FSHW | 针对炎症性肠病的益生菌口服递送系统的最新进展：类型、机制与展望

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Introduction

炎症性肠病（IBD）是一种慢性肠道疾病，主要分为溃疡性结肠炎（UC）和克罗恩病（CD），两者的病变特征和位置有所不同。近年来，IBD的发病率在全球范围内显著上升，尤其是在城市化快速发展的地区。在干预方面，目前以非靶向干预为主，包括氨基水杨酸、糖皮质激素和免疫抑制剂等，这些药物可以抑制炎症，但未能根治病症。因此，益生菌的应用逐渐受到重视，研究表明，某些益生菌（如乳酸杆菌、双歧杆菌和链球菌）能有效改善肠炎，通过维持肠道菌群平衡和调节细胞因子分泌来促进健康。然而，益生菌在口服后容易受到胃肠道的恶劣环境影响，导致其存活率低下。因此，构建能够保护益生菌的递送系统，以提高其在结肠中的生物利用度是重要的研究方向。

基于近年来益生菌给药系统在缓解IBD方面的研究进展，宁波大学食品科学与工程学院畜产食品加工研究所潘道东教授团队殷雅欣（第一作者）和涂茂林副教授等，通过检索 Web of Science 数据库，2019年至2023年收录的有关益生菌与IBD的1 179 篇研究论文，关键词共现网络图显示，用于缓解IBD的益生菌给药系统已在小鼠模型、临床双盲实验等领域得到广泛应用。文中首先介绍了益生菌的种类以及在动物模型和临床研究中的应用。随后，综述了不同益生菌给药系统的构建策略，比较了不同系统的靶向给药能力及其对IBD的预防和缓解作用，最后阐述了益生菌的相关作用机制。

Results and discssion

益生菌的分类

能缓解IBD的益生菌主要包括乳酸杆菌、双歧杆菌、链球菌等。常见的乳酸杆菌包括植物乳杆菌、鼠李糖乳杆菌、嗜酸乳杆菌等，这些菌株已被证明能够改变肠道微生物群，减轻氧化应激和炎症，为IBD的缓解提供新见解。双歧杆菌能够维持肠道微生态平衡并具有免疫调节和抗菌作用。婴儿双歧杆菌在调节肠道微生物群、减轻炎症方面表现出色，并在动物模型中促进结肠组织恢复。链球菌的研究主要集中在嗜热链球菌，不仅有良好的发酵能力，还能产生抑制有害细菌的代谢产物，有助于缓解儿童腹泻和其他肠道疾病。总的来说，益生菌在调节肠道健康方面展现出显著的潜力，值得进一步研究和临床应用。

益生菌递送系统

文中主要介绍了微胶囊、水凝胶以及工程化菌株3 种递送系统。微胶囊常用的包埋材料包括多糖（如壳聚糖、果胶、海藻酸）和蛋白质（如明胶、乳清蛋白），这些材料具有优良的生物相容性和热稳定性，通常采用挤压或乳化技术进行包埋。水凝胶是1 种由交联聚合物链构成的三维多孔材料，具有优良的亲水性和高渗透性，广泛应用于给药系统。常用的水凝胶材料包括透明质酸、藻酸盐和壳聚糖。藻酸盐因其良好的生物相容性和无毒性，常用作给药系统的壁材。通过制备多层藻酸盐水凝胶珠，可以有效保护益生菌免受低pH胃液的影响，显著提高其存活率。透明质酸则因其优良的生物相容性和降解性，常用于靶向输送益生菌，尤其在调节肠道微生物群和减轻炎症方面表现突出。除此之外，工程化益生菌的开发愈加成熟。经过改造的益生菌已用于干预糖尿病、肠道疾病和癌症等多种疾病。大肠杆菌Nissle 1917因其易于基因操作和良好的益生特性而备受青睐。研究显示，改造后的Nissle 1917能够分泌多种抗因子，促进肠道修复和屏障功能，显著增强对结肠炎的保护作用。

益生菌缓解IBD的机制

维持肠道微生物群屏障平衡

在IBD患者中，有害菌如梭状芽孢杆菌增多，而有益菌如双歧杆菌减少。益生菌不仅直接影响肠道微生物群，还能调节其代谢产物，帮助抵御病原体。UC患者的肠道上皮细胞功能异常和黏液分泌减少导致黏液层变薄，从而增加细菌入侵并加重炎症。这表明，黏液及其屏障功能的损害会加剧炎症，因此重建肠道屏障可能成为缓解IBD的新策略。

调节免疫反应

研究表明，某些益生菌能够促进T细胞分化，调节细胞因子及肠道IgA+细胞水平，从而增强宿主的免疫功能。因此，维持必要防御机制与过度防御机制之间的平衡是缓解IBD的关键。益生菌通过激活先天性免疫，诱导适应性免疫，并调节免疫细胞及信号通路，从而减少促炎因子，增加抗炎因子，以减轻炎症。

缓解氧化应激

氧化应激在IBD的发病机制中扮演着重要角色。活性氧（ROS）是有氧代谢的副产品，也是生理过程中的关键分子。低水平的内源性ROS有助于维持正常生理功能，但过量的ROS则会引发氧化应激，加剧炎症反应，尤其是在肠道中，可能导致肠黏膜损伤和病原体入侵，刺激免疫反应，最终引发肠道疾病。益生菌作为天然抗氧化剂，能够显著降低氧化应激，并在宿主肠道中展现强抗氧化活性。乳酸杆菌和双歧杆菌可增强抗氧化酶的活性，促进抗氧化物质（如细胞外多糖、谷胱甘肽等）的生成，抑制有毒超氧阴离子的形成。此外，它们还具有结合ROS和金属螯合的能力，从而减少膜脂质过氧化、蛋白质损伤及DNA修复。

结论与展望

近年来，随着IBD发病率的逐渐升高以及传统药物干预的副作用，使用益生菌缓解IBD越来越受到人们的关注。遗传易感因素、环境因素、肠道微生物群失调以及免疫紊乱是IBD的发病机制。益生菌给药系统具有抗炎和调节肠道微生物群的作用，因此经常被用于缓解IBD。然而，无论哪种系统都有一定的缺点，因此在构建益生菌给药系统的道路上仍存在一些挑战和机遇。本文主要讨论了微胶囊、水凝胶以及工程化菌株在益生菌递送系统中的应用与挑战：

微胶囊：能够提高益生菌的活性和稳定性，但在制备过程中需要避免影响益生菌生存的因素，如过高的温度和强酸碱等。此外，现有的益生菌递送系统在储存和运输过程中可能无法有效保护益生菌，导致其降解。

水凝胶：作为壁材具有控制释放和定向给药的优点，这就要求其具备良好的生物相容性和无毒性。同时，水凝胶在生物降解过程中可能会产生副作用，这也是个需要解决的问题。

工程化菌株：具备定向给药和持续释放的潜力，可能在未来用于干预癌症等疾病。然而，目前对可工程化微生物的研究仍然有限，且一些人对转基因生物持有负面看法，这阻碍了工程化菌株的发展。

总之，IBD是一种复杂的疾病，其直接病因和病理机制仍不完全清楚。尽管大量研究显示益生菌能够调节或缓解IBD，但临床研究仍然有限，益生菌尚未得到广泛应用，未来仍需进一步探索。

第一作者简介

殷雅欣，2023级硕士，现就读于宁波大学食品科学与工程学院食品工程专业，主要研究方向为益生菌的包埋递送。目前以第一作者身份在Food Science and Human Wellness杂志发表SCI论文1 篇，在《食品工业科技》发表EI期刊论文1 篇。

通信作者简介

涂茂林，宁波大学食品科学与工程学院，副教授，硕士生导师，宁波市领军拔尖人才。目前共发表SCI文章50余篇，其中第一作者/通信作者SCI论文19 篇，其他文章5 篇，包含1 篇ESI高被引文章；个人H-Index为23；主持6 项国家和省市级基金，并作为主要参与人参与5 项国家重大科研项目。主要研究方向为：蛋白质资源开发与利用；食源性功能因子挖掘及活性机制分析；益生菌的鉴定及包埋递送；营养健康产品开发。

Recent advances in probiotics oral delivery systems targeting the inflammatory bowel disease: types, mechanisms and perspectives

Yaxin Yina,b, Xiaoqun Zenga,b, Zhen Wua,b, Qiwei Dua,b, Tao Zhanga,b, Daodong Pana,b, Ming Duc,*, Maolin Tua,b,*

aState Key Laboratory for Managing Biotic and Chemical Threats to the Quality and Safety of Agro-products, Ningbo University, Ningbo 315211, China

bKey Laboratory of Animal Protein Food Deep Processing Technology of Zhejiang Province, Zhejiang-Malaysia Joint Research Laboratory for Agricultural Product Processing and Nutrition, College of Food Science and Engineering, Ningbo University, Ningbo 315800, China

cSchool of Food Science and Technology, National Engineering Research Center of Seafood, Collaborative Innovation Center of Seafood Deep Processing, Dalian Polytechnic University, Dalian 116034, China

*Corresponding authors.

Abstract

Inflammatory bowel disease (IBD) influences several million people around the globe, with a high prevalence in North America and Europe. Results from the studies about host-gut microbial interactions demonstrated that gut microbiota plays a critical role in the progression of IBD, and probiotics can significantly improve microflora dysbiosis and inflammatory response caused by intestinal pathogens. However, several limitations existed for the probiotics delivered to the intestine in the free form (non-encapsulated), such as low pH and diverse digestive enzymes in the gastrointestinal tract, etc. To overcome the problems, several probiotic delivery systems were established and verified with effects. Here, the types and applications of probiotics in animal models and clinical studies are first reviewed in this paper. Subsequently, various types of probiotic delivery systems are elaborated, containing the well-known microcapsules and hydrogel delivery systems, and the engineered probiotic delivery systems are also introduced. Furthermore, mechanisms of action associated with probiotics are illustrated, including maintaining gut microbiota barrier balance, modulating the immune response, and alleviating oxidative stress, etc. Finally, we discussed the relative advantages and disadvantages of different encapsulation methods, as well as future trends for further development of probiotic delivery systems with health benefits.

Reference:

YIN Y X, ZENG X Q, WU Z, et al. Recent advances in probiotics oral delivery systems targeting the inflammatory bowel disease: types, mechanisms and perspectives[J]. Food Science and Human Wellness, 2025, 14(7): 9250176. DOI:10.26599/FSHW.2024.9250176.

本文编译内容由作者提供

编辑：王佳红；责任编辑：孙勇

封面图片：图虫创意

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