向珊瑚偷师！Nature子刊报道仿生微胶囊，让工程菌穿上“智能战甲”精准剿灭肠道炎症

对普通人来说，吃饭是享受；但对炎症性肠病患者而言，每一次进食都像一场无法预判结果的赌局。也许这一顿安然无恙，下一口下去，腹部就开始剧烈绞痛、腹泻不止，甚至便血。肠道的失控不仅剥夺了他们享受美食的权利，更让日常生活充满了不确定与恐惧。

更要命的是，现有的药物虽然能暂时压制炎症，却很难修复受损的肠黏膜，也恢复不了肠道内失衡的菌群生态。长期服药还得面对肝肾损伤、感染风险增加等一系列副作用。大约四成的患者肺部等器官也会受到牵连，病情早已不局限在肠道。

有没有一种办法，能让药物只在发炎的地方起作用，同时还能帮助肠道把破掉的“墙壁”补好？最近

Nat Commun

上的一项研究给出了一个相当聪明的答案。研究者没有在药房里埋头苦干，而是潜到海底，向珊瑚“偷”了一招。

珊瑚的生存哲学：三层防御，缺一不可

珊瑚能在风浪、污染和天敌围攻下活得滋滋润润，靠的是三件法宝：坚硬的碳酸钙外骨骼挡住物理冲击，表面的黏液层分泌抗菌物质驱赶病原体，体内寄居的共生微生物则帮着清除有害氧化物。这不正是研究者梦寐以求的“保护—感知—修复”链条吗？

这套天然的三级防御体系，成了研究者的设计蓝图。下图展示了从珊瑚到微胶囊的仿生转化思路。

图1 | 仿珊瑚微胶囊反应器用于IBD治疗的仿生设计策略

他们用微流控技术造了一款名为MY-E@SS的仿生微胶囊。外壳用丝素蛋白、多巴胺和甘露糖交联而成，模仿了外骨骼和黏液的功能；内核包着的是经过基因改造的益生菌——大肠杆菌Nissle 1917。这层外壳不光是“防弹衣”，还能主动清除炎症部位过量的活性氧，同时依靠甘露糖的指引，

精准

锚定发炎区域。外壳还能把细菌聚拢在一起，让它们更容易在肠道壁上“安营扎寨”。

给工程菌装上“


智能开关”


：只认炎症，不碰正常

被包裹的工程菌本身就是一个微型药物工厂。研究者给它植入了一段重组DNA，使其分泌的MY蛋白自带五个功能模块。其中RGD序列像一条“锚链”，帮助蛋白牢牢粘附在受损的肠上皮细胞上；而AAPV基序则是一把“感应锁”——只有遇到炎症部位大量出现的中性粒细胞弹性蛋白酶这把“分子剪刀”，锁才会被切开，释放出抗炎肽KPV。每个MY蛋白串着22个这样的重复单元，相当于随身携带了22发“灭火弹”。

实验证明，只有暴露于弹性蛋白酶，KPV才会大量释放；在健康组织中，这个系统保持静默。小鼠体内的数据显示，KPV浓度在给药4小时后达到峰值，并且只聚集在发炎的结肠段。

图2 | 工程菌株MY-EcN的设计与构建

穿上“


盔甲”


的益生菌：胃酸杀不死，定植更持久

游离的益生菌在模拟胃液中几乎全军覆没，而披上外壳的微胶囊却毫发无伤，在肠液中照样活力十足。活体成像显示，包裹荧光菌的微胶囊在炎症小鼠结肠内停留72小时后依然闪闪发光，而裸菌早已被清除干净。健康小鼠体内的信号远弱于炎症小鼠，说明外壳实现了“哪里有炎症，哪里就多停留”的智能滞留。平板计数和PCR检测进一步确认，外壳显著延长了细菌在胃、小肠、盲肠、结肠各段的存留时间。

动物实验交出的成绩单：不只缓解，更能修复

在DSS诱导的急性结肠炎小鼠模型中，口服MY-E@SS明显扭转了体重下降趋势，降低了疾病活动评分，结肠长度和脾脏大小也恢复正常。显微镜下，结肠隐窝结构完整，炎性细胞浸润大幅减少。紧密连接蛋白ZO-1、Occludin和Claudin-1的表达得到修复，肠道屏障重新变得致密。巨噬细胞从促炎表型转向修复表型，调节性T细胞增多，局部

免疫

环境趋于平衡。促炎因子IL-1β、TNF-α、IL-6显著下降，抗炎因子IL-10升高。在另一种TNBS诱导的结肠炎模型中也得到了验证。

图3 | MY-E@SS在DSS诱导的IBD小鼠模型中的治疗效果

刨根问底：抑制关键通路，重塑菌群与代谢

转录组测序显示，MY-E@SS治疗组有38个基因上调、84个下调，整体表达谱向正常对照回归。TNF信号、NF-κB、IL-17、MAPK等炎症通路被显著踩下刹车。体外实验证实，微胶囊能阻断p65核转位，抑制IκBα磷酸化，从而切断TNF-α/NF-κB这条关键炎症信号轴，减少下游炎症因子的释放。

肠道菌群方面，16S测序发现治疗后多样性明显回升，变形菌门减少，厚壁菌门增加，产短链脂肪酸的毛螺菌科等有益菌开始恢复。代谢组学则显示花生四烯酸代谢、胆汁酸和谷胱甘肽代谢得到改善，抗炎代谢物如谷胱甘肽、新黄质、视黄醇水平回升，促炎代谢物下降。

图4 | MY-E@SS重编程IBD小鼠肠道基因表达

安全且附带“


呼吸福利”

健康小鼠接受MY-E@SS后，体重、血常规、脏器病理均无异常，细菌没有转移到其他器官。29天长期观察也未发现过敏或免疫毒性。有意思的是，代谢笼监测显示，患病小鼠的耗氧量、二氧化碳排出和呼吸交换率均显著下降，而治疗后这些指标明显恢复，昼夜节律也回归正常。这说明微胶囊不仅救肠道，还顺便给呼吸系统帮上了忙。

这项研究把仿生外壳的保护靶向功能与工程菌的智能释放特性融合在一起，打造出一个耐胃酸、靶向炎症、可控释药、调节菌群的综合性平台。通过阻断TNF-α/NF-κB信号轴，它在IBD模型中实现了炎症消退、屏障修复、菌群重建和呼吸代谢改善的多重效果，且安全性良好。这种向自然借智慧、用工程做文章的思路，为炎症性肠病乃至其他慢性炎症疾病的精准治疗打开了一扇值得期待的大门。（

生物谷）

参考文献：

Xu, M., Du, Y. & Feng, G. Bioinspired microcapsule reactor with engineered probiotics for IBD therapy.

Nat Commun


17

, 6095 (2026).