《Food Bioscience》：Nano-Encapsulated Lactobacilli for Synergistic Alleviation of Inflammatory Bowel Disease via Anti-inflammatory and Intestinal Mucosal Repair
编辑推荐：
本研究开发了一种双精确工程前药涂层系统，通过内层Fe/TA网络清除炎症性肠病（IBD）中的过量ROS，外层HA层增强肠道黏膜靶向结合和上皮黏附，显著改善M9菌株的存活率与治疗效果，有效缓解炎症、修复屏障并调节肠道菌群，为IBD治疗提供新策略。
Hang Si | Qinggele Borjihan | Xin Li | Hairihan Li | Changming Zhang | Yongfu Chen
教育部乳品生物技术与工程重点实验室，内蒙古农业大学，内蒙古呼和浩特市，010018，中国
摘要
即用型益生菌在炎症性肠病（IBD）中显示出良好的安全性和患者接受度，但其疗效受到耐受性差和靶向性不足的限制。在这里，我们为强效益生菌Lacticaseibacillus rhamnosus Probio-M9开发了一种双重精确工程化的益生元涂层。该涂层具有内部的单宁酸-铁（Fe/TA）网络，用于清除活性氧（ROS），以及外部的透明质酸（HA）层，能够靶向结合到发炎的黏膜并增强上皮细胞粘附。这种协同设计可以减轻炎症、修复上皮屏障、调节肠道微生物群，最终在IBD中实现更佳的治疗效果。这一策略为基于益生菌的IBD干预研究提供了新的视角和可行的途径。
引言
炎症性肠病（IBD）包括溃疡性结肠炎（UC）和克罗恩病（CD），是一种慢性进行性的免疫介导的炎症性疾病，影响着全球数百万患者（Cosnes等人，2011；Kaplan & Windsor，2021；Taku等人，2020；Zhou等人，2022）。在饮食干预领域，特别是乳酸杆菌菌株的补充剂因通过调节肠道微生物群来支持肠道健康而受到广泛关注（Corfield，2015；Corr等人，2007；Kumar等人，2017；Lau & Chye，2018；Lin等人，2014；Parassol等人，2005；Tsai等人，2012；Zyrek等人，2007）。然而，口服益生菌的实际疗效受到其稳定性差的严重阻碍。益生菌极易受到胃肠道（GIT）环境的破坏，尤其是胃中的极端酸性和酶的影响，导致在到达发炎的结肠之前活细胞数量和生物活性显著下降（Sun等人，2025）。此外，它们对肠道黏膜的粘附力通常较弱，导致定植效率低和滞留时间短。因此，迫切需要开发有效的递送策略来保护益生菌免受GIT应激因素的影响，并增强其在炎症部位的靶向滞留。
基于这一前提，已经探索了多种益生菌的表面工程和包封策略。其中，可食用生物聚合物的逐层自组装技术在构建坚固的保护涂层方面受到了广泛关注（Cao等人，2023；Kunitski等人，2019；Pan等人，2021；Xie等人，2023）。一种特别有前景的候选材料是单宁酸（TA），这是一种天然多酚，富含绿茶中，具有强大的自由基清除和抗氧化活性，并且通常被美国FDA认为是安全的（Wang等人，2018）。最近的研究利用其配位化学性质与铁离子形成保护性单层涂层，有效屏蔽细菌免受外部应激因素的影响（Pan等人，2022；Xie等人，2023）。不幸的是，TA-Fe的一个关键局限性在于其在胃酸中的不稳定性，质子化会削弱涂层的保护完整性（Ejima等人，2013），并且它缺乏对炎症部位的天然靶向性。因此，采用了一种协同方法，通过LbL组装将透明质酸（HA）——具有多种介导机制的靶向递送能力（Lee等人，2020；Peng等人，2025；Wang等人，2025；Zhu等人，2024）——沉积到Fe/TA层上，从而增强了涂层益生菌的韧性和靶向递送能力。
Lacticaseibacillus rhamnosus Probio-M9（Probio-M9）是从健康人乳中分离出来的，已被多次验证具有天然的耐酸性和耐胆盐性以及出色的益生菌特性（Liu等人，2020）。具体来说，其调节肠道微生物群的强大能力使该菌株能够在多种疾病模型中发挥有益作用，包括缓解乳腺炎（Xu等人，2021）、增强抗PD-1免疫疗法的效果同时恢复抗生素破坏的小鼠肠道微生物群（Gao等人，2021），以及抑制某些肿瘤的生长和起始（Zhang等人，2020；Zhang等人，2022）。然而，其对抗IBD的疗效受到高肠道ROS水平的限制，这些ROS水平会损害其存活和定植，从而影响其疗效。为了增强Probio-M9的靶向递送和治疗效果，我们开发了一种双层涂层系统，通过依次用TA-Fe复合物和HA进行表面修饰，构建了核壳微胶囊（M9@Fe/TA@HA）。这种工程化的涂层旨在促进益生菌在发炎肠道中的滞留，并通过联合清除ROS和免疫调节来协同减轻肠道炎症。该系统的保护效果和治疗潜力在小鼠结肠炎模型中得到了系统评估。口服M9@Fe/TA@HA后，它可以降低疾病活动指数（DAI），减轻病理炎症，清除IBD肠道微环境中的过量活性氧（ROS），修复肠道黏膜屏障，重塑失调的肠道微生物群，并恢复肠道代谢物的稳态。重要的是，“武装”益生菌的存活能力以及重塑肠道微生物群失调和恢复肠道代谢物稳态的能力均未受到影响。总之，我们开发了一种使用食品衍生材料的易于制备的益生菌纳米包封策略，以协同减轻结肠炎，为IBD治疗提供了新的治疗见解和替代方法。
材料
单宁酸（CAS 1401-55-4）和透明质酸钠（CAS 9067-32-7）购自上海阿拉丁生化科技有限公司（中国上海）。三氯化铁（CAS 10025-77-1）购自上海浩鸿生物科技有限公司（中国上海）。Tris-HCl缓冲液（1M，pH=8.8）购自北京Solarbio科技有限公司（中国北京）。胃蛋白酶（CAS 9001-75-6）、胰蛋白酶（CAS 9002-07-7）和胆盐（CAS 8008-63-7）购自上海
M9@Fe/TA@HA的设计与表征
这种双重保护涂层是通过一个两步序列过程在Probio-M9上构建的（图1a）。首先，Fe3+离子通过静电吸引固定在Probio-M9表面。随后，单宁酸（TA）单元之间的儿茶酚-Fe3+配位结合氢键和π–π堆叠作用，驱动横向交联，形成内部的益生元层Fe/TA网络（Ejima等人，2013；Xie等人，2023）。这种沉积改变了表面
结论
总之，我们成功地为益生菌Lacticaseibacillus rhamnosus Probio-M9开发了一种双功能益生元涂层。该涂层包含内部用于清除ROS的Fe/TA网络和外部用于黏膜靶向的HA层，两者协同作用以增强益生菌的治疗效果。
CRediT作者贡献声明
Qinggele Borjihan：撰写 – 审稿与编辑、监督、研究、资金获取、概念化。Hang Si：撰写 – 原始草稿、软件、方法学、研究、数据分析。Xin Li：撰写 – 审稿与编辑。Hairihan Li：软件、方法学。Changming Zhang：软件。Yongfu Chen：监督、资金获取、概念化
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了内蒙古自治区自然科学基金（2024QN03060）、内蒙古自治区英才工程项目（2025TYL08）、内蒙古农业大学高层次/优秀博士人才引进研究启动项目（NDYB 2022-38）和内蒙古科技计划（2025KYPT0107）的支持。
