潰瘍性結腸炎（UC）是一種慢性、復發性的腸道粘膜損傷，主要表現為腸粘液層耗竭、緊密連接異常和腸屏障功能障礙。腸粘液層和緊密連接是密不可分的。當二者受損時，病原菌和毒素入侵損傷腸上皮并引發炎癥反饋循環，從而使UC逐漸惡化。目前，口服微生態制劑調控腸道內穩態在治療腸道疾病方面展現出較大應用前景。然而，現有益生菌無法有效修復腸粘膜屏障并終止炎癥反饋循環，使其療效受到限制。此外，口服益生菌受到胃腸道內的惡劣環境(強酸、消化酶和氧化應激等)影響；益生菌腸道內定殖不足、無法靶向投遞到腸炎部位；腸道病理環境中匱乏的營養支持等因素的限制，且益生菌消耗粘蛋白（MUC）會造成腸道損傷。這些情況嚴重阻礙了口服微生態制劑在腸道疾病上的應用。因此，研制新型益生菌復合體使其能夠克服上述不足成為臨床的迫切需要。
近期，西安交通大學第一附屬醫院佘軍軍教授/王雅助理研究員/生命學院吳道澄教授團隊利用新型益生菌Akkermansia muciniphila（AKK）研發了一種胃腸道自適應和營養自供的Akkermansia muciniphila-明膠多孔微凝膠（AKK@GPMGs），并提出了通過類似“創可貼”的方法精準靶向覆蓋炎癥部位以修復腸粘膜屏障、打破炎癥反饋循環協同治療UC的策略（圖 1）。
圖 1. 胃腸道自適應和營養自供的Akkermansia muciniphila-明膠多孔微凝膠協同治療潰瘍性結腸炎。（A）AKK@GPMGs的制備。（B）AKK@GPMGs的性能和協同靶向治療。
圖 3. AKK@GPMGs的制備與表征。(A) 不同條件下制備的多孔微凝膠的TEM圖像。多孔微凝膠的（B）粒徑、（C）孔徑分布和（D）形狀記憶特性。多孔微凝膠經受（E）胃酸和（F）MMP 后的SEM圖像。AKK@GPMGs的（G）SEM和（H）LSCM圖像。
圖 4. AKK@GPMGs對胃腸道環境的抵抗力、MMP響應的釋放行為以及營養自供特性。益生菌經受（A）SGF（pH 2.0）；（B）SIF（pH 6.8）；（C）膽鹽（3 mg/mL）后的存活率。AKK@GPMGs 在（D）模擬胃腸道和（F）MMP環境中消化過程的SEM圖像以及釋放曲線。AKK和AKK@PMP在BHI或BHI + 0.05% 粘蛋白培養基中增殖情況。（D）流式細胞儀檢測AKK對粘蛋白的內化情況。
體外實驗結果見圖4，可以發現AKK@GPMGs在SGF、SIF和膽鹽中具有良好的抗性，將益生菌在SGF中的存活率提升30.49倍，有效保護了益生菌在胃腸道輸送過程中的活力。AKK@GPMGs在模擬的胃腸道環境中保持形態穩定，內部負載的益生菌幾乎無釋放，而在含有MMP腸液中被迅速裂解，內部負載的益生菌被快速釋放出來，在40 min內達到約99.96%的釋放率。此外，AKK@PMP在營養匱乏的環境中可為自身的生長提供營養支持，從而為其在營養缺乏的腸炎環境中發揮作用提供了有效保障。
圖 5. AKK@GPMGs的ROS清除和粘膜粘附能力。（A）NCM 460 細胞經100μM H2O2 和材料處理后的LSCM圖像。（B）DCFH-DA熒光強度定量。（C）O2?-、（D）?OH和（E）DPPH的清除率。小鼠的（F）結腸、（G）腸道熒光和（H）體內生物熒光圖像。（I）結腸和（J）腸道的熒光定量。（K）體內熒光強度衰減曲線。
圖 6. AKK@GPMGs對DSS誘導的結腸炎的療效。（A）建模和治療示意圖。（B）小鼠體重變化。（C）DAI 評分。小鼠（D）結腸、（E）肛周照片和（F）結腸長度。（G）脾臟重量。小鼠結腸組織中（H）IL-6、（I）TNF-α、（J）IL-10 和（K）MPO 的表達水平。（L）結腸組織H&E、AB-PAS和ROS圖像。（M）結腸內窺鏡圖像。（N）結腸組織學評分。（O）小鼠血清中FITC-葡聚糖的熒光強度。
此外，AKK@GPMGs能夠有效地逆轉結腸炎小鼠腸道微生物群失調（圖7）。與PBS組相比，AKK@GPMGs組的物種豐富度明顯增加。α多樣性指數，即香農指數和辛普森多樣性指數表明，AKK@GPMGs治療組與正常小鼠的差異顯著縮小，表明AKK@GPMGs有效恢復了腸道微生物的多樣性。此外，主坐標分析顯示AKK@GPMGs將腸炎小鼠的微生物群特征恢復至與健康小鼠最相似的狀態。AKK@GPMGs顯著了提高有益微生物的豐度，如包括乳酸菌科、擬桿菌科和疣微菌科，并減少了有害微生物的豐度，如腸桿菌科、脫硫弧菌科以及紫單胞菌科等。
全文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.4c07658
