益生菌是溃疡性结肠炎(UC)的潜在治疗方法，但其疗效经常受到限制粘连和活性的胃肠道疾病的影响。

2024年8月27日，中国科学院过程工程研究所魏炜、马光辉、北京大学崔一民共同通讯在Cell Host & Microbe在线发表题为“Engineered probiotic ameliorates ulcerative colitis by restoring gut microbiota and redox homeostasis”的研究论文，该研究开发了一种工程化益生菌通过恢复肠道菌群和氧化还原稳态来改善溃疡性结肠炎。

溃疡性结肠炎(Ulcerative colitis, UC)是一种炎症性肠病(IBD)，其特征是持续炎症，临床表现为腹泻、粪便中有粘液或带血，慢性患者发生结直肠癌的风险增加。鉴于肠道菌群组成不平衡，有益菌减少，有害菌增加与UC有关，许多科学家将注意力转移到恢复肠道菌群稳态的细菌疗法上。虽然一些益生菌菌株(如长双歧杆菌、鼠李糖乳杆菌)已经被在临床试验中被批准作为UC治疗的口服补充剂，但目前尚未达成益生菌与安慰剂相比具有优越性能的共识。一个众所周知的原因可能是胃肠道中严酷的生理环境，其中胃酸和胃蛋白酶具有灭活作用;此外，肠道内的持续流动损害了黏附，共同导致补充的益生菌数量和活力非常低。此外，炎症组织复杂的病理环境也暗示了其他致病因素的存在。

作为氧化应激的关键信号分子，过多的活性氧(ROS)可引发促炎级联反应，降低ROS水平已显示出恢复氧化还原稳态和防止许多炎症性疾病恶化的能力。通过使用机器学习(ML)来确定减少属的特征权重，并进一步考虑炎症严重程度，UC患者中乳酸菌丰富度、8-羟基-2-脱氧鸟苷(8-OHdG，一种ROS指标)水平和c -反应蛋白(CRP)值的两个方面之间存在相关性。因此，这些研究结果表明，除了提供足够的活乳杆菌外，赋予乳杆菌清除活性氧的功能可以进一步改善UC的治疗。

机理模式图（图源自Cell Host & Microbe）

考虑到硒是一种具有抗氧化作用的营养微量元素，硒与乳杆菌共递送可以实现肠道氧化还原-微生物群稳态的协同恢复。鉴于生物膜已被报道具有提高细菌耐药性和粘附力的能力，在细菌细胞壁周围生长富硒的细胞外膜可以提高向肠道的共递送效率。

在这里，研究人员使用机器学习和生物信息学证实UC患者的乳酸杆菌属患病率降低，氧化应激增加，这与炎症严重程度相关。该研究开发了一种基于益生菌的治疗方法，可以协同恢复肠道氧化还原和微生物群的稳态。通过诱导干酪乳杆菌(Lactobacillus casei, Lac)形成胞外膜，为超小型高活性硒点(Se-Lac)的空间结晶提供了多糖网络。经口服，硒点包埋细胞周膜能有效增强Lac细胞的胃酸耐受性和肠粘膜粘附性。在病变部位，硒点清除活性氧，而Lac调节肠道微生物群。在多种小鼠模型和非人灵长类动物中，这种治疗方法有效地缓解了炎症并减少了结肠损伤，有望作为UC治疗方法。

参考消息：

https://www.cell.com/cell-host-microbe/fulltext/S1931-3128(24)00287-7#%20