SCA-22微胶囊通过增强肠道屏障功能与微生物稳态提升团头鲂抗嗜水气单胞菌感染能力

《Water Biology and Security》：SCA-22 capsules resist Aeromonas hydrophila through enhanced resistance and maintained microbial homeostasis in Megalobrama amblycephala

本研究针对水产养殖中口服重组细胞因子易被酶降解、生物利用度低的问题，开发了海藻酸钠/羧甲基壳聚糖/虾青素（SA/CMCS/ASTA）包裹的重组团头鲂白细胞介素-22（SCA-22）微胶囊。研究证实SCA-22能显著延长肠道滞留时间，增强宿主对嗜水气单胞菌感染的抵抗力，并通过改善黏液层连续性、促进闭锁小带蛋白1（ZO-1）表达、激活核因子E2相关因子2（NRF2）抗氧化通路、抑制NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3（NLRP3）炎症小体及调节肠道菌群稳态等多重机制发挥作用。该研究为水产细菌性肠炎的防治提供了新策略，推动了重组细胞因子在水产疾病管理中的应用。

　　

在水产养殖业中，细菌性疾病一直是制约产业健康发展的关键因素。其中，由嗜水气单胞菌（Aeromonas hydrophila）引发的肠炎对团头鲂（Megalobrama amblycephala）等经济鱼种造成严重损失。尽管重组细胞因子（如白细胞介素-22）在哺乳动物中展现出显著的免疫调节潜力，但其在水产口服应用时面临消化酶降解、生物利用度低的难题。如何通过高效递送系统保护活性蛋白、延长肠道作用时间，成为突破技术瓶颈的核心。

为此，华中农业大学的研究团队在《Water Biology and Security》发表论文，开发了一种新型SA/CMCS/ASTA-rMaIL-22（SCA-22）微胶囊，并系统评估了其抗感染效果与机制。研究发现，SCA-22微胶囊的封装效率达87.00±2.65%，粒径均一（1.752±0.139 mm），且能在肠道内滞留超过12小时，显著优于游离rMaIL-22。组织病理学分析证实SCA-22具有良好的生物相容性，长期给药未引起肠、肝、脾组织损伤。攻毒实验表明，SCA-22将感染后团头鲂的存活率从43%（对照组）提升至69%，并有效缓解肠道水肿和黏膜层分离等病理特征。

关键技术方法

研究通过乳化-交联法制备SCA-22微胶囊，优化SA、CMCS、ASTA与CaCl₂浓度；利用活体成像系统（IVIS）追踪FITC标记蛋白的肠道分布；采用组织化学染色（HE、PAS）、免疫荧光（ZO-1、ROS）和蛋白质印迹（Western blot）分析肠道屏障与抗氧化指标；通过16S rRNA测序解析肠道菌群结构；结合qPCR检测炎症因子与黏蛋白基因表达。实验鱼来源为湖北汉川恒兴渔场，体重30±2 g。

3.1. SCA-22微胶囊在肠道内表现出优异的耐受性

通过荧光标记与活体成像验证，SCA-22在肠道前、中、后段均能长时间滞留，8小时后仍检测到显著信号，而游离rMaIL-22在8小时已完全降解。结果表明微胶囊结构有效抵抗了肠道酶解作用。

3.2. SCA-22具备优良生物安全性并增强抗感染能力

7天喂养实验显示，SCA-22未引起肠道形态或肝脾组织病变。攻毒后，SCA-22组存活率显著高于其他组，并显著减轻肠道黏膜下层水肿和固有层肿胀。

3.3. SCA-22改善肠道黏膜屏障功能

PAS染色显示SCA-22显著增加杯状细胞数量、修复黏液层连续性；免疫荧光证实ZO-1蛋白表达恢复；血浆DAO与D-LAC水平下降，表明肠道通透性降低。qPCR分析发现SCA-22上调黏蛋白（mucin 2/3/5ac/5b）和紧密连接蛋白（zo-1、occludin、claudin家族）基因，抑制Notch信号通路。

3.4. SCA-22增强抗氧化防御并抑制炎症反应

Western blot显示SCA-22促进NRF2核转位，提升CAT与T-SOD活性，减少ROS积累。同时，SCA-22显著抑制NLRP3炎症小体组分（nlrp3、asc、caspase-1）和促炎因子（il-1β、tnf-α、il-6）表达，促进抗炎因子il-10与tgf-β分泌。

3.5. SCA-22维持肠道微生物稳态

16S测序显示SCA-22组肠道菌群Chao1与Shannon指数升高，菌群结构更接近健康组。致病菌嗜水气单胞菌（Aeromonas）丰度显著降低，而有益菌芽孢杆菌（Bacillus）富集。KEGG分析表明微生物功能中“抗生素生物合成”“代谢通路”等功能增强。

结论与讨论

本研究首次将SA/CMCS/ASTA微胶囊系统用于鱼类重组细胞因子递送，证实SCA-22通过“黏膜-抗氧化-免疫-微生物”四重屏障协同作用增强宿主防御力。其机制涉及：

1. 1.
   物理屏障保护：微胶囊延长IL-22肠道滞留，克服酶降解难题；
2. 2.
   黏膜屏障修复：通过调节杯状细胞分化与紧密连接蛋白表达，降低肠道通透性；
3. 3.
   氧化应激调控：激活NRF2通路，提升抗氧化酶活性，抑制ROS-NLRP3炎症轴；
4. 4.
   微生物生态重塑：抑制病原菌定植，促进有益菌功能。
   该策略为无胃鱼口服免疫调节剂开发提供了新思路，兼具应用潜力与生态安全性。未来需进一步优化微胶囊在饲料加工中的稳定性，推动其产业化应用。