概述

       细菌既可以作为治疗药物，也可以作为药物递送载体，在治疗许多疾病方面都显示出了巨大的潜力。但是细菌对于环境的应激往往是脆弱的，这会使细菌死亡，从而导致治疗效果的下降。所以细菌表面修饰就成为一种简单且有用的策略。细菌表面修饰不仅赋予细菌额外的抵御环境威胁的能力，而且还赋予它们一定的外源性特征。本文主要介绍细菌表面修饰的方法、细菌表面修饰在肠道疾病中的实际应用以及临床转化中的机遇和挑战。

       细菌表面修饰的意义

       人体内居住着数万亿细菌，这些细菌有的是在皮肤上，有的是在体内。细菌和人体之间形成了一种不可或缺的共生关系。细菌参与了一些复杂的生理活动，包括免疫调节、食物的消化、营养物质和药物的吸收和代谢以及肠道屏障功能等。一些疾病也与细菌息息相关，如糖尿病、肥胖、精 神疾病、自身免疫性疾病以及癌症等。细菌对人的重要性可想而知。

       细菌可以通过发挥其先天功能，如激活免疫和分泌细菌素以及作为治疗疾病的药物。另一方面，细菌也可以用作载体，将药物递送到病变处。然而细菌治疗仍有重大难题有待解决。细菌往往受环境影响，由此导致细胞死亡和以及不令人满意的治疗效果。例如，口服益生菌已被用于治疗炎症性肠病，但是胃肠道环境很复杂，胃中有胃蛋白酶和低pH，肠道中有消化酶和胆汁酸等，使得胃肠道环境对益生菌的活性有很大的负面影响，导致生物利用度和治疗效果显著降低。因此，我们迫切需要采取创新的战略来解决这些困难，由此就有了细菌表面修饰策略。

       细菌表面修饰的方法

       细菌表面的不同装饰策略主要有三个方面：①伪装细菌，降低其免疫原性和致病性，在不影响其生存能力和增殖能力的情况下提高细菌治疗的安全性；②保护细菌，加强其对环境威胁的抗性，提高疾病部位的细菌生物利用度或药物可利用性；③赋予细菌一定的外源性功能，以有效、精确地控制细菌的活性和生物行为，以提高治疗效果。下面将介绍细菌表面修饰的理化和生物学方法：

       图1 细菌的理化及生物学修饰

       1  物理及化学表面修饰

       细菌的外膜由多种物质组成，包括肽聚糖、磷酸、脂多糖、脂质和蛋白质。细菌表面具有各种官能团，如巯基、羟基、羧基和氨基等，我们可以通过化学和物理方法进行表面装饰。常用的方法有共价偶联、原位聚合、静电作用、疏水相互作用等。下表为一些细菌采用物理及化学方法进行的表面修饰应用。

       表1 细菌物理及化学方法表面修饰

       2  生物表面修饰

       与物理化学修饰方法相比，生物法对细菌具有更强的生物相容性和生物安全性。物理化学方法能够根据细菌表面的官能团对细菌进行修饰，并赋予它们多种外源性特性，而生物法能够引入持久性功能。常用的生物表面修饰技术有膜封装、配体-受体相互作用、基因工程以及代谢标记等方法。下表为一些细菌采用生物方法进行的表面修饰应用。

       表2 细菌生物方法表面修饰

       细菌表面修饰在肠道疾病中的应用

       肠道菌群在调节人体的代谢、维持肠道和黏膜的稳态中起着重要作用。肠道菌群具有参与甚至主导食物消化、必需维生素合成、清除病原体、排除毒素和致癌物，以及维持肠道功能等作用。此外，细菌作为肠道防御屏障的重要组成部分，能够触发黏膜免疫，影响肠道通透性，调节肠道微生物群，最终改变肠道微生态。肠道菌群失调与多种胃肠道疾病有关，如肠道屏障功能障碍、IBD和结直肠癌等。

       而口服益生菌是首选的方法，口服益生菌具有操作简单方便、提高患者依从性的优点。但是胃中的强酸、胆汁酸和肠道中的不同酶，对益生菌的生存能力有巨大的负面影响，这大大降低了口服益生菌的治疗效果。所以我们可以通过细菌的表面修饰来提高细菌的生存能力和生物利用度，而且还可以为细菌整合额外的外源性功能。修饰后，足够量的益生菌可以到达肠道，并且存活时间较长，从而提高治疗效果。

       下图为细菌表面修饰在肠道疾病中的两种应用：（a）图为益生菌双层装饰，用于保护、选择性释放、粘附和分离益生菌，并增强对结肠炎的预防和治疗；（b）图为酵母膜包裹的益生菌用于靶向口服递送到派伊尔结中，促进粘膜免疫，并调节肠道稳态。

       图2 用于治疗肠道疾病的细菌表面修饰

       临床转化中的挑战和机遇

       利用物理化学和生物技术对细菌进行表面修饰，为生物治疗方法带来了新的的希望。其不仅能降低免疫原性，还能整合所需的外源性功能，以提高靶向能力和治疗效果。基因工程方法还可以通过敲除来隐藏免疫原性表面来降低细菌的致病性。

       但是作为一个新兴的研究领域，细菌表面修饰的临床转化存在许多障碍，包括放大生产、长期储存、细菌活力、基因稳定性、剂量确定以及运输条件的优化等。但是相信随着理化和生物技术的发展，细菌表面修饰技术也会进一步发展，最终有助于将基于细菌的药物转化为临床应用。

       参考文献

       [1]Wu Feng,Liu Jinyao,Decorated bacteria and the application in drug delivery.[J] .Adv Drug Deliv Rev, 2022, 188: 114443.

       [2]陈辅明, 李娜, 邢婕华,等. 细胞/细菌驱动的药物递送系统研究进展[J]. 生物化学与生物物理进展, 2019.