近年来，益生菌疗法因其调节肠道菌群、缓解炎症的潜力，成为炎症性肠病（IBD）辅助治疗的研究热点。尤其是Lactobacillus rhamnosus GG（LGG）因能产生乳酸，维持肠道酸性环境，提升肠道屏障功能，在临床上被广泛关注。然而，口服益生菌在通过胃酸、消化液及氧化应激等恶劣肠道环境时，活性显著受损，且黏附、定植能力有限，影响其疗效。IBD肠道内氧化应激及炎症反应交互作用形成恶性循环，不仅损伤肠道黏膜，也影响益生菌的存活与功能。

近日，来自上海交通大学医学院附属瑞金医院等单位的研究团队在前沿科学期刊Advanced Science上发表了一篇关于利用碳点（carbon dots）修饰益生菌提高其治疗IBD效果的研究，以提升益生菌在IBD肠道环境中的存活性、黏附能力及功效，最终有效缓解小鼠结肠炎并促进肠道损伤修复。

 

本研究采用碳点材料表面化学修饰包覆LGG（以下简称C dots@LGG），利用碳点丰富的羧基、羟基等活性基团与益生菌表面氨基形成酰胺键，构建稳定的包覆结构。团队系统验证了C dots的抗氧化酶样活性及ROS清除功能，碳点包覆后，益生菌不仅耐受胃酸、消化液及氧化压力，提高存活率，同时促进益生菌在炎症肠道的黏附与定植能力。

功能评估显示，C dots@LGG显著抑制炎症因子表达，增强肠上皮细胞增殖，重建肠道屏障的杯状细胞及紧密连接蛋白表达，促进黏膜修复。肠道菌群分析表明，C dots@LGG调节菌群结构，抑制条件致病菌Turicibacter及Erysipelotrichaceae族群，增强有益菌如Bifidobacterium和Lachnospiraceae_NK4A136类群，恢复肠道菌群多样性和稳态。

整体数据显示，C dots@LGG能协同发挥抗氧化、抗炎、促进屏障修复及调节菌群的多重功能，显著缓解DSS诱导小鼠模型的结肠炎症状，展现潜在的无免疫抑制副作用的辅助治疗策略。

研究结果

1. 碳点包覆益生菌的制备与表征

通过化学修饰，碳点表面羧基与LGG表面氨基形成共价酰胺键，实现碳点包覆（图1a）。TEM及AFM成像表明，C dots均匀附着于LGG表面，尺寸由1577±210 nm增大到1975±284 nm，Zeta电位由-2.27 mV降至-10.58 mV，表面负电荷增强，有利于碳点@LGG黏附带正电状态的炎症肠道区域（图1b-f）。包覆不影响益生菌生长活性（图1h）。

2. 碳点赋予益生菌强大抗氧化与抗炎能力

碳点表现出强烈的ABTS自由基清除和超氧化物歧化酶样活性，在100 μM H2O2环境下可清除88.2%过氧化氢（图 S4）。C dots@LGG对100 μM H2O2的清除能力优于裸菌（图2a），保护肠上皮细胞caco-2细胞免受氧化伤害，提高细胞存活率达62-69%（图2b）。

LPS激活的RAW264.7巨噬细胞模型中，C dots@LGG显著抑制促炎因子TNF-α、iNOS表达，提升抗炎因子Arg-1水平，诱导M1向M2表型转换，体现更强抗炎效应（图2c-e）。伤口愈合实验及肠类器官培养显示，C dots@LGG促进肠上皮细胞迁移增殖，肠器官面积明显增加，验证其组织修复潜力（图2f-i）。

3. 碳点保护益生菌抵御胃肠道恶劣环境、提升黏附定植

在模拟胃液（pH2.5）、肠液及含200 μM H2O2的炎症肠液中，C dots@LGG存活率显著高于裸菌，胃液中提升60倍，肠液1.4倍，耐酸耐氧化能力增强（图3a-c）。体外培养肠道菌群，C dots@LGG产生更多乳酸，维持有益菌活性（图3g）。

C dots@LGG黏附于caco-2细胞数量约为裸菌的1.58倍（图3h）。DSS诱导小鼠结肠炎模型中透过近红外荧光标记示踪，C dots@LGG在肠道内停留更持久，24小时后结肠组织、肠腔内容物及粪便中菌落数明显高于裸菌，显示更强的肠道定植能力（图3d-l）。

4. C dots@LGG协同缓解DSS小鼠结肠炎

给予4% DSS水饮7天构建结肠炎小鼠模型，连续口服C dots@LGG（1×10^9 CFU）7天，较裸菌及碳点单独组显著缓解体重下降，降低疾病活动指数（DAI），且缓解结肠缩短（图4b-e）。病理学H&E染色显示，C dots@LGG组肠黏膜完整，炎症细胞浸润明显减少，免疫组化检测发现炎症标志物MPO及炎症因子TNF-α、IL-1β降低，抗氧化水平提升（SOD、CAT活性增强，MDA降低）（图4f-k）。

5. 促进肠道屏障修复和细胞增殖

qPCR及免疫荧光检测显示，C dots@LGG显著提升肠道屏障关键成分杯状细胞分泌的MUC2，以及紧密连接蛋白ZO-1、Occludin表达，恢复粘膜屏障完整性（图5b-j）。AB-PAS染色证实杯状细胞数量恢复（图5g,k）。细胞增殖标识Ki-67表达显著增加，体现促进肠上皮修复功能（图5h,l）。

6. 调节肠道菌群微生态，恢复菌群多样性

16S rDNA高通量测序揭示，DSS诱导肠炎降低肠道菌群多样性，C dots@LGG恢复菌群观察到的物种数、Shannon及Chao1指数，菌群与健康组趋同（图6a-e）。家族水平上大幅抑制IBD相关致病菌Erysipelotrichaceae，降低条件致病菌Turicibacter丰度；同时促进有益菌Bifidobacterium及Lachnospiraceae_NK4A136_group增长（图6f-j）。

代谢组学分析显示C dots@LGG提升Bifidobacterium相关代谢产物γ-氨基丁酸（GABA）和吲哚-3-乳酸（ILA）水平，二者均具有抗炎和免疫调节作用（图6k,l）。

研究意义与展望

本研究创新地结合纳米碳点与益生菌技术，有效克服了传统口服益生菌在IBD肠道内活性丧失与靶向定位困难的局限，实现益生菌的保护、肠道定植及功能强化。C dots为益生菌提供的抗氧化保护不仅提升其存活率，还直接缓解氧化应激引发的炎症，加速黏膜修复及肠屏障重建。同时，C dots@LGG调节肠道菌群，促使益生菌及有益菌增殖，抑制致病菌，为疾病提供长期微生态支持。该策略拓展了益生菌治疗IBD的应用前景，尤其在避免传统免疫抑制剂副作用方面具备优势。未来研究可深入探讨不同碳点结构对益生菌功能的影响，及其在其他炎症性与代谢性肠道疾病中的潜在价值。

原始出处
Chen X, Guo H, Li Y, et al. Carbon-Coated Probiotics Restore Intestinal Homeostasis to Promote Damage Repair in Inflammatory Bowel Disease. Adv Sci. 2025; e09812. doi:10.1002/advs.202509812

Tags： Adv Sci ：我国学者揭示碳点修饰益生菌，突破炎症性肠病治疗瓶颈，提升LGG存活率与抗炎修复效能的新策略