《Small》：Oral Microalgae-Laden Hydrogels Modulating the Intestinal Microbiota Metabolism for Acute Alcohol-Induced Liver Injury Therapy
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急性酒精性肝损伤（ALI）是一种日益严重的全球性健康问题，其根源在于缺乏靶向治疗手段、难以维持戒酒状态以及高死亡率。常规治疗策略（如糖皮质激素和营养补充）由于疗效不稳定、显著的不良反应以及对潜在发病机制的认识有限，仍非最优选择。本研究提出了一种由蛋白核小球藻（
急性酒精性肝损伤（ALI）是一种日益严重的全球性健康问题，其根源在于缺乏靶向治疗手段、难以维持戒酒状态以及高死亡率。常规治疗策略（如糖皮质激素和营养补充）由于疗效不稳定、显著的不良反应以及对潜在发病机制的认识有限，仍非最优选择。本研究提出了一种由蛋白核小球藻（CP）和可食用多糖制备的活体食品级微藻负载水凝胶（FMH），用于ALI的治疗。天然多糖支架能够支持微藻的高效原位自养生长，其产率较常规悬浮培养提高2.7倍。研究人员验证了所得FMH的生物安全性与营养功能，并确认了其在生理和心理层面的贡献。将FMH作为膳食干预手段，可通过调节氧化应激、恢复免疫平衡和正常化肠道菌群来减轻乙醇诱导的肝毒性，从而治疗急性ALI。该系统不仅作为ALI管理的膳食干预具有转化潜力，也为新兴生物医学应用中活体生物治疗药物的口服递送建立了平台。
## 论文解读：口服微藻负载水凝胶的多维调控策略在急性酒精性肝损伤治疗中的应用
### 研究背景与科学问题
酒精相关肝病作为日益加重的全球健康负担，主要由过量饮酒诱发，其病理状态谱系涵盖酒精性肝炎、肝硬化乃至急性肝功能衰竭。其中，急性酒精性肝损伤（acute alcohol-induced liver injury, ALI）以其起病突然、进展迅速和高死亡率为特征，给临床管理带来重大挑战，包括肝衰竭加速进展、多器官损伤和患者生存率下降。当前临床策略主要强调持续戒酒和全面营养管理，重症酒精性肝炎则使用糖皮质激素；然而，由于酒精复饮率居高不下及类固醇剂量受限，上述方法的实效有限。此外，ALI背后的多维病理机制尚未完全阐明，如氧化应激级联、免疫稳态破坏及肠-肝轴损伤之间错综复杂的相互作用，导致现有以糖皮质激素和营养支持为基础的治疗方案疗效欠佳、不良反应显著，且难以针对核心致病通路。因此，亟需开发安全有效的治疗手段并解析其复杂致病网络。
微藻因其丰富的营养成分、快速生长速率和高生物量产率而受到全球食品与饲料生产领域的广泛关注。以蛋白核小球藻（Chlorella pyrenoidosa, CP）为例，其具备完整的营养组成，包括高含量可生物利用蛋白、多不饱和脂肪酸和功能性碳水化合物，并可积累类胡萝卜素、维生素和酚类化合物等具有免疫调节、抗氧化和抗糖尿病等药理活性的次级代谢产物。此外，活体CP可通过促进有益菌生长来恢复肠道屏障完整性和平衡紊乱的肠道菌群。然而，干微藻粉末直接口服可能无法充分发挥其生物潜力，因为粉末制剂对胃内恶劣环境的保护能力有限，会损害细胞活力并削弱活体微藻的生物功能。相比之下，水凝胶口服递送系统能够建立保护性聚合物网络并延长胃肠道内局部滞留时间，为活体微藻提供适宜的微环境，保持其功能以与肠道菌群和黏膜组织相互作用。
### 研究方法概述
研究人员开发了一种食品级微藻负载水凝胶（food-grade microalgae-laden hydrogel, FMH）系统，其制备以食品级海藻酸钠（sodium alginate, SA）、卡拉胶（carrageenan, CA）和蛋白核小球藻（CP）为组分，通过简单模塑成型获得可定制化柔性结构的活性材料。通过扫描电子显微镜、流变学测试和质地剖面分析等表征了材料性能；利用CCK-8检测和活/死染色评估细胞相容性；通过小鼠28天喂养试验和系列行为学测试（高架十字迷宫、旷场实验、悬尾实验、强迫游泳实验）评估体内安全性；借助16S rRNA基因扩增测序分析肠道菌群组成；结合血清及肝组织生化指标检测和病理组织学检查评估治疗效果。小鼠为6周龄雄性C57BL/6J小鼠，购自江苏集萃药康生物科技股份有限公司。
### 主要研究结果
#### 2.1 FMH的制备与表征
研究人员选取食品级SA和CA作为可食用多糖与微藻共混制备FMH，并比较了三种不同类型的食品级CA（CA-meat、CA-jam和CA-jelly）。结果显示采用CA-jam制备的FMH-jam在SA/CA比为1/3时表现出自支撑性能。Ca2?交联后，FMH-jam在压缩条件下展现优于其他两种CA材料的弹性和结构完整性，其质地特征与市售软糖（gummy candy, GC）相似。在培养过程中，添加BG11培养基的FMH在7天后呈现从绿色到深绿色的明显颜色变化，而FMH中小球藻产率显著高于传统液体培养（分别为8.4 ± 0.2 g L?1和3.1 ± 0.1 g L?1），提高约2.7倍。SEM图像证实FMH支架的多孔水凝胶结构和CP细胞结构在7天培养后均保持完好。培养期间蛋白质、碳水化合物和类胡萝卜素等营养成分随CP生物量增长呈现相似的增长趋势。此外，采用较大模具可实现FMH的规模化制备。
#### 2.2 FMH的生物相容性与生物安全性
通过体外和体内实验综合评估了FMH的安全性和生物相容性。CCK-8检测和活/死染色显示FMH对人肝细胞THLE-3无显著细胞毒性。28天喂养试验中，正常饮食（ND）组和FMH组体重增长相当，而水凝胶饮食（HD）组体重增长甚微，表明微藻组分有效弥补了水凝胶基质的热量不足，可能归因于CP富含蛋白质（约占干重60%）和多不饱和脂肪酸。肝脏指数在ND（4.57% ± 0.20）、HD（4.43% ± 0.16）和FMH（4.35% ± 0.19）组间无显著差异。行为学测试显示FMH干预未引起焦虑样或抑郁样行为，也未抑制自发运动活性。血液学分析表明FMH组的白细胞和红细胞计数维持正常阈值，血清AST/ALT比值和尿素水平等肾功能指标均处于生理水平。组织病理学检查确认各组肝小叶结构完整，无脂肪变性、炎性浸润或纤维化，心脏、脾脏、肺、肾和结肠组织均未见病理改变。
#### 2.3 FMH对ALI小鼠氧化应激、脂质代谢和炎症的调节
通过口服乙醇（50%，20 mL kg?1 bw）建立ALI病理模型，以水飞蓟素（silymarin, Sil）为阳性对照。翻正反射消失（LORR）试验结果显示，FMH有效延长酒精耐受时间（Ttol）并显著缩短恢复时间（ΔT），与模型对照组（MC）相比ΔT减少46.7%，优于Sil组的30.2%。空白水凝胶组与MC组无显著差异，表明FMH的有益效应主要来自包封的微藻。与MC组相比，FMH干预显著降低血清ALT（56.97%）、AST（49.51%）和GGT（45.62%），其疗效超越Sil（分别仅降低35.01%、39.52%和15.03%），并有效保护肝细胞膜完整性。组织病理学显示FMH治疗组肝脏基本维持正常大体形态，仅见少量微泡性脂滴，炎症浸润显著减少。FMH还使血清和肝组织的总胆固醇（TC）和甘油三酯（TG）水平恢复正常。
在氧化应激方面，MC组较NC组血清SOD活性（25.24 U mL?1）、GSH含量（1.26 μmol L?1）和CAT活性（646.41 U mL?1）显著降低，MDA水平（9.47 nmol mL?1）显著升高；FMH组则显著改善上述指标（SOD升至42.93 U mL?1，GSH升至1.36 μmol L?1，CAT升至968.42 U mL?1，MDA降至8.20 nmol mL?1），肝组织中呈现一致趋势。FMH还降低了促炎细胞因子IL-1β（降低20.71%）、TNF-α（降低11.52%）和IL-6（降低14.74%），同时升高抗炎因子IL-10（升高25.41%），表明其对氧化与炎症级联的双重修复作用。
#### 2.4 FMH预防ALI中的肠道菌群失调
16S rRNA基因扩增测序分析显示，MC组α多样性（Chao和Shannon指数）显著降低，而FMH组有效缓解乙醇诱导的物种丰富度下降。基于Bray-Curtis距离的主成分分析（PCA）显示FMH处理小鼠的微生物群落与MC组明显分离，且更接近NC和Sil组成（R2 = 0.2711，p = 0.001）。在门水平上，MC组呈现有益菌Bacteroidota丰度降低和致病共生菌Firmicutes增多的失衡，FMH治疗后有效逆转这一趋势并使F/B比恢复正常。在科水平上，FMH提升了Muribaculaceae等产丙酸和丁酸的有益菌群丰度，同时减少了Prevotellaceae和Enterobacteriaceae等潜在病原菌。属水平分析显示，FMH逆转了酒精诱导的norank_f_Muribaculaceae和Oscillibacter减少以及Colidextribacter、Bilophila和unclassified_f_Eggerthellaceae的扩张。Spearman相关性分析揭示Ligilactobacillus、Oscillibacter和Akkermansia等益生菌属与肝组织TC、TG、MDA、IL-6、IL-1β、TNF-α呈负相关，而与GSH、CAT、SOD和IL-10呈正相关；Colidextribacter和Turicimonas则呈现相反的相关模式。
### 讨论与结论
本研究表明，通过将CP封装于可食用多糖中制备的口服功能性FMH系统，实现了酒精性肝损伤预防的"药食同源"策略。水凝胶限域培养系统能够生产口服活体微藻，通过协同降低肠道炎症和恢复肠道菌群稳态有效减轻酒精性肝损伤。这种限域水凝胶中的生物合成不仅为多功能活性材料的理性设计提供了重要见解，也为临床应用中递送生物活性微生物创造了广阔前景。
### 研究意义
该研究发表于《Small》期刊，其创新性体现在以下几个方面：首先，FMH系统实现了微藻的高效原位培养，无需液体培养基即可获得较常规培养提升2.7倍的产率，简化了微藻食品的生产流程；其次，FMH作为口服膳食干预手段，同时作用于氧化应激、免疫失衡和肠道菌群紊乱等多条致病通路，通过肠-肝轴发挥协同保护作用；第三，该平台为活体生物治疗药物的口服递送提供了新的技术路径，在"药食同源"理念指导下具有重要的临床转化潜力。该研究为复杂疾病的多靶点干预策略提供了范式，也为可食用活性材料的生物医学应用开辟了新的方向。
