综述：口服益生菌递送策略在炎症性肠病治疗中的应用

《Asian Journal of Pharmaceutical Sciences》：Oral probiotic delivery-based therapeutic strategies for inflammatory bowel disease

　　

过去十年间，越来越多的证据支持益生菌在调节肠道微生物群方面的功效，这激发了人们对其在炎症性肠病（inflammatory bowel disease, IBD）中治疗潜力的兴趣。IBD是一种慢性肠道疾病，目前急需比传统免疫抑制和生物制剂更安全、更可持续的替代疗法。益生菌因其良好的生物安全性以及对日常健康实践的兼容性，代表了一种有前景的治疗策略。从机制上讲，益生菌通过抑制病原菌、调节肠道免疫以及调控微生物代谢物来缓解肠道炎症。然而，口服给药后益生菌的存活率低和肠道定植能力差限制了其应用。为应对这些挑战，研究人员开发了包括物理封装（physical encapsulation）、生物杂交纳米涂层（biohybrid nanocoating）和化学修饰（chemical modifications）在内的先进递送策略，以增强益生菌的存活率和靶向递送。尽管取得了这些进展，当前的益生菌递送系统仍面临局限性，例如表面修饰会损害微生物活性、缺乏抵抗肠道消化的策略、缺少主动定植策略以及对治疗机制的理解不完整。通过克服这些障碍，针对创新益生菌递送系统的靶向和持续研究可能为IBD带来新的治疗方法。本综述指出，仅依靠物理封装或简单涂层已无法满足治疗需求。未来的努力必须转向功能协同方向，开发多功能系统，在不抑制其代谢和生理功能的同时保护益生菌活力，同时整合主动定植和靶向释放。此外，该综述强调了当前对益生菌治疗机制理解的不足，并呼吁将机制研究嵌入递送系统的理性设计中。这些见解为该领域从确定活益生菌是否能够被递送，转向探索如何实现高效、安全和功能完整的口服益生菌治疗提供了路径。

1. 1.
   引言
   炎症性肠病（inflammatory bowel disease, IBD）包含克罗恩病（Crohn's disease, CD）和溃疡性结肠炎（ulcerative colitis, UC），是一组慢性非特异性肠道炎症性疾病。全球范围内IBD患病率持续上升，预计到2030年北美和欧洲将超过0.3%。现有治疗药物如氨基水杨酸类、皮质类固醇、抗生素和免疫抑制剂存在副作用大、成本高及长期安全性争议等问题。肠道微生物群失调是IBD发病的关键因素，表现为益生菌减少和病原菌增多。益生菌作为活体生物治疗产品（Live Biotherapeutic Products），具有调节免疫、增强屏障功能和产生有益代谢物等多重优势，口服益生菌疗法因便利性和高安全性在IBD治疗中受到广泛关注。
2. 2.
   IBD中益生菌的治疗潜力
   2.1 独特的安全性优势
   益生菌在全球范围内受到严格的监管评估，如美国GRAS（Generally Recognized as Safe）认证、欧盟QPS（Qualified Presumption of Safety）体系及中国的保健食品注册。临床前和临床评估均证实益生菌在遗传毒性、急慢性毒性和耐受性方面优于传统药物，整体风险显著低于化学药物。
   2.2 促进IBD的日常健康管理
   IBD需要长期管理，益生菌可作为维持期治疗，成本效益优于单克隆抗体疗法。益生菌口服途径避免了侵入性操作，并能通过调节肠-脑轴改善焦虑和抑郁等肠外症状。特定菌株如长双歧杆菌（Bifidobacterium longum）BLI-02可间接缓解全身表现。
   2.3 益生菌的赋能潜力
   借助重组DNA技术和CRISPR-Cas等基因编辑工具，工程化益生菌能够原位产生治疗性物质，如全反式维甲酸、白细胞介素-10（IL-10）等，或表达胆盐水解酶（bile salt hydrolase, BSH）等酶类，实现精准免疫调节和代谢干预。合成生物学正推动第三代“智能益生菌”的发展。
3. 3.
   益生菌干预IBD的机制
   3.1 拮抗病原菌
   益生菌通过营养竞争（如铁离子竞争）、占位竞争（阻止病原体黏附宿主细胞）以及分泌抗菌代谢物（短链脂肪酸（short-chain fatty acids, SCFAs）、细菌素等）三重途径抑制病原菌生长，构成保护性网络。
   3.2 调节肠道免疫系统并减轻炎症
   益生菌可极化巨噬细胞向抗炎M2表型转化，调节T细胞平衡（Th17/调节性T细胞（Treg）），促进分泌型IgA产生，并通过Toll样受体（Toll-like receptor, TLR）/核因子-κB（nuclear factor-kappa B, NF-κB）和JAK/STAT等信号通路抑制促炎细胞因子（肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、IL-6等）的表达。
   3.3 调节肠道代谢物
   益生菌主要通过调控SCFAs（乙酸、丙酸、丁酸）、胆汁酸（bile acids, BAs）代谢以及色氨酸代谢发挥治疗作用。丁酸可通过抑制组蛋白去乙酰化酶（histone deacetylases, HDACs）和激活G蛋白偶联受体（G protein-coupled receptors, GPRs）发挥抗炎和屏障保护作用；次级胆汁酸通过激活法尼醇X受体（farnesoid X receptor, FXR）和TGR5维持免疫稳态；色氨酸衍生物如吲哚-3-丙酸（indole-3-propionic acid, IPA）通过芳香烃受体（aryl hydrocarbon receptor, AhR）途径增强肠道屏障。
   3.4 促进屏障修复
   益生菌上调紧密连接蛋白（ZO-1、occludin）表达，促进杯状细胞增生和黏蛋白（mucin, MUC）-2分泌，并通过Wnt/β-连环蛋白（β-catenin）通路及Nrf2抗氧化通路修复受损上皮。
   3.5 通过“肠-X轴”调节IBD肠外症状
   3.5.1 肠-脑轴：益生菌通过降低全身脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）水平、增加SCFAs入脑、调节5-羟色胺和γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid, GABA）等神经递质，减轻IBD相关的焦虑抑郁行为。
   3.5.2 肠-肝轴：益生菌减少肠道LPS易位，抑制库普弗细胞M1极化，调节肝脏内脂肪酸代谢相关基因，改善IBD相关的代谢功能障碍相关脂肪变性肝病（metabolic dysfunction-associated steatotic liver disease, MASLD）。
   3.6 益生菌的协同多机制作用
   上述拮抗病原菌、免疫调节、代谢调控和屏障修复四大机制相互交织，形成多靶点、多维度的协同治疗网络。
4. 4.
   口服益生菌递送系统的构建策略
   4.1 益生菌的物理工程
   4.1.1 水凝胶封装：利用海藻酸盐、透明质酸等聚合物网络保护益生菌免受胃酸和胆汁酸损伤，并开发H₂S或活性氧（reactive oxygen species, ROS）响应的智能水凝胶实现炎症部位靶向释放。
   4.1.2 薄膜启发封装：模拟天然生物膜结构，如枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis, BS）的自分泌生物膜、细菌纤维素/普鲁兰多糖基质，提高胃肠道定植和抗抗生素能力。
   4.1.3 微球封装：采用海藻酸钠-MgO纳米颗粒复合微球、pH响应DNA微胶囊等，实现上消化道高保护和结肠病变部位智能释放。
   4.1.4 逐层（Layer by layer, LbL）封装：交替沉积聚电解质（壳聚糖（chitosan, CS）/羧甲基纤维素（carboxymethyl cellulose, CMC）等）形成多层纳米涂层，增强胃肠道耐受性和小肠靶向定植。
   4.1.5 乳化：利用水包油包水（W/O/W）双重乳液或内层-中层-外层乳液，温和地包封益生菌并提升储存稳定性。
   4.1.6 天然细胞膜涂层：利用酵母膜（yeast membrane, YM）、akkermansia膜（AKK membrane, AKM）或红细胞膜包裹益生菌，赋予其免疫逃逸和黏膜黏附特性。
   4.1.7 静电相互作用介导的封装：利用益生菌表面负电荷与带正电材料（如氨基改性聚-β-环糊精）通过静电吸附形成保护性外壳。
   4.2 生物修饰方法
   4.2.1 基因工程方法：通过CRISPR-Cas等技术改造益生菌，使其表达特定治疗蛋白（如抗TNF-α纳米抗体、N-酰基磷脂酰乙醇胺偏好性磷脂酶D（NAPE-PLD））或增强抑菌物质（如微菌素MccM）的分泌，并结合物理涂层提升体内存留。
   4.2.2 其他方法：利用益生菌自身锰离子触发多巴胺聚合形成聚多巴胺（polydopamine, PDA）纳米壳；或将益生菌负载于巨噬细胞衍生的凝胶化平台中，实现炎症组织靶向递送。
   4.3 化学修饰方法
   4.3.1 EDC/NHS化学：通过1-乙基-3-（3-二甲基氨基丙基）碳二亚胺/N-羟基琥珀酰亚胺（EDC/NHS）介导的酰胺键将适配体或脂质体共价连接到细菌表面，实现靶向和可控释放。
   4.3.2 生物正交化学：利用叠氮-二苯并环辛炔（azide-dibenzocyclooctyne, DBCO）点击化学反应，在无内源性干扰下对益生菌表面进行代谢标记和功能化涂层组装。
   4.3.3 其他：包括硫醇化修饰增强黏液黏附、聚多巴胺-明胶/羧甲基纤维素（PDA-gelatin/sodium carboxymethyl cellulose, GC）近红外触发涂层等。
5. 5.
   用于IBD口服治疗的益生菌
   5.1 大肠杆菌Nissle 1917（Escherichia coli Nissle 1917, EcN）
   EcN凭借K5荚膜多糖和鞭毛蛋白增强肠道定植，经基因工程改造可表达IL-2、Sj16、elafin或调节色氨酸代谢，结合递送系统（如水凝胶微球、逐层涂层）显著提升免疫调节、屏障修复和微生物群重塑效果。
   5.2 乳杆菌属（Lactobacillus）
   5.2.1 鼠李糖乳杆菌（L. rhamnosus）：通过金属酚网络（metal-phenolic networks, MPNs）涂层或酸处理灵芝孢子壳载体增强其结肠黏附和紧密连接蛋白表达。
   5.2.2 植物乳杆菌（L. plantarum）：采用单宁酸（tannic acid, TA）-钙网络/多糖双层封装或β-葡聚糖（β-glucan, GN）逐层涂层，有效缓解DSS诱导的结肠炎。
   5.2.3 其他：包括嗜酸乳杆菌（L. acidophilus）双重乳液、唾液乳杆菌（Ligilactobacillus salivarius）Li01逐层封装、约氏乳杆菌（L. johnsonii）聚-β-羟基丁酸酯（poly-β-hydroxybutyrate, PHB）生物膜等。
   5.3 两歧双歧杆菌（Bifidobacterium bifidum）
   基因工程菌株BGN4-SK和BGN4-pBESIL10分别分泌超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）/过氧化氢酶（catalase, CAT）和IL-10，表面PDA-二氧化铈（CeO₂）涂层赋予其优异的活性氧清除能力。
   5.4 阿克曼菌（Akkermansia muciniphila, AKM）
   利用嗜黏蛋白阿克曼菌膜仿生涂层和明胶多孔微凝胶（AKK@GPMGs）保护，增强其厌氧存活和结肠炎症靶向。
   5.5 枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis, BS）
   孢子形成特性使其天然耐受极端环境，结合蓝藻共生系统（ASp@BS）或酵母细胞壁微粒（Rh-YBS）共封装，可进一步改善缺氧微环境和黏膜修复。
6. 6.
   IBD口服益生菌递送系统的挑战
   6.1 表面修饰影响益生菌的生物活性
   涂层厚度、降解速率和释放阈值若设计不当，可能阻碍营养物质传输并抑制益生菌增殖和代谢信号传导。需开发多孔疏松涂层结构及与响应性启动子协同的调节系统。
   6.2 制定肠道环境抵抗策略的不足
   当前策略多聚焦于胃酸抵抗，对胆汁酸和肠液中消化酶的耐受机制研究不足。未来应探索酶响应材料和双歧杆菌等严格厌氧菌的针对性保护方案。

总体而言，该综述系统阐述了口服益生菌治疗IBD的创新策略，强调从单一物理封装向多功能协同系统转变，并呼吁将机制研究深度融入递送系统设计，以实现高效、安全的临床转化。