益生菌“背包”有望治疗炎症性肠病

诸平

This schematic illustration shows probiotic bacteria (teal) coated in a layer of biomaterial as they travel through a human intestine. Attached to the bacteria are reactive oxygen species nano-scavengers. Credit: Quanyin Hu

据美国威斯康星大学麦迪逊分校（University of Wisconsin-Madison）2022年11月11日报道，益生菌“背包”有望治疗炎症性肠病（Probiotic 'backpacks' show promise for treating inflammatory bowel diseases）。

就像精英消防员进入荒野去扑灭不受控制的大火一样，当益生菌拥有最好的装备时，它们在抑制肠道炎症方面做得更好。美国威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员进行的一项新研究表明，一些装备精良的肠道友好型细菌对于改善炎症性肠病(inflammatory bowel disease简称IBD)的治疗有多么大的希望，包括克罗恩病（Crohn's disease）和溃疡性结肠炎（ulcerative colitis）。相关研究结果于2022年11月11日已经在《科学进展》（Science Advances）杂志网站发表——Jun Liu, Yixin Wang, William John Heelan, Yu Chen, Zhaoting Li, Quanyin Hu. Mucoadhesive probiotic backpacks with ROS nano-scavengers enhance the bacteriotherapy for inflammatory bowel diseases. Science Advances, 11 Nov 2022. Vol 8, Issue 45. DOI: 10.1126/sciadv.abp8798. http://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abp8798

这项研究由生物医学工程师、威斯康星大学麦迪逊药学院（UW–Madison School of Pharmacy）教授胡全银（Quanyin Hu音译）领导，建立在该团队之前设计的（previously designed）技术基础上。先前的技术将有益细菌（beneficial bacteria）包裹在一个非常薄的保护壳内，帮助它们在胃酸和竞争微生物的冲击下存活足够长的时间，以便在小鼠的肠道中建立和繁殖。

虽然这项技术使口服益生菌更有效，但IBD是一种复杂的疾病，通常涉及的不仅仅是肠道微生物群落的紊乱。

“IBD是一种复杂的疾病，需要从不同的角度来治疗它，”胡全银说。

因此，胡全银和他的同事们设计了专门的纳米颗粒（nanoparticles）来中和IBD中涉及的分子。他们还想出了一种方法，在将这些纳米颗粒“背包”包裹在保护涂层中之后，将它们附着在有益的细菌上。结合益生菌本身，这些纳米颗粒背包可以显著改善和简化IBD治疗。

虽然IBD的根本原因很复杂，仍在研究之中，但其中一个罪魁祸首与活性氧（reactive oxygen species）的过量生产有关。这些活性氧分子对某些人体功能至关重要，但在肠道中过多的这些分子会加剧肠道内壁的破坏性炎症。

纳米颗粒背包（nanoparticle backpacks）登场了。这些微粒部分是硫化物（sulfide），部分是透明质酸（hyaluronic acid）。这种酸有很强的抗炎作用，硫化物直接针对活性氧。

胡全银的最新研究表明，在小鼠身上进行的保护外壳和配备纳米颗粒背包的益生菌大肠埃希氏杆菌（Escherichia coli Nissle 1917）在缓解IBD症状方面明显优于没有额外装备的益生菌。

研究人员通过两种方法估计了此治疗的效果:通过测量患有IBD的小鼠的体重变化和结肠长度的变化，这些小鼠分别接受了治疗和没有接受治疗。

和人类一样，患有炎症性肠病的小鼠随着疾病的发展通常会出现体重减轻和结肠缩短的情况。胡全银和他的同事发现，与接受部分治疗或不接受治疗的小鼠相比，接受完全治疗的小鼠体重减轻的程度最小，结肠缩短的程度也小得多。

目前的治疗方案取决于疾病的阶段和严重程度，而胡全银和他的同事说，他们已经找到了一种更全面的治疗方法，可以在任何阶段都有效。

胡全银说：“对我来说，这是这项研究中最令人兴奋的部分，我们不想针对特定的IBD阶段。我们想要选择在任何阶段有助于治愈或治疗疾病的最重要因素。”

此外，这种治疗是口服的，这可能使它成为其它更有侵入性的IBD治疗形式(如部分或完全切除结肠)的一种令人满意的替代方案。

虽然结果很有希望，但要在人体上进行试验还需要一段时间。

胡全银的下一步目标是测试纳米颗粒背包是否能与其他益生菌（other probiotic bacteria species）有效结合，并记录治疗（treatment）是否有任何不受欢迎的副作用。简化制造和附着纳米背包的过程对于使这种治疗在临床上可行也至关重要。

这项工作得到了卡蓬癌症中心（P30CA014520-UW Carbone Cancer Center support grant）、UWCCC免疫/免疫治疗试点奖（UWCCC Immunology/Immunotherapy Pilot award）和威斯康星大学麦迪逊分校启动包（the start-up package from the University of Wisconsin-Madison）的支持。

上述介绍，仅供参考。欲了解更多信息，敬请注意浏览原文或者相关报道。

Nanoparticle relieved symptoms of inflammatory bowel disease in mice

Abstract

Inflammatory bowel diseases (IBDs) are often associated with elevated levels of reactive oxygen species (ROS) and highly dysregulated gut microbiota. In this study, we synthesized a polymer of hyaluronic acid–poly(propylene sulfide) (HA-PPS) and developed ROS-scavenging nanoparticles (HPN) that could effectively scavenge ROS. To achieve colon tissue targeting effects, the HPN nanoparticles were conjugated to the surface of modified probiotic Escherichia coli Nissle 1917 (EcN). To enhance the bacteriotherapy of EcN, we encapsulated EcN cells with a poly-norepinephrine (NE) layer that can protect EcN against environmental assaults to improve the viability of EcN in oral delivery and prolong the retention time of EcN in the intestine due to its strong mucoadhesive capability. In the dextran sulfate sodium–induced mouse colitis models, HPN-NE-EcN showed substantially enhanced prophylactic and therapeutic efficacy. Furthermore, the abundance and diversity of gut microbiota were increased after treatment with HPN-NE-EcN, contributing to the alleviation of IBDs.