近日，浙江工商大學(xué)食品與生物工程學(xué)院顧青教授團隊在國際頂級期刊《Advanced Materials》上發(fā)表了題為《Calcium-powered probiotics reconfigure the intestinal niche via biofilm transformation》的研究論文，提出一種基于“鈣武裝益生菌”的腸道菌膜轉(zhuǎn)換新策略，為腸道致病菌感染及相關(guān)疾病治療提供了創(chuàng)新性解決方案。浙江工商大學(xué)是該論文的唯一通訊單位，顧青教授為通訊作者，李永璐副研究員為第一作者。

　　研究指出，超過90%的腸炎患者腸道內(nèi)可檢測到侵襲性菌膜的存在。浮游致病菌可通過鞭毛、菌毛等附屬物相互交聯(lián)附著，產(chǎn)生自誘導(dǎo)信號激活菌膜特異性基因表達，分泌胞外多糖等黏附因子促進菌體聚集、穩(wěn)定群落結(jié)構(gòu)，最終形成菌膜。成熟的菌膜產(chǎn)生糖化酶，釋放頂端細菌擴散并形成新菌膜，從而不斷占據(jù)腸道生態(tài)位。致病菌膜的強勢生態(tài)占位競爭性抑制共生菌群的生長，降解黏液層組分，改變腸腔微環(huán)境，干擾腸上皮細胞能量供給，造成腸道菌群、黏液層及上皮細胞多界面的嚴重失衡，觸發(fā)腸炎、代謝綜合征、神經(jīng)退行性、自身免疫性及癌癥等腸內(nèi)外疾病。脫硫弧菌通過直接黏附封閉O-聚糖表位抗原，競爭性占據(jù)定殖位點，同時還原粘蛋白間二硫鍵降解糖基化，削減定殖位點數(shù)量；此外，它還產(chǎn)生硫化氫，阻礙丁酸鹽β-氧化，抑制腸上皮細胞L型鈣通路引起鈣流入不足，從而阻滯粘蛋白的分泌，限制受損黏液層的重塑以干擾新生定殖位點的補充，最終導(dǎo)致益生菌定殖抗性，呈現(xiàn)“一過性”。

　　重構(gòu)腸道生態(tài)位是清除脫硫弧菌菌膜并實現(xiàn)益生菌定植的必要條件，需要有針對性地增強微生物-宿主的串擾，以占據(jù)現(xiàn)有的生態(tài)位并重塑代謝微環(huán)境，以產(chǎn)生新的生態(tài)位。顧青教授團隊設(shè)計構(gòu)建了一種瞄準定植位點搶占與重塑的菌膜轉(zhuǎn)換策略，利用鈣離子(Ca²⁺)和天然鈣調(diào)節(jié)成分KAE對脫硫弧菌拮抗型乳酸桿菌(Lap)進行修飾(Ca²⁺/KAE@Lap)，與傳統(tǒng)僅選擇黏附性生物聚合物或小分子以增強益生菌與宿主腸道組分互作的策略相比，這種修飾的益生菌系統(tǒng)利用了鈣介導(dǎo)的雙重腸道機制：一方面，Ca²⁺作為陽離子介質(zhì)，能夠與脫硫弧菌菌膜陰離子官能團及乳酸桿菌表面配體間形成離子及配位鍵，這種Ca²⁺依賴性橋接強烈增強了脫硫弧菌-乳酸桿菌的結(jié)合親和力，從而能夠靶向殺傷脫硫弧菌及釋放生態(tài)位；另一方面，KAE激活腸上皮細胞上的鈣通道，促進Ca²⁺內(nèi)流以抵消脫硫弧菌引起的鈣抑制，從而恢復(fù)依賴鈣的黏液層重塑，并補充減少的結(jié)合位點。這一鈣驅(qū)動的“原位替代-黏液層重塑”行為，能夠有效轉(zhuǎn)換腸道脫硫弧菌菌膜為乳酸菌菌膜，實現(xiàn)益生菌的穩(wěn)定定植。

　　Ca²⁺/KAE@Lap在秀麗隱桿線蟲及小鼠等多種生物模型中被證實具有顯著的菌膜轉(zhuǎn)換能力。通過靶向殺滅致病菌并重塑利于益生菌定植的微環(huán)境，成功實現(xiàn)從脫硫弧菌主導(dǎo)的菌膜向植物乳桿菌富集的菌膜轉(zhuǎn)化，從而促進益生菌的長期腸道定植，并顯著緩解急性結(jié)腸炎癥狀。此外，Ca²⁺/KAE@Lap能夠經(jīng)由MHC-I類抗原呈遞通路激活免疫應(yīng)答，通過經(jīng)典配體H2-K1/D1激活CD8? T細胞，以及通過非經(jīng)典分子H2-Q6/Q7激活γδ T細胞。該免疫激活機制與益生菌菌膜物理屏障協(xié)同作用，共同抵御脫硫弧菌的再次侵襲，最終實現(xiàn)腸道微生態(tài)長期穩(wěn)態(tài)的維持。