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图 益生菌/人工酶活性复合材料构建过程和作用示意图
在国家自然科学基金项目（批准号：51822306、52273152、22161132027）等资助下，浙江大学毛峥伟教授、新加坡国立大学陈小元教授和浙江大学医学院附属第二医院王伟林教授团队合作，将具有清除活性氧（ROS）的人工酶修饰到长双歧杆菌益生菌上，构建了抗炎的益生菌/人工酶活性复合材料，并成功用于小鼠的溃疡性结肠炎（UC）和克罗恩病（CD），以及犬的UC治疗。相关成果以“人工酶武装的长双歧杆菌益生菌缓解肠道炎症和菌群失调（Artificial Enzymes-Armed Bifidobacterium Longum Probiotics for Alleviating Intestinal Inflammation and Microbiota Dysbiosis）”为题，于2023年3月27日在线发表于《自然·纳米技术》（Nature Nanotechnology）杂志。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41565-023-01346-x。
炎症性肠病（IBD）是一类肠道慢性炎症，具有反复发作的特点，主要包括UC和CD两种表型，每年影响着上百万人的健康。目前，IBD的发病机制尚未明确，但越来越多的研究表明，IBD的发病与肠道菌群失调、免疫应答紊乱、肠道屏障损伤等因素具有相关性。目前，治疗IBD的传统方法是主要使用药物如5-氨基水杨酸（5-ASA）、皮质类固醇激素或免疫抑制药来控制炎症，并服用益生菌为辅助疗法。然而，一方面，抗炎药物代谢不稳定，并且缺乏靶向，可能导致严重的药物不良反应。另一方面，厌氧益生菌缺乏抗氧化酶，如过氧化氢酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD），易受到IBD中ROS的攻击，致使治疗效果不佳。目前需要一种更有效和更安全的方法来治疗IBD。
研究团队构建了抗炎的益生菌/人工酶活性复合材料（BL@B-SA50）来调节肠道炎症。其中，人工酶可以模拟天然抗氧化防御系统，快速缓解炎症症状，不仅可以取代临床使用的抗炎药物，还可以保护益生菌免受ROS的损伤而发挥其益生功能。此外，长双歧杆菌在肠道的定植属性，确保了人工酶在疾病部位的持续性抗氧化治疗。该工程益生菌可以缓解肠道炎症，恢复肠道屏障功能，增加肠道菌群的丰富度和多样性，有效治疗了小鼠的UC和CD以及犬的UC，具有很高的临床转化潜力。
该研究成果为结合具有催化活性的人工酶和代谢能力的益生菌来构建活性复合材料“Biohybrids”提供了一种新的思路。