文献解读：解锁肠脑轴，益生菌芽孢开辟帕金森口服脑靶向新通路

浏览次数：47　发布日期：2026-9-23　来源：本站　仅供参考，谢绝转载，否则责任自负

2026年2月27日，郑州大学王蕾团队在《ACS Nano》发表题为“Probiotic Spore‑Based Oral Biotherapeutics Promote Brain Targeting toward Gut‑Brain Dual‑Regulation for Parkinson’s Disease Treatment”。该文围绕丁酸梭菌芽孢构建口服生物治疗制剂，完整揭示了益生菌芽孢“一物双效”的作用机制：芽孢经口服抵达肠道后一方面萌发为活菌调节肠道微生态、激活肠 - 脑轴信号；另一方面芽孢脱落的外壳蛋白可在肠道原位自组装形成载药纳米系统，借助 β - 葡聚糖识别 Dectin - 1 受体，依靠肠道淋巴转运、巨噬细胞“特洛伊木马”的策略跨越多重生理屏障实现脑部靶向递送，通过抑制 HK2 - NF - κB 通路重编程小胶质细胞表型，最终完成肠道 - 大脑的双重调控，在帕金森病小鼠模型上实现神经损伤修复与运动功能改善。该研究打通了益生菌活体治疗与口服脑靶向给药的结合路径，也为其他中枢神经系统疾病的口服生物制剂开发提供新的理论依据与技术参考。

1.1 材料制备与理化表征
以丁酸梭菌芽孢 CBs 为原材料，通过化学手段将 β - 葡聚糖修饰至芽孢表面，并且载入 HK2 抑制剂洛尼达明 LND，制备得到目标制剂 CBs - glu/LND。借助透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）观察材料微观形貌；采用动态光散射、傅里叶变换红外光谱、Zeta 电位检测手段，分别表征颗粒粒径、表面化学基团以及表面带电性质。利用平板菌落计数与 OD₆₀₀检测，评估修饰、载药处理之后芽孢的生物活性；设置模拟胃液孵育实验，检验芽孢对于胃肠道恶劣酸性环境的耐受能力。体外厌氧条件诱导芽孢完成萌发，获取由芽孢外壳蛋白重新组装形成的 SP - glu/LND 纳米体系，检测载药相关性能；使用多种破坏分子间作用力的试剂，探究纳米颗粒发生自组装的主要驱动力。

1.2 体外细胞层面实验
采用 Caco - 2 与 Raji - B 细胞共培养体系构建体外 M 样细胞模型，探究纳米颗粒穿过 M 细胞的能力。使用 Raw264.7 巨噬细胞开展相关体外实验，借助流式细胞术验证 Dectin - 1 受体介导的细胞吞噬现象；利用 Transwell 小室构建细胞迁移模型，评价载药巨噬细胞向炎症环境迁移的能力；借助高效液相色谱检测巨噬细胞内部纳米颗粒的药物释放行为。利用 MPP⁺ 分别处理 BV - 2 小胶质细胞与 PC12 神经元，构建体外帕金森损伤细胞模型。MTT 法评估细胞存活状态；流式细胞术分析小胶质细胞 M1/M2 表型极化情况；Western blot 检测 HK2 蛋白表达水平，解析制剂体外抗炎保护作用的分子机制。

1.3 体内动物实验
选用 MPTP 对 C57BL/6 小鼠进行处理，构建帕金森病动物模型。采用 Cy5 荧光分子标记芽孢制剂，通过活体荧光成像技术追踪口服给药后制剂在小鼠体内的分布规律，验证肠道淋巴转运以及脑部富集现象。设置氯膦酸脂质体处理组，耗竭小鼠外周巨噬细胞，以此验证巨噬细胞在制剂入脑过程当中的必要性。动物行为学层面开展旷场实验、转棒实验，评价小鼠运动功能的改善效果。组织学层面，对脑组织开展 TH 免疫组化染色观察多巴胺能神经元存活状态；采用 iNOS、Arg - 1 免疫荧光染色表征小胶质细胞极化表型。对结肠组织开展炎症因子 ELISA 检测；利用微生物测序手段解析肠道菌群组成变化；采用免疫荧光技术观察结肠 GLP - 1 以及脑部 GLP - 1R 蛋白表达情况。

2.1 CBs - glu/LND 的设计原理与整体作用流程
制剂的制备构建流程：原始丁酸梭菌芽孢依次完成 β - 葡聚糖修饰、载入 LND 药物，得到 CBs - glu/LND。口服给药后体内全部作用过程：口服进入消化道之后，芽孢耐受胃肠道恶劣环境，抵达小肠之后发生萌发。一方面，芽孢萌发转化为活的丁酸梭菌，在肠道定植，重塑肠道微生物群落，分泌短链脂肪酸，通过肠脑轴通路介导脑肠之间信号交流。另一方面，芽孢萌发过程脱落芽孢外壳蛋白，经过 β - 葡聚糖修饰的外壳蛋白重新组装形成 SP - glu/LND 载药纳米颗粒。纳米颗粒借助 Dectin - 1 受体识别作用穿过肠道 M 细胞，进入派尔集合淋巴结，被巨噬细胞吞噬，依靠巨噬细胞完成肠道淋巴转运。巨噬细胞作为特洛伊木马跨越血 - 中枢神经系统屏障进入脑部病灶区域，在脑内抑制 HK2 - NF - κB 炎症信号通路，促使小胶质细胞由促炎 M1 表型向抗炎 M2 表型发生转换，发挥神经保护效果。

图 1：CBs - glu/LND 用于帕金森病治疗的原理示意图。

2.2 CBs - glu/LND 理化性质与胃肠道耐受性能评价
TEM、SEM 图像可以观察到，原始芽孢、β - 葡聚糖修饰后芽孢的微观形貌出现明显差异，证明 β - 葡聚糖成功修饰在芽孢表面。粒径、红外光谱、Zeta 电位的检测结果，进一步从理化层面证实修饰操作完成。菌落平板成像与菌落定量统计结果说明，β - 葡聚糖修饰以及药物载入操作，不会破坏芽孢的存活能力，芽孢依然保有萌发的活性。模拟胃液孵育后，TEM 形貌观察证实，经过胃酸环境处理，芽孢结构依旧保持完整，证明该制剂拥有抵抗胃部强酸环境的能力，可以顺利通过胃部到达肠道，为后续体内发挥作用提供基础。

图 2：通过系列表征实验对 CBs - glu/LND 进行理化性质与生物活性验证。

2.3 体外证实 Dectin - 1 介导吞噬与巨噬细胞的递送载体功能
体外细胞实验结果证实，β - 葡聚糖修饰后的纳米颗粒能够依靠 Dectin - 1 受体，实现 M 细胞、巨噬细胞的特异性识别与吞噬。当使用昆布多糖封闭 Dectin - 1 受体之后，巨噬细胞对纳米颗粒的吞噬效率出现显著下降，证明吞噬过程依赖该受体。被巨噬细胞吞噬后的 SP - glu 纳米颗粒能够在细胞内部维持结构完整性，具备良好细胞内稳定性。Transwell 迁移模型结果显示，装载纳米颗粒的巨噬细胞向炎症环境的迁移能力得到提升，满足作为细胞载体向炎症脑病灶迁移的条件。药物释放实验结果表明，巨噬细胞可以逐步释放内部包裹的纳米颗粒与游离药物；巨噬细胞还可以通过细胞间转运方式，将纳米颗粒传递给周边神经相关细胞，保障药物在靶位点发挥治疗效果。

2.4 体内解析巨噬细胞介导的肠到脑转运路径
在 MPTP 诱导的帕金森模型小鼠体内，借助荧光标记追踪制剂的体内转运分布。口服给药后，制剂能够在肠系膜淋巴结富集，证明发生肠道淋巴转运。随着给药时间推移，脑部组织荧光信号不断累积，表现出脑部靶向效果。当利用氯膦酸脂质体清除小鼠外周巨噬细胞之后，脑组织几乎检测不到荧光信号，直接证明该制剂向大脑递送的过程高度依赖外周巨噬细胞。共聚焦成像结果显示，重组形成的纳米颗粒能够与肠道 M 细胞、派尔集合淋巴结内巨噬细胞共定位；进入脑组织的纳米颗粒与来源于外周的巨噬细胞发生共定位，进一步还原完整转运链条：芽孢在肠道原位产生纳米颗粒，经过 M 细胞进入淋巴组织，依托巨噬细胞实现跨屏障脑部递送。

2.5 SP - glu/LND 重编程小胶质细胞实现脑部神经保护作用
在体外帕金森损伤细胞模型上，SP - glu/LND 可以抑制 HK2 蛋白表达，调控下游 NF - κB 炎症通路。除 LND 药物的抑制效应以外，芽孢外壳蛋白本身含有大量抗氧化相关蛋白以及巯基组分，可以辅助减轻氧化应激带来的炎症激活。制剂处理之后，小胶质细胞由促炎 M1 表型向抗炎 M2 表型转变，炎症反应得到缓解，神经元细胞存活情况得到明显改善。以上结果说明 SP - glu/LND 可以通过代谢 - 免疫协同的方式重塑脑部免疫微环境，发挥神经保护作用。

2.6 体内实现帕金森模型小鼠肠 - 脑双重治疗效果
旷场、转棒行为学实验结果表明，经过 CBs - glu/LND 处理，帕金森模型小鼠运动功能障碍得到缓解。脑组织相关检测结果显示，制剂能够抑制脑组织 HK2 表达，减少多巴胺能神经元丢失，同时调控脑内小胶质细胞极化，抑制促炎表型、提升抗炎表型，减轻脑部病理损伤。

图 3：记录动物治疗方案以及脑部治疗效果。

肠道菌群测序结果说明，CBs - glu/LND 处理能够改善模型小鼠肠道菌群的丰富度，调整菌群整体组成结构。结肠组织炎症因子检测结果显示肠道局部炎症得到缓解。免疫荧光结果提示，制剂处理上调肠道 GLP - 1 表达，同时影响脑部 GLP - 1R 水平，激活肠 - 脑轴信号通路。综合脑部、肠道两部分结果，证实该口服制剂实现肠道、大脑的双重调控。

图 7：反映制剂对肠 - 脑轴的调节效果。

3.1 单一益生菌芽孢平台实现肠 - 脑双重调控
和大多数只靶向脑部的给药体系不同，本研究仅依靠一套口服芽孢制剂就实现双重功能。芽孢进入肠道萌发后生成活菌，直接干预肠道微生态，激活肠脑轴信号；与此同时芽孢萌发原位产生载药纳米颗粒，将治疗药物直接递送至大脑病灶。将肠道微生态调节与脑部靶向药物治疗整合至同一个生物制剂。

3.2 肠道原位自组装生成纳米药物的独特策略
本研究不需要在体外提前制备完整纳米药物。口服完整芽孢到达肠道之后，伴随芽孢萌发，脱落的外壳蛋白在肠道原位环境中自发组装为载药纳米系统。该策略规避人工纳米颗粒口服之后，容易被胃肠道环境破坏降解的现实难题。

3.3 建立肠道淋巴巨噬细胞特洛伊木马的口服脑靶向通路
跳出传统口服药物经胃肠道吸收入血的思路。利用β - 葡聚糖靶向Dectin - 1 受体，经由 M 细胞进入派尔集合淋巴结，依托肠道淋巴转运途径，借助巨噬细胞作为活体载体穿越血 - 中枢神经系统屏障，一次性克服生化、黏液、肠上皮、血 - 脑多重生理屏障，为口服脑靶向开辟全新路径。

3.4 代谢靶向结合天然生物组分协同干预神经炎症
靶向 M1 型小胶质细胞糖酵解关键分子 HK2，通过纠正细胞异常代谢状态实现小胶质细胞表型重编程。同时充分挖掘芽孢外壳蛋白自带的抗氧化、抗炎生物活性，实现化学小分子药物与天然微生物活性组分协同发挥抗炎神经保护作用。

4.1 神经退行性疾病治疗需要重视肠脑轴的协同干预
针对帕金森这类存在明显肠道前驱病变的神经退行性疾病，仅仅聚焦大脑组织开展治疗具备局限性。肠道病理改变是疾病重要推手，兼顾肠道与大脑的协同干预策略，具备很高的研究价值与应用潜力。

4.2 益生菌芽孢可以作为多功能生物药物载体进行开发
益生菌芽孢的价值不局限于普通益生菌调理肠道的用途。芽孢拥有天然抗逆性能，萌发过程伴随蛋白释放的生物学特性，可被改造成为智能生物给药载体。挖掘微生物自身天然组分功能，能够为纳米药物研发提供安全的新型材料来源。

4.3 可利用机体自身免疫细胞作为药物递送工具
可以借助机体固有细胞完成药物递送，利用炎症病灶会招募免疫细胞的生理特点，以巨噬细胞作为特洛伊木马实现病灶靶向。和人工合成纳米颗粒对比，细胞介导递送策略具备突破多重生理屏障的优势，该思路可以拓展应用到多种炎症相关疾病研究当中。

4.4 给药通路创新可以突破传统给药方式固有瓶颈
面对口服脑靶向这一难题，除对药物、纳米载体本身进行改造之外，还可以创新物质吸收转运路径。绕开门静脉血液吸收，挖掘肠道淋巴通路潜力，给中枢神经系统疾病口服制剂研发提供全新思考角度。

4.5 从动物实验走向临床转化仍存在现实挑战
该研究全部验证均在小鼠模型上完成。肠道原位纳米颗粒组装效率、芽孢在人体肠道内的萌发行为、体内药物释放行为、长期生物安全性，都还需要进一步评估验证。微生物活体生物制剂的临床转化，仍然需要解决大量现实问题。

参考文献：
Qianhua Feng, Yiwei Li, Liying Sun, Jia Zhang, Lisha Shou, Jieyu Zhu, Huimin Zhou, Bingqian Si, Xinyu Gu, Chunlei Du, Zhenzhong Zhang, Lei Wang; Probiotic Spore-Based Oral Biotherapeutics Promote Brain Targeting toward Gut-Brain Dual-Regulation for Parkinson’s Disease Treatment. ACS Nano 10 March 2026; 20 (9): 7518–7533. https://doi.org/10.1021/acsnano.5c17340

作者介绍： 王蕾，郑州大学药学院、药物研究院副院长，教授，博士生导师。
研究方向：
主要从事抗肿瘤纳米靶向给药系统研究，涉及口服、静脉注射、皮下注射等多种制剂类型及化疗、放疗、免疫治疗等多种治疗方式。