Alternaria sp.和Colletotrichum sp.分别记录了对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌作用。一项研究显示，来自Ocimum basilicum的A. flavus代谢物对白色念珠菌、枯草芽孢杆菌、鼠伤寒沙门氏菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌、肺炎克雷伯菌和蜡状芽孢杆菌具有抗真菌和抗菌活性。来自内生Aspergillus flavus的代谢物scopularides A和B显示出对幽门螺杆菌的活性（最低抑菌浓度[MIC] 7.81–15.63 μg/mL）。与Przewalskia tangutica相关的真菌Lachnum palmae产生有益化学物质palmaerones A–G，对细菌种类（枯草芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌）和真菌种类（Penicillium sp.、新型隐球菌和白色念珠菌）具有抗菌活性。Quercus variabilis是另一组内生真菌的宿主，这些真菌产生抑制其他内生真菌生长的生物活性物质，包括犬小孢子菌、黑曲霉、絮状表皮癣菌、红色毛癣菌和白色念珠菌。深入研究揭示了不同真菌内生菌产生的代谢物所显示的广泛生物活性。例如，与夹竹桃和银杏相关的Chaetomium spp.和Xylaria spp.已被认为是强抗氧化剂。同样，内生菌已证明具有抗糖尿病特性。例如，Acacia nilotica已知含有内生菌Aspergillus awamori，已被科学证明可产生对糖尿病有效的生物活性化合物。
在另一项研究中，在Tephrosia purpurea叶、茎和根中发现了61株内生真菌菌株，对P. melonis和S. sclerotiorum表现出最广泛的抗真菌活性。除了对P. parasitica var. nicotianae和P. melonis表现出高效力外，它还显示出对S. sclerotiorum的显著生长抑制。从真菌菌株Talaromyces sp. SCNU-F004中分离的Talarergosteroid B对番茄枯萎病菌表现出强效抗真菌活性，MIC为0.78 μg/mL，优于参考化合物多菌灵（MIC = 1.56 μg/mL）。总体而言，这些发现凸显了内生菌来源抗癌分子的卓越多样性和治疗前景，强化了其作为未来肿瘤药物开发可持续先导化合物的价值。
3. 肠道菌群作为人类健康的中心调节者
除植物系统外，微生物驱动的调节类似原理在人类中也很明显，GM在代谢平衡、免疫和疾病中发挥关键作用。这种联系强调了微生物共生在生物体中的更广泛意义。
3.1 GM的组成和功能作用
GM由栖息并将胃肠道作为家园的微生物群落组成。这些在调节宿主免疫甚至药物反应中发挥关键作用。宿主免疫细胞和肠道微生物相互作用，影响相关代谢通路，从而影响治疗结果。然而，最近一项研究表明，植物内生菌可能影响GM并有益于人类健康。许多内生真菌和细菌产生生物碱、酚类、萜类和短链化合物，可以调节肠道屏障完整性、影响免疫张力并以类似于微生物组介导代谢物的方式塑造微生物组成。重要的是，短链脂肪酸（SCFAs）、次级胆汁酸、色氨酸衍生的吲哚、多胺和脂质衍生物通过G蛋白偶联受体和表观遗传机制在调节先天性和适应性免疫功能中至关重要，在维持免疫耐受、调节氧化应激和预防菌群失调相关疾病中发挥关键作用。次级代谢物作为胃肠道代谢反应的重要信号分子和底物，因而对人类生理和病理过程至关重要，并作为免疫、代谢和上皮稳态的调节者发挥作用。GM通过各种代谢副产物影响宿主免疫，这些副产物作为信号分子，将微生物活动与黏膜和全身免疫反应联系起来。
GM是一个复杂、动态的生态系统，对健康和疾病都有重大影响。GM与宿主相互作用并影响众多生理过程，包括代谢、免疫反应和疾病易感性。肠道微生物组通过各种代谢副产物影响宿主免疫系统，这些副产物作为信号化合物，将微生物功能与黏膜和全身免疫反应联系起来。重要的是，SCFAs、次级胆汁酸、色氨酸衍生的吲哚、多胺和脂质衍生物通过G蛋白偶联受体、核受体和表观遗传机制在调节先天性和适应性免疫活动中至关重要。这些由微生物产生的代谢物作为连接微生物功能与更广泛免疫和代谢后果的重要纽带。报告显示，GM对超越代谢调节的免疫稳态至关重要。微生物化合物影响免疫细胞分化、细胞因子平衡和黏膜耐受，而菌群失调与慢性炎症性疾病、代谢紊乱、癌症和治疗反应受损密切相关。这些观察将微生物群定位为人类健康中的主动生物调节者而非被动旁观者。2025年，Al-Btoosh及其团队报道肠道微生物组通过微生物群产生的酶直接影响药物活性，这涉及激活前药、将药物转化为无活性代谢物或将其转化为有毒物质。人类肠道微生物组将植物和内生菌来源的次级代谢物（PSMs），包括黄酮类、生物碱和萜类，转化为称为"子分子"的生物活性衍生物。通过水解、二羟基化和还原，这些微生物将吸收不良的植物化合物转化为更小、更易吸收且通常更有效的代谢物。总之，这些相互作用确立了GM作为生物活性化合物与宿主生理之间的关键界面，强调了需要基于纳米材料的系统等递送策略来稳定、靶向和精准调节微生物群响应性治疗剂。
GM的功能展示了其对药物吸收、代谢、清除和分布的显著影响。前药和活性药物可被微生物酶灭活，改变药效学和药代动力学。这些之间的相互作用是多方面的：肠道微生物可改变药物吸收，因为代谢可通过微生物酶直接发生。此外，由于代谢物信号调节宿主药物代谢酶的表达，这些因素可能作为影响肠肝循环排泄的信号。
菌群失调通常定义为GM组成的破坏，这可能对药物的毒性和疗效产生重大后果。在菌群失调状态下，SCFAs的代谢产生可能减少，免疫稳态可能减弱，微生物药物代谢酶的模式可能改变。还观察到在菌群失调中免疫治疗和化疗的反应率降低，且某些药物具有毒性。此外，绘制和识别GM的代谢轴为精准医学打开了大门，其中对患者的微生物组进行分析，从而显著帮助预测药物反应并通过工程微生物甚至益生菌调节微生物，从而改善治疗结果。
内生菌来源的化合物（生物碱、酚类和萜类）可通过三种方式影响肠道微生物，即作为益生元或抗菌剂；调节微生物代谢通路并影响宿主健康；以及通过微生物组稳定增强对病原体的韧性（图2）。尽管有这些分子发现，在解释微生物组-疾病相关性时仍需谨慎。确定报告的微生物异常是疾病的原因、疾病的结果还是两者兼有仍然具有挑战性，因为目前可用的大部分信息是关联性的。研究间的异质性结果进一步由饮食、遗传、药物暴露、地理、年龄和基线微生物组组成的个体间多样性引起。此外，从体外系统和动物模型获得的结果可能无法完全重现人类肠道生态系统的复杂性。因此，在没有功能验证和适当设计的纵向或干预性人体研究的情况下，微生物组特征不应自动被解释为因果治疗靶点。
4. 纳米技术解锁内生菌和微生物群的治疗潜力
微生物组来源的内生菌代谢物或化合物代表了天然治疗学中快速扩展的前沿，对慢性疾病管理和促进健康老龄化具有重大意义。其在炎症、代谢、氧化和神经内分泌通路中的固有生物活性与慢性疾病和年龄相关生理衰退的多因素性质相一致。通过将内生菌代谢组学与纳米技术导向的递送系统相结合，研究人员可以解锁最大化疗效、特异性和转化潜力的新型治疗方法。这种融合为下一代植物微生物组刺激的干预措施提供了有希望的渠道，能够支持人类整个生命周期的长期健康和韧性。
4.1 内生菌来源化合物的局限性
内生菌来源化合物作为生物强效代谢物，尽管具有治疗前景，但仍受若干挑战的限制，最显著的是溶解性差、稳定性低、快速降解和生物利用度低，阻碍了其成功转化为临床可行药物，从而显著限制了这种天然产物在体内的有效性。
4.1.1 溶解性
它代表了内生微生物产生的生物活性化合物最常见的限制之一。水溶性差减慢其在生物体液中的溶解，导致吸收效率低和治疗效果降低。在口服制剂中，低溶解度通常导致胃肠道摄取不良，而在肠外给药中则给制剂设计和剂量准确性带来挑战。因此，通常需要更高剂量来实现治疗效果，这增加了脱靶效应和相关毒性的风险。
4.1.2 稳定性
它是内生菌来源治疗剂的另一个主要障碍。几种天然化合物在暴露于环境因素时易降解并变得化学不稳定。此外，在加工或储存过程中，这些化合物可能经历水解、氧化或结构修饰，导致生物活性丧失。此外，内生菌来源分子可在到达靶部位之前被肝脏和肠道的代谢酶降解。这种不稳定性导致保质期缩短，并限制体内持续治疗作用。
4.1.3 生物利用度
它通常因溶解性差和不稳定性的综合效应而受损。内生菌来源化合物通常表现出低生物屏障通透性。此外，口服给药后肝脏首过代谢可显著降低其全身可用性。外排转运体和快速清除进一步降低靶组织中的有效药物浓度。结果，体外观察到的有希望的生物活性往往无法转化为有意义的体内治疗结果。
总之，溶解性差、稳定性有限和生物利用度低仍然是内生菌来源化合物临床转化的关键障碍。基于纳米技术的递送系统可通过改善化合物稳定性、溶解性和递送来解决这些限制。
4.2 纳米赋能递送平台
药物递送系统中的纳米医学利用纳米材料的超细尺寸、催化活性和保护性质进行药物递送，从而提高药物利用度并降低药物不良反应。
4.2.1 脂质体纳米载体
脂质体是一种具有脂质双层的封闭球形囊泡，含有能够携带亲脂性和亲水性物质的水性核心。其结构允许各种药物转运机制，如被动扩散和膜融合。这些系统由于其无毒性、生物可降解性和优异的生物相容性而被广泛用于携带亲水性药物。脂质体纳米载体主要分为固体脂质纳米颗粒（SLNs）和纳米结构脂质载体（NLCs）。SLNs的粒径范围为50至1000 nm，是固体胶体药物递送系统，因为它们表现出最小的载体毒性、控释和靶向递送。NLC是一种创新的脂质纳米载体类别，由固体（长链）和液体（短链）脂质的混合物组成。液体脂质的存在降低了熔点，使载体在体温下保持固体，防止药物加载过程中固体脂质的重结晶，从而增强药物加载能力和包封效率。
4.2.2 聚合物纳米载体
"聚合物纳米载体"的精细结构在药物递送中提供多功能平台。这些纳米载体由天然存在的大分子或合成设计的聚合物组装而成。这些先进物质由于两亲性共聚物在水溶液中的自组装形成的纳米结构而具有独特的亲水和疏水区域。先进的聚合物胶束的特征在于能够隔离难溶性药物的疏水核心，并被赋予生物环境中稳定性和隐形特性的亲水外壳所包围。这种独特设计提供了增强的药物加载能力和包封效率以及良好的生物相容性特征，使其成为治疗递送的理想候选者。其核-壳结构促进控释，同时保护活性药物成分免于过早降解，从而提供持续治疗效果。此外，药物被胶束的亲水外壳掩盖，免受机体免疫监视系统特别是网状内皮系统（RES）的识别，从而最小化调理素化和随后的吞噬摄取。这种特性允许胶束通过增强的EPR效应延长循环时间。EPR效应使治疗能够增强疗效同时减少全身毒性。
4.2.3 纳米乳
纳米乳由低粘度、热力学不稳定、各向同性、透明或半透明的胶体分散系统组成，主要由水、油、表面活性剂和助表面活性剂（10–100 nm）组成。纳米乳由于药物被包裹在其油相中而增强药物稳定性，从而保护其免受水解和氧化。生物利用度增加，因为纳米乳药物载体增强药物的溶解度和吸收速率，随后改善整体生物利用度。
4.2.4 无机纳米载体
无机纳米载体代表无机纳米级药物递送系统，由金属、金属氧化物和磁性物质组成。它们由于其小尺寸、易于表面修饰、合成简单、高药物加载能力、巨大比表面积和良好生物相容性而具有优势。
4.3 纳米技术驱动的精准性和可持续性
NPs的微小尺寸使其能够显示相对于体积不成比例的大表面积，扩展其与多种生物分子和细胞框架的接触。这一特征为NPs在药物递送过程中提供了优势，因为它允许高效封装治疗剂并将其精准递送至靶细胞/组织。由于传统药物递送系统存在某些局限性，包括疗效降低、药物不稳定性、置换风险、酶降解、不受控释放和吸收缓慢；因此，先进药物递送系统（ADDSs）广泛用于治疗中，通过靶向药物递送和控释机制将药物在适当时机以正确量直接靶向预期部位，以提高疗效同时降低毒性。
4.3.1 靶向递送
在靶向递送过程中，ADDS通过将药物直接递送至作用/疾病部位来提高药物靶向性，提高靶区域的药物浓度。这种精确性使浓缩药物在疾病区域递送，有效防止药物过早释放，同时最小化与健康组织的接触，从而降低对健康组织的毒性副作用，进而增强治疗效果。靶向药物递送延长并定位药物作用，增强治疗剂在疾病区域的生物利用度、生物分布和积累。靶向纳米药物递送通过两种策略实现：主动靶向依赖于系统表面与靶部位特定分子的特异性相互作用和结合，导致药物在靶细胞/组织的选择性浓度；被动靶向依赖于纳米药物递送系统的固有性质和靶部位的生理或病理特征来促进有效的药物积累。
4.3.2 控释
药物递送中的控释是指药物从NPs或其他载体在延长时间内精确和逐渐释放。这种方法确保药物在靶部位的持续和稳定供应，从而优化治疗效果并改善患者依从性。
4.3.3 改善稳定性
药物稳定性过程要求药物在特定制剂中在储存和患者使用期间保持其物理、化学、微生物、治疗和毒理学特性的能力。影响药物稳定性的各种因素包括pH、温度、光、包装材料和储存时间。
5. 内生菌作为绿色纳米材料合成的天然生物工厂
由于内生菌能够作为生态友好的生物工厂产生抗癌、抗菌、抗氧化、抗炎和酶调节成分，它们对于救命化合物的绿色合成至关重要（表2）。
5.1 通过内生菌绿色合成NPs
通过温和、可持续的生物合成途径产生黄酮类、酚类和萜类等代谢物，这些共生微生物增强了多种药物的生产、稳定性和生物活性，特别是抗衰老药物，同时提供化学过程的天然替代品（图3）。
近年来，由于其跨广泛行业的众多用途，NPs引起了大量关注（图3）。由于其独特形状，金属NPs表现出与典型材料不同的性质和应用。NPs已使用多种技术合成。传统物理化学方法是NP合成中最广泛使用的技术。然而，这种方法有许多缺点，成本高昂，并产生可能对人类健康和环境有害的副产物。其中，一种新颖且有前景的合成方法是利用植物内生真菌的生态友好NP生产。生物合成相对环境安全、节能、经济、可扩展、生物相容、易于操作且不产生有害副产物。生物合成NPs具有重要价值和应用潜力，特别是由内生真菌产生的那些有助于宿主生物适应重金属环境。其易用性、可负担性和能源效率是主要原因。
5.2 真菌和细菌内生菌在NP生物合成中的作用
尽管真菌比细菌生长更慢，但由于其易于培养、高生物量产量、酶分泌和菌丝网络对剪切应力的抵抗力，在NP合成方面具有优势。对于合成具有治疗特性的金属基NPs，内生细菌和真菌已被视为强大的生物反应器。微生物的金属抗性机制是其应用于NPs创建的基础。重要的是，内生菌的NP生物合成是物种和材料依赖性的，而非所有内生微生物的普遍特征。NP形成能力因微生物物种或菌株、其代谢和酶机制、金属抗性机制以及NP前体的物理化学性质而异。因此，针对特定内生菌-纳米材料组合获得的证据不应推广到所有内生菌或纳米材料类别。NP生物合成研究主要使用Fusarium、Aspergillus、Trichoderma、Verticillium、Rhizopus和Penicillium等真菌物种。真菌最常生物合成的NPs是银和金，但有许多关于铜、钴、铁、锌等金属或氧化物合成的报道。
6. 内生菌、GM和纳米材料之间的协同互作
本综述部分全面探讨三个组成部分之间的复杂关系：内生菌、肠道微生物和纳米材料。
6.1 概念三元组和系统整合
内生菌、GM和纳米材料的整合代表了一个提出的概念三元组，具有跨生物和技术领域的潜在治疗价值。虽然大量证据支持各个组成部分和若干成对相互作用，但所有三个组成部分同时作为整合治疗系统发挥功能的直接实验验证仍然有限。因此，本文提出的三联框架应被视为整合当前可用证据并识别未来研究可测试机遇的新兴转化模型。
6.2 三联生物-技术界面
这些相互关联组分的融合创造了一个整合的生物-技术界面，可用于增强代谢性能、改善宿主和植物韧性以及获得新型生物衍生技术。在机制上，所提出的框架可被视为一个顺序途径，其中选定的内生菌首先提供生物活性代谢物；纳米赋能制剂然后保护这些化合物免于过早降解并促进控释或位点特异性递送至胃肠道。释放后，递送的代谢物可能与常驻微生物群落相互作用，改变微生物组成或代谢活性，从而改变微生物群来源信号分子的产生。这些变化随后可能影响涉及免疫调节、炎症、上皮屏障完整性和代谢的宿主通路。重要的是，支持每个步骤的证据差异很大，完整的因果序列尚未作为单一整合治疗系统在实验中得到证明。
6.2.1 生物学视角（内生菌-肠道微生物协同互作）
内生菌来源的生物活性化合物可促进有益细菌生长、减少菌群失调并与宿主信号通路（例如SCFA产生）相互作用。此外，肠道微生物组调节通过营养吸收、免疫调节和代谢稳态发生。"GM调节"过程指改变肠道微生物群落的多样性、组成或功能活动以实现对宿主健康的有益效果。这种调节可通过生物活性化合物或先进纳米技术（纳米载体）发生。
6.2.2 技术视角（纳米材料，即递送系统，以及组分间的协同互作，即内生菌、GM和纳米材料）
在所提出的框架内，纳米载体可促进内生菌来源代谢物的胃肠道递送及其与GM的受控相互作用。此外，内生菌、GM和纳米材料之间的协同互作创造了一个三元组，即内生菌产生生物活性分子，肠道微生物对这些内生菌来源分子作出反应和适应，纳米材料增强内生菌化合物的递送和精准性，从而连接生物学和技术。
内生菌、GM和纳米材料之间的协同作用形成了一个三元组，具有跨生物和技术领域的变革潜力。它们的合作代谢过程、互补防御策略和产生新型生物制品的能力可被战略性地利用来改善人类健康并开发先进治疗系统。
6.3 增强的代谢和酶网络
这些系统的同步作用扩展了超出每个组分单独所能实现的代谢能力。
6.3.1 生物转化
内生菌合成的多种植物化学化合物进入食物链，然后通过肠道微生物进一步转化为具有改善的生物利用度、抗氧化特性或免疫调节作用的生物活性分子。这些代谢物的靶向递送和控释由GIT中的纳米载体促进，使代谢物能够增强吸收并防止降解。这种综合效应导致更好的营养利用、增强的抗氧化防御和有益微生物代谢物的优化产生。
6.3.2 扩展的酶库
内生菌拥有用于不同过程的独特酶，包括固氮、次级代谢物生物合成和氰化氢解毒。GM提供用于纤维分解、外源性物质代谢和胆汁修饰的互补酶机制。此外，纳米材料通过作为催化增强剂稳定酶或促进电子转移。这些整合的代谢网络有助于改善植物和动物的生化效率。
6.4 疾病抗性和宿主保护
6.4.1 免疫调节
在宿主水平，所提出的三联互作可能通过互补机制影响免疫反应，包括内生菌来源的免疫调节代谢物和参与免疫稳态和耐受的微生物群来源信号。纳米赋能递送可进一步调节这些生物活性分子的局部可用性。
6.4.2 病原体抑制
内生菌和GM通过不同机制参与宿主保护，抑制有害病原体的生长和传播，这些机制涉及产生抗菌代谢物、与病原体竞争营养和空间以及破坏病原体群体感应。内生微生物合成抑制细菌、真菌和病毒病原体生长的生物活性化合物，而有益肠道生物通过阻止病原体在肠道中定植来增强宿主防御系统。由内生菌和肠道微生物合成的纳米材料通过增强稳定性、改善递送、生物利用度和位点特异性作用进一步加强抗菌作用。这种综合生物学和纳米技术为基础的策略降低病原体负荷并降低耐药性机会，突出了更好的疾病保护的有前景策略。
6.5 代表性案例研究：紫杉醇作为转化模型
紫杉醇提供了一个代表性模型，用于说明所提出框架的潜力和当前局限性。内生真菌Taxomyces andreanae是最早被报道产生紫杉醇的内生菌之一，随后几种其他真菌内生菌已被研究作为这种抗癌化合物的替代来源。紫杉醇通过稳定微管和破坏正常有丝分裂进程发挥其主要抗癌活性，导致细胞周期阻滞和凋亡。内生菌生产可提供紫杉醇的替代生物来源；然而，低且可变的产量仍然是工业规模生产的重要障碍，需要代谢工程和优化培养等方法。这个例子说明了内生菌来源的治疗剂如何作为与先进递送技术整合的候选者。然而，证明同时进行内生菌来源紫杉醇生产、纳米赋能递送、微生物组调节和随后宿主治疗效果的直接实验证据仍然有限。因此，紫杉醇目前应被视为所提出三联框架的转化模型而非完全验证的三联治疗系统。
7. 协调抗菌策略
内生菌产生的抗菌代谢物（例如脂肽、生物碱、铁载体）抑制植物病原体。除此之外，肠道微生物群落还通过不同过程防止病原体定植，如细菌素产生、竞争性排斥和免疫刺激。重要的是，具有抗菌特性的纳米材料（银、氧化锌和壳聚糖NPs）可与微生物代谢物协同增强病原体抑制。总之，这些在人类中创造了多层、广谱防御策略。
在这个方向上，Sankar及其同事报道了使用天竺葵叶及其内生真菌（Colletotrichum sp.）细胞外合成金NPs。Musarrat等人（2010）分离并使用了内生丝状真菌Amylomyces rouxii进行银NP合成。它表现出对革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌以及人类和植物病原真菌的广谱抗菌活性。据报道，银NPs相比银盐的高效抗菌特性是由于其极大的表面积，提供与微生物更好的接触。银NPs将银离子释放到细菌细胞中，增强其杀菌活性。在另一项研究中，报道了从Azadirachta indica茎组织中分离的内生真菌Aspergillus clavatus合成金NPs，广泛应用于生物医学应用。最近的报道显示从Azadirachta indica内生真菌分离株合成氧化铜NPs并评估其抗癌活性。Hammad等人从Eucalyptus sideroxylon健康叶片中分离的内生真菌Fusarium chlamydosporum MW341592.1合成ZnO NPs并应用于抗菌活性。使用内生真菌Penicillium crustosum合成氧化镁NPs，有助于改善Nigella sativa的生长、代谢活动、产量性状和酚类化合物含量。Alhadrami等人报道使用内生真菌Aspergillus sp.绿色合成二氧化钛NPs并应用于抗癌活性。Bander等人报道使用内生Penicillium chrysogenum生物合成氧化锑NPs，显示出良好的抗菌活性。Uddandarao和Raj Mohan使用从药用植物Nothapodytes foetida分离的内生真菌Aspergillus flavus合成ZnS半导体量子点，具有巨大的医学应用潜力。Nassar等人报道使用内生真菌菌株Aspergillus terreus生物合成氧化铜NPs并评估其抗菌、抗念珠菌、生物相容性、抗癌和抗氧化活性。Ganesan等人使用内生真菌Periconium sp.合成ZnO NPs用于抗菌和抗氧化应用。Islam等人报道使用内生真菌Fusarium oxysporum制备Ag/Ag2O NPs并应用于抗菌活性。
总体而言，这些研究证明了内生菌介导的纳米材料合成的可行性，并提供了抗菌、抗氧化和抗癌活性的令人鼓舞的临床前证据。然而，当前大部分证据来自体外研究，内生菌菌株、NP组成、粒径、合成条件、剂量和生物模型的差异限制了研究间的直接比较。此外，治疗效果、生物分布、长期毒性、微生物组效应和可重复性在体内仍未充分表征。因此，这些发现建立了有前景的实验基础而非临床疗效的确定性证据，在内生菌来源纳米材料转化为治疗应用之前需要标准化的临床前和临床研究。
8. 转化和临床前景
下一代治疗学的潜力不仅在于机械创新，还在于其转化影响。下面将讨论的四个关键应用是抗菌耐药性、免疫调节、癌症治疗和肠-脑轴，进一步说明和具体化纳米材料和微生物群为基础干预的组合如何开始拓宽治疗学的图景（图4）。
8.1 抗菌耐药性
抗菌耐药性可引起多种并发症，其威胁的增加促使科学家追求抗菌药物的发现和递送。已分离出对多重耐药病原体具有可能活性的植物基真菌和放线菌。借助纳米材料载体，这些天然产物先导化合物可进一步优化，主要是增强稳定性和递送以及改善生物利用度。尽管直接纳米-微生物群-内生菌的整合仍然稀少，但正在进行的研究将内生菌的新化合物与微生物组为基础策略甚至纳米递送配对以研究储库位点。
8.2 免疫调节
内生菌代谢物（吲哚衍生物、萜类）调节免疫受体。此外，GM产生的代谢物如SCFAs、乳酸和次级胆汁酸增强黏膜免疫。此外，纳米材料可作为免疫佐剂，增强疫苗效力或改善免疫调节化合物的递送。这种协同互作促进对传染病和炎症性疾病的额外抵抗力。
免疫系统调节是感染、过敏、自身免疫疾病和移植医学等治疗领域的关键。活体生物治疗产品（LBPs）、益生菌和益生元等微生物群疗法已表明其对细胞因子谱、炎症和免疫细胞成熟的影响。同时，纳米载体可靶向微环境甚至特定免疫细胞亚群，当这些与内生菌来源的免疫调节剂组合时，可设想一种称为模块化免疫治疗的平台，其毒性更低、更特异且可适应患者的微生物组状态。
8.3 癌症治疗
治疗反应与微生物群在癌症治疗中的相互作用正被考虑。GM组成被认为影响放疗、免疫治疗和化疗的疗效，通常通过影响药物代谢、肿瘤微环境和细胞编程。同时，纳米材料提供抗癌剂递送的改善，有助于控释。最近，结合微生物群调节和细菌与纳米材料的方法大量出现。一项研究描述并解释了厌氧细菌如何选择性定位肿瘤，从而帮助增强其治疗有效载荷和穿透力。鉴于这些策略，它们有助于表明微生物治疗和递送系统的组合可增强肿瘤靶向性从而在减少脱靶效应中发挥作用。
然而，增强抗癌药物活性并改善其生物利用度的有效方法是利用药物与NPs之间的协同相互作用。特别是，NPs作为药物递送方法显示出潜力，因为它们可主动或被动靶向癌细胞。肿瘤中经常发现100至800 nm的大间质间隙，导致有缺陷的屏障样血管。只有微小的NPs能通过这些动脉并在肿瘤附近聚集。通过减少NPs与健康细胞的相互作用，这种选择性积累减少对健康组织的有害效应并通过集中给药提高治疗疗效。大多数癌症纳米治疗研究主要集中于NPs如何影响癌细胞。刺激细胞死亡过程，如凋亡、细胞周期阻滞和铁死亡，是NPs对这些细胞最直接的影响之一。值得注意的是，金属NPs可用于预防与慢性炎症相关的肿瘤生长和转移扩散，通常具有强抗炎作用。诱导肿瘤细胞凋亡是抗癌药物开发中的重要策略。关键的是，金属NPs能够在多种癌细胞中诱导凋亡，如乳腺癌、肺癌、肝癌、结直肠癌、膀胱癌、卵巢癌和宫颈癌细胞。
利用植物提取物制造NPs已取得进展。例如，当使用大白菜叶提取物还原AgNO3时，产生尺寸范围为15–30 nm的球形Ag NPs，该提取物既作为还原剂又作为稳定剂。这些NPs通过下调NF-κB/Akt/mTOR信号通路在结直肠癌（Caco-2）细胞中引起凋亡和DNA损伤。它们还对某些细菌显示出强生长抑制效应。此外，ZnO NPs和AuNPs可由从Eucalyptus sideroxylon健康叶片分离的内生真菌F. chlamydosporum MW341592.1生物合成。
此外，这些NPs能够减少Caco-2人肠癌细胞和HCT116人结肠癌细胞的数量。通过阻断线粒体膜电位并触发caspase-3，氧化铋（III）NPs在人乳腺癌细胞（MCF-7）中表现出剂量和时间依赖性凋亡效应。
此外，从大蒜根中分离的四种内生真菌已成功用于生产硒NPs（Se NPs）。这些Se NPs对PC3和MCF7细胞表现出抗癌活性，IC50值分别为225.7 ± 3.6和283.8 ± 7.5 μg/mL，同时对正常WI38和Vero细胞具有生物相容性。二氧化钛NPs（Ti NPs）增加人肺上皮癌细胞（BEAS-2B）中细胞色素C、p53和caspase 9的表达，通过线粒体凋亡途径引起凋亡性死亡。二氧化铈NPs通过产生ROS和磷酸化p38 MAPK、JNK和ERK1/2在人肝癌中引起凋亡并降低细胞活力。
目前临床转化在这些治疗模式之间差异很大。微生物群为基础的产品已在选定适应症中获得监管批准，特别是复发性艰难梭菌感染（rCDI），证明了微生物组导向治疗的临床可行性。相比之下，大多数纳米技术赋能的微生物组干预仍处于临床前或早期转化阶段。它们向临床使用的进展需要精心设计的试验来解决安全性、有效性、药代动力学、长期效应和个体间微生物组变异性。
9. 挑战和未来方向
植物内生菌是生物活性代谢物的丰富来源，可通过GM塑造人类健康，而纳米材料实现这些药物在体内的精准递送和控释。这些领域——内生菌生物勘探和工程、微生物组科学和纳米技术——的融合承诺了强效、靶向和可持续的下一代治疗学。接下来的综述小节讨论最新进展并概述未来方向，借鉴当代文献。
9.1 可重复性和标准化
植物-微生物组研究面临重大可重复性挑战，由于标准分离方案和元数据的变异性。验证实验和方案的可重复性具有挑战性，并使科学家能够复制和促进他人的工作。最近的研究强调，植物-微生物组研究的协调工作流程和基准数据集对于克服这些障碍至关重要，因为这些方法有助于领域进步：首先，科学家可通过复制研究和附加修改来扩展发现，将结果与先前报道的数据进行比较；其次，科学家可通过复制和基准测试生成实验数据，从而实现整合计算分析。这一全球协作努力旨在通过提供全面的方案和基准数据集帮助推进微生物组研究的可重复性，并帮助为未来多实验室可重复性研究提供信息。验证的分析方法在表征微生物组组成和功能方面缺乏准确评估。这一差距在发现新候选物、确保产品安全性和有效性方面至关重要，并构成微生物组为基础生物标志物资格认定的主要限制因素，而后者是加速临床研究和药物开发的工具。缺乏经过验证的分析方法也限制了IVD微生物组开发测试过程，从而影响微生物组数据在临床实践中的整合。关键定义缺乏共识代表另一个重大挑战。
9.2 监管和制造障碍
微生物组功能/组成的破坏与多种类型疾病相关。微生物组为基础的治疗（MbT）旨在利用各种方法修饰微生物组以治疗疾病，包括饮食改变、抗生素、益生元、益生菌、噬菌体治疗、粪菌移植（FMT）和LBT，但这些药物在开发和监管方面呈现独特挑战。欧洲药品管理局（EMA）和美国食品药品监督管理局（FDA）作为监管机构管理微生物组治疗剂。所提出三联框架的临床可扩展性呈现额外挑战，因为每个组分需要不同的制造和质量控制策略。大规模实施需要选定内生菌的可重复培养和代谢物生产、具有受控物理化学性质的标准化纳米材料合成以及一致的微生物组靶向制剂。因此，这些组分的整合需要可扩展的制造工作流程、批次间可重复性、经过验证的质量控制参数以及符合监管标准，才能实现临床转化。为清晰起见，微生物组导向治疗剂涵盖不同的产品类别而非单一治疗类别。这些包括传统益生菌、LBPs、工程微生物治疗剂、后生元和纯化微生物代谢物。纳米赋能系统代表单独的技术类别，可递送治疗剂或调节微生物群落。这些类别在作用机制、制剂要求、安全性考虑和监管途径方面不同，因此在本综述中分别考虑。
实质性障碍阻碍未来微生物群为基础策略的开发和利用，这些策略在治疗多种疾病/病症患者方面具有重大前景，包括管理LBP制造开发的现有监管框架，因为它需要包容性完善和扩展。此外，除监管挑战外，表征LBPs的分析方法（微生物鉴定、生物负载和效力）的优化和确认的复杂性需要解决。微生物组治疗创新组（MTIG）指导的协作努力，吸引行业领袖和FDA参与讨论，旨在催化LBP分析的改进和精炼当前监管格局。改进的LBP分析技术需要更明确的LBP法规、持续合作以及FDA、EMA、行业、专家、学术界和其他相关政府机构之间的积极参与。USP、国家标准与技术研究院（NIST）和国家生物制药制造创新研究所（NIIMBL）的贡献也可推动该领域前进。会议、研讨会和出版物对于促进和捕捉此类合作项目的价值非常有益。除合作外，强烈鼓励研究人员和开发者之间共享数据，以在监管指南中建立一些共识，因为这将促进基于证据的决策。分析改进和监管解决方案是该动态领域成功的关键。新颖的解决方案和合作精神将推动该领域进入LBP的下一阶段。由于MbTs的监管格局正在显著演变，当前监管框架尚未完全适应，因此解决它们呈现的独特挑战和机遇变得至关重要。最近，美国已批准一些用于rCDI的微生物组为基础医药产品（MbMPs）。这标志着通过人类微生物组来源产品对人类微生物组的预防和治疗潜力的正式认可。与这些法规一致，包括人类微生物组在内的新人类来源物质（SoHO）监管框架目前正在欧盟（EU）采用。相反，在低收入和中等收入国家（LMICs），MbT的监管框架目前不发达且各地区差异显著。
9.3 纳米材料安全性和长期生物安全性
尽管具有治疗潜力，纳米材料呈现重要的安全性问题，需要在临床转化前仔细评估。其毒性受粒径、组成、表面电荷、剂量、给药途径和在生物组织中的持久性影响。某些纳米材料可能诱导氧化应激、炎症反应、细胞毒性或与非靶组织的非预期相互作用。反复暴露还可能导致NP积累和全身分布，而这种暴露的长期后果仍不完全清楚。在微生物组靶向应用中，广谱抗菌活性还可能干扰有益肠道微生物群体并损害肠道稳态。因此，全面的药代动力学、生物分布、微生物组和长期毒性评估对于建立临床安全的纳米赋能治疗策略至关重要。
9.4 人工智能（AI）、多组学和系统生物学整合
近期技术的进步巨大地改善了高通量生物仪器的可及性，激发了组学数据生成的前所未有的激增。利用多组学方法的AI技术的实施正在革新数据解释，以加速疾病诊断、个性化医学、生物通路阐明和药物开发中的发现。如所记载的，单组学数据解释在解决复杂生物现象方面往往缺乏全面解释；然而，通过整合多个组学数据集，研究人员可以实现对生物系统的改进和全面理解。在这方面，AI和机器学习（ML）正逐步应用于融合治疗平台，通过整合多组学和材料数据集来统一发现和转化工作流程，以实现具有系统级精准性的生物活性化合物的设计、递送和动态优化。
由于植物微生物组是多样和庞大的天然生物活性次级代谢物库的宿主，它们在药物发现方面具有巨大前景。植物宿主内大多数微生物无法培养；然而，一些微生物似乎可培养，但其代谢潜力主要通过生物合成基因的调控沉默而隐藏。最近的多组学方法（解决多营养级相互作用）和基于AI的计算方法（推断功能分布）共同代表了植物相关微生物天然产物发现高通量方法的范式转变。这一植物-微生物相关发现的突破强调了工具、用于内生菌生物勘探的深度学习、生化新颖性预测和调控控制。它还提出全球数据库，包括基因组、代谢组、调控组和化学数据库，可用于揭示和解除所需天然产物的沉默。AI驱动的基因组、代谢组和表观基因组数据分析能够预测、优先排序和激活沉默生物合成基因簇，从而指导基于CRISPR或表观遗传的扰动，增强免疫调节、抗感染和代谢效应分子的合成。尽管进展迅速，实质性障碍仍然存在。
9.5 数据协调和临床转化
协调植物-微生物生态系统和人类队列之间的数据集、建立微生物组或内生菌扰动与临床结果之间的因果关系以及确保可重复性、数据隐私和公平获取都代表关键挑战。AI驱动微生物组研究的方法路线图强调多组学标准化、模型可解释性、基准测试和混合因果设计的必要性——这些元素对临床转化不可或缺。
10. 结论
10.1 统一治疗连续体
总体而言，当前证据支持植物内生菌、GM和纳米材料形成统一治疗连续体的潜力；然而，这种多向网络仍然是一个需要直接实验和临床验证的概念框架。在该框架内，纳米材料增强内生菌生长、刺激代谢物产生并实现内生菌来源生物活性化合物的受控递送。相反，内生菌将纳米材料生物转化为更稳定和生物相容的形式。在宿主肠道内，纳米载体实现靶向给药和改善微生物调节剂的吸收，而GM修饰纳米材料的结构和功能，最终塑造治疗结果。内生菌通过产生生物活性植物代谢物、改变植物化学谱和摄入后暂时性类益生菌定植进一步促进肠道生态系统调节。总之，这个涵盖生物和工程系统的整合网络在植物、微生物和宿主界面共同优化彼此的功能。
10.2 精准性、可持续性和可扩展性
植物相关内生菌、宿主相关微生物群落和智能纳米材料系统的这种融合为精准、可持续和个性化治疗干预奠定了基础。理解这些系统如何在分子、代谢和生态水平相互作用可导致农业、营养、治疗和环境可持续性的变革性进展。
10.3 整合生物-纳米-微生物治疗学的未来
未来研究应优先使用标准化体外、体内和最终临床模型对所提出的三联互作进行实验验证。利用多组学分析、AI驱动和个性化微生物组分析将实现适应性、患者特异性治疗的合理设计。随着监管框架和安全标准的持续发展，生物-纳米-微生物治疗学可能从概念创新过渡到临床现实，为复杂疾病提供更有效、可持续和个性化的治疗解决方案。
