文章引自光影 生物医学科研之家
背景
肠道是人体最大的免疫器官，当其持续暴露于肠道内容物时，会过度防御无害抗原，从而导致慢性肠道炎症。免疫细胞的募集和浸润、促炎因子的分泌以及活性氧 (ROS)的积聚会导致组织损伤、溃疡，最终导致炎性肠病的发作 (IBD)。IBD病的血性腹泻、腹痛和其他并发症会严重损害生活质量并导致经济负担。然而，5-氨基水杨酸 (5-ASA)和糖皮质激素作为面前的一线治疗药物，由于其非特异性抗炎特性而引起多种副作用。尽管已开发了英夫利昔单抗等新型生物疗法，但这些生物疗法不仅价格昂贵，而且无应答率为30%，耐药率每年增加20%。近年来，具有免疫调节能力的材料受到了广泛关注。通过氧化还原活性靶向ROS的纳米颗粒，或通过小干扰RNA介导的遗传调节靶向细胞因子的纳米颗粒，以及具有抗炎连接的聚合物被开发用于治疗结肠炎。尽管这些免疫疗法在小鼠中取得了初步的成功，但健康的菌群群落也是至关重要的，因为没有它们，免疫稳态就无法维持。
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主要结果
HA-SH的合成及HA-SH-Ag/海藻酸钙微球的制备
受巯基化聚合物与肠粘液糖蛋白的半胱氨酸亚结构域之间反应的启发，根据之前的报告制备了巯基化-HA聚合物。质子核磁共振 (1H NMR)和傅里叶变换红外光谱 (FTIR)证实了HA-SH的成功合成 (图1a)。采用气体剪切法大规模制备均相微球。与微流体方法相比，该方法为一步法且不含油，可通过提高聚合物溶液的流速来扩大生产规模，这种方法更有效且生物相容性更好。如图1b、c所示，HA-SH-Ag水凝胶微球 (HMs)由气体剪切设备制备，尺寸为低分散性，产率约为100mg/分钟。其次，在HMs表面包覆一层海藻酸钙水凝胶外壳，由于其耐酸性可以保护核心微球实现成功的结肠靶向给药。通过分别用罗丹明和异硫氰酸荧光素标记藻酸盐和HA-SH，观察微球的核壳结构。扫描电镜下，HMs和HAMs表面均光滑，能谱仪检测到其元素在表面的分布，进一步验证了核壳结构 (图1d，e)。
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HAMs的特征
在HAMs降解过程中，Ag+和HA-SH聚合物逐渐被释放出来。既往研究报道，Ag+通过破坏细胞膜，影响铁硫蛋白降低其酶活性，从而发挥其抗细菌能力。Ag+自古以来就被用作抗菌剂，同时有大量证据支持异常菌群在IBD病发病中的重要作用。因此，我们首先通过涂布板法 (图2a)和Kindy Bauer法评估了HAMs的抗菌能力。HAMs组中菌落计数 (图2b，c)，抑菌圈直径显著降低，表明火腿对大肠杆菌和啮齿柠檬酸杆菌这一诱发小鼠结肠炎的病原菌具有良好的抑菌能力，但相对于抗生素较弱。
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HAMs在DSS诱导的结肠炎小鼠模型中的优异治疗效果
上述研究考察了HA-SH的体外抗炎能力和抗菌潜力，以及HAMs在炎症结肠黏膜中的黏连能力。因此，开展体内研究评价HAMs的治疗效果势在必行。引入DSS诱导结肠炎这一最常用的IBD动物模型来模拟IBD病。通过饮用水口服DSS会损伤上皮细胞，破坏肠屏障，导致后续腔内微生物群侵入，导致炎症。我们选择IBD一线抗炎治疗药物5-氨基水杨酸 (5-ASA)作为阳性对照，评估HAMs的治疗效果。所有小鼠随机分为6组：对照组、HAMs组、DSS组、DSS + HAMs组、DSS + HA-SH组、DSS + 5-ASA组。前两组均提供无菌水，其余均提供含3% w/v DSS的水。其他治疗分别给予每日口服灌胃 (图3a)。
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HAMs调控肠道菌群的16S rRNA测序分析
众所周知，肠道菌群的紊乱与IBD密切相关，Ag+具有广谱的杀菌作用。然而，消灭益生菌等特定菌落也可能危害肠道微环境的健康。因此，为了研究HAMs是否以及如何影响肠道微生物群的组成或丰度，我们采用先进的16S rRNA测序技术对小鼠肠道细菌组成进行了深入分析。我们发现三个组 (对照组、DSS组和DSS + HAMs组)之间在群落丰富度和α多样性方面没有显著差异 (图5a)，这可能是由于建模周期短。然而，主坐标分析表明，HAMs治疗显著改变了结肠炎小鼠的菌群组成 (图5b)。此时，与对照组相比，DSS治疗也改变了细菌群落的组成；我们查阅了文献，发现这是一种普遍现象。
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结论及展望
综上所述，我们设计了一种新型治疗系统，即口服核壳微球，该微球靶向结肠崩解并释放HA-SH-Ag水凝胶，以调节肠道炎症和菌群组成以及组织修复过程。由于海藻酸盐水凝胶的保护壳靶向结肠，HA-SH的粘膜粘附性使微球聚集到发炎的结肠粘膜，该系统减少了系统暴露，延长了局部药物停留时间，最大限度地提高了药物的生物利用度。核心微球不仅通过抑制促炎细胞因子的分泌、诱导M2分化主导的免疫反应来调节肠道炎症，还通过增加益生菌的丰度、抑制有害菌群来发挥正向菌群调节作用。此外，先进的气体剪切技术和离子扩散法相结合的制备工艺效率高，在临床转化中具有很大的可行性，为药物或细胞的口服递送提供了一个多功能的平台。此外，我们还发现HA-SH具有被忽视的优越的抗炎特性。总的来说，这种治疗系统为全面的IBD治疗提供了新的视角。
原文链接
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202101619
参考文献
1.Liu Hua,Cai Zhengwei,Wang Fei et al. Colon-Targeted Adhesive Hydrogel Microsphere for Regulation of Gut Immunity and Flora.[J] .Adv Sci (Weinh), 2021, undefined: e2101619.