益生菌口服精准递送系统研究进展
导 读
2022年10月29日，中国海洋大学张兰威教授功能性乳品与益生菌团队在国际药剂学TOP期刊Journal of Controlled Release （Q1，IF: 11.467）（点击查询最新即时IF和分区）发表题为“Precise oral delivery systems for probiotics: A review”的综述性论文。该文第一作者为罗娅，通讯作者为张兰威教授和林凯副教授。
近年来，研究发现益生菌对宿主具有多种健康效应，例如恢复肠道稳态、调节宿主免疫反应、产生抗炎或抗癌化合物以及抑制病原菌或有害细菌的生长。更重要的是，它们可以通过微生物群-肠-脑轴、微生物群-肠-肺轴和微生物群-肠-肝轴调节其他器官的功能。然而，当益生菌通过口服的方式在宿主体内发挥其功能时是具有挑战性的。强酸性胃液、各种消化酶和胆盐会导致益生菌大量死亡，从而进一步使益生菌在胃肠道中的定植和增殖受到限制。因此，益生菌需要在胃肠转运过程中得到保护以应对与低生存力和功能受损相关的挑战。探索胃肠道的生理变化，如胃肠道段的不同pH值、粘膜粘附性和结肠微生物群的降解性作为触发机制有助于成功构建具有不同触发机制的益生菌递送系统，以成功地将大量高活力的益生菌引入肠道。在此基础上，本篇综述详细讨论了非靶向与靶向益生菌递送系统在不同肠道微环境中的应用以及益生菌递送系统对其他疾病的辅助治疗作用。值得注意的是，目前该领域的大多数研究都集中在非靶向益生菌递送系统上。此外，疾病状态下肠道微环境的变化和疾病部位的不连续分布限制了它们的发展。因此，本综述的重点放在优化非靶向益生菌递送系统和设计更加精准的益生菌靶向递送系统的必要性上。
综述亮点
基于不同的触发机制构建了先进的益生菌递送系统。
由于益生菌递送系统的成功构建将许多高活性的益生菌引入肠道。
探讨了非靶向/靶向益生菌递送系统在不同肠道微环境中的实际应用。
突出了构建增强的益生菌递送系统的未来发展策略。
综述结论
基于不同触发机制的益生菌口服递送系统已被成功构建用于消除胃肠道的生理屏障并在肠道中引入大量高活性的益生菌。在此基础上，进一步讨论了益生菌递送系统在肠道相关疾病如炎症性肠炎与结直肠癌和其他疾病治疗如肝脏疾病与口腔疾病中的应用。然而，大多数益生菌疗法的研究大部分集中于非靶向益生菌递送系统。更重要的是，不精确的靶向性和疾病状态下肠道微环境的变化在一定程度上限制了非靶向益生菌递送系统的发展，这凸显了设计和应用靶向益生菌递送系统的必要性。因此，迫切需要设计一种新的益生菌口服递送系统，能够精确靶向疾病部位，充分发挥益生菌优异的疾病治疗和预防功效。
图文赏析
图1. 图文摘要-基于不同触发机制的益生菌递送系统及其在益生菌非靶向/靶向递送中的应用。
图2.胃肠道环境示意图。(A)益生菌口服递送系统遇到的溶菌酶、盐酸和消化酶。(a)耐酸和耐胆盐的益生菌:细胞结构保持完整，并且它们可以到达结肠；(b)、(c)和(d):大多数细菌被灭活，因为它们的细胞完整性在消化过程中被破坏，改编自参考文献（Jiang et al., Food Hydrocoll, 2022）；(B)胃和结肠之间的一般生理考虑，包括pH值、通过时间、消化酶和微生物环境的变化，改编自参考文献（Dos Santos et al., J. Control. Release, 2021）；(C)胃和结肠粘膜特征示意图，改编自参考文献（Dos Santos et al., J. Control. Release, 2021）；(D)胃和小肠之间消化酶差异的示意图，改编自参考文献 （ Zhang et al., Bioact. Mater, 2022）。
图3. 具有不同触发机制的益生菌递送系统的示意图；(a) pH敏感性，改编自参考文献（Kim et al., Carbohydr. Polym, 2021）；(b) 粘膜粘附，改编自参考文献（Liu et al., Adv. Funct. Mater, 2020）；(c) 酶降解，改编自参考文献（Cheng et al., Adv. Healthc. Mater, 2021）；(d) 抗性益生菌，改编自参考文献（Song et al., Adv. Healthc. Mater, 2021）；(e)氧化还原反应，改编自参考文献（Asgari et al., Adv. Drug Deliv. Rev, 2020）。
图4. 基于pH敏感触发机制和抗性益生菌形式的非靶向益生菌递送系统的示意图。(A)益生菌胶囊化逐层组装技术，改编自参考文献（ Anselmo et al., Adv. Mater, 2016）；(B)增强了L100-TA-ECN在胃中的保护能力和在肠中的pH触发释放，改编自参考文献（Liu et al., Nano Today, 2021）；(C)用于增强癌症治疗疗法的基于益生菌孢子的口服自主纳米颗粒发生器，改编自参考文献（Song et al., Adv. Mater, 2019）。
图5. 基于氧化还原响应触发机制和疾病部位微生物群组成的靶向益生菌递送系统的示意图。(A) 巯基化透明质酸作为将鼠李糖乳杆菌递送至发炎部位的框架，其中硫化氢由鼠伤寒沙门氏菌的代谢产生，改编自参考文献（Xiao et al., ACS Appl. Mater. Interfaces, 2020）；(B) NRPM制造过程和NO反应定向释放示意图，改编自参考文献（Wang et al., Adv. Funct. Mater, 2022）；(C) 用益生元封装的益生菌特异性富集在肿瘤组织中以抑制结肠癌，改编自参考文献（Zheng et al., Adv. Mater, 2020）。
罗 娅
罗 娅，中国海洋大学食品科学与工程专业硕士研究生。目前主要研究方向为益生菌的靶向递送系统的构建。
张兰威
张兰威，工学博士、二级教授、博士生导师、中国海洋大学“筑峰学者”引进人才、山东泰山产业领军人才，中国畜产品加工研究会乳品加工分会理事长，主要从事乳品加工、益生菌与健康、传统发酵食品产业化研究。作为国家重点研发项目首席科学家，主持国家重点研发、支撑、“863”项目、农业成果转化资金、自然科学基金等国家级项目。近5年来发表论文100余篇，其中SCI文章50余篇，获国家发明专利授权10项，菌株注册20余株。主编《发酵食品原理与技术》、《乳与乳制品工艺学》等全国统编教材4部。成果在知名食品企业实现转化，获得国家科技进步二等奖、省科技进步一、二等奖等科技奖励多项。
林 凯
林 凯，工学博士，副教授，硕士生导师，毕业于哈尔滨工业大学，加州大学戴维斯分校联合培养博士，纽约大学博士后，中国海洋大学“青年英才工程”引进人才。主要研究领域为基于构效关系功能多肽发掘及食源活性物质靶向递送。代表性SCI论文发表在Advanced Functional Materials，Food Chemistry， Journal of Agricultural and Food Chemistry，Journal of Functional Foods等期刊。
原文链接
https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2022.10.030
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