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背景介绍

肠道屏障功能障碍是多种癌症的重要驱动因素。肠道屏障的完整性受损会导致微生物及其致病因子不可控地易位，引发免疫失调、慢性炎症乃至癌变。越来越多的证据表明，多种消化系统肿瘤（如结直肠癌、肝癌）的发生、转移和治疗效果与肠道屏障完整性下降密切相关。例如，肠道通透性增加往往出现在结直肠癌发生之前；而由肠道屏障受损引起的细菌肝易位则促进结直肠癌肝转移。另一方面，肿瘤患者因频繁使用抗生素和放化疗，也处于肠道屏障损伤的高风险中，进而导致治疗效果不佳。目前，维持肠道屏障完整性被视为干预癌症进程的潜在“守门人”。然而，传统的免疫抑制剂、益生菌或粪菌移植等策略往往只作用于单一靶点，无法全面修复肠道屏障，更缺乏清除肠道菌群失调来源的致病因子（如连蛋白和脂多糖）的能力。

研究思路

针对上述挑战，上海交通大学医学院附属仁济医院的刘尽尧教授、林思思研究员和WU Feng团队设计了一种口服的肠上皮仿生丁酸负载纳米颗粒（EMBNs）。EMBNs通过将丁酸物理包封于静电络合并经三聚磷酸钠稳定的壳聚糖/透明质酸纳米颗粒中，再进一步包被肠上皮Caco-2细胞膜制备而成。包被的细胞膜继承了肠上皮细胞的天然膜受体（TLR4和EGFR），可有效吸附并清除肠道中导致屏障损伤的脂多糖和连蛋白；同时，负载的丁酸在肠道中持续释放，能够上调紧密连接蛋白occludin和ZO-1的表达，促进杯状细胞分泌黏液，从而巩固肠道屏障。机制上，EMBNs通过抑制肠上皮细胞中LPS诱导的自噬以及重建健康的微生物组成来实现对肠道屏障的保护。口服EMBNs后，能够有效抑制肠道微生物及其致病因子的易位，从而防止肝脏免疫微环境的紊乱，在DSS诱导的肠道屏障功能障碍小鼠模型中，显著抑制了肝细胞癌的发生、生长以及结肠癌的肝转移。相关内容以Oral delivery of enterocyte-mimetic butyrate-loaded nanoparticles repairs the gut barrier and inhibits growth of digestive system tumors为题，发表在Nature Communications！

图片解析

图1. EMBNs的制备与表征： (a) EMBNs制备及丁酸释放、清除LPS和连蛋白的示意图。(b) BNs和EMBNs的典型TEM图像。(c) BNs、CCMs和EMBNs的Zeta电位。(d) BNs和EMBNs的平均粒径。(e) EMBNs的共聚焦图像（红色：罗丹明B标记的透明质酸，绿色：FITC标记的CCMs）。(f,g) BNs和EMBNs的流式细胞术直方图及散点图。(h,i) BNs和EMBNs在模拟胃液和模拟肠液中孵育后的粒径变化。(j) 有无三聚磷酸钠和CCMs包被的纳米颗粒在模拟肠液中的丁酸释放曲线。结果表明EMBNs具有核壳结构、良好的稳定性及酸性响应性释放行为。

图2. EMBNs结合LPS和连蛋白的能力： (a) 不同含量CCMs孵育后游离LPS水平。(b) LPS刺激的Caco-2细胞上清中游离连蛋白水平随CCMs含量的变化。(c) Transwell中FITC-葡聚糖的渗透水平。(d) 不同含量CCMs处理后死亡Caco-2细胞百分比。(e-g) DSS造模后不同处理组小鼠血浆LPS水平及血浆、结肠中连蛋白水平。(h-j) 血浆、结肠和回肠中LPS与连蛋白浓度的相关性分析。EMBNs能够有效结合并清除LPS和连蛋白，降低其水平，且两者水平呈正相关。

图3. EMBNs对肠道屏障的保护作用： (a) 细胞上清中连蛋白水平。(b) Transwell中FITC-葡聚糖浓度。(c) 连蛋白与FITC-葡聚糖浓度的相关性。(d,e) 流式细胞术散点图及坏死细胞百分比。(f) 结肠组织H&E染色。(g) 结肠杯状细胞AB/PAS染色。(h) 结肠ZO-1和occludin免疫荧光染色。(i) 肠道通透性（血浆FITC-葡聚糖）。(j,k) 肝脏细菌计数及Treg细胞百分比。EMBNs能够抑制LPS诱导的细胞死亡、保护紧密连接蛋白、降低肠道通透性、减少细菌易位和肝脏Treg细胞比例。

图4. EMBNs修复肠道屏障的机制： (a) 自噬体的TEM图像。(b) 单丹磺酰尸胺染色定量分析自噬。(c,d) ROS的LSCM图像及荧光强度定量。(e) 肠道菌群Jaccard热图。(f-i) 肠道菌群中Peptostreptococcaceae、Enterobacteriales、Muribaculaceae和Alistipes的计数。(j) EMBNs保护效应的机制示意图。EMBNs通过抑制LPS诱导的自噬、降低ROS水平，并重建健康的微生物组成（减少有害菌、增加有益菌）来修复肠道屏障。

图5. EMBNs预防肝细胞癌： (a) HCC预防实验设计。(b) 肝脏肿瘤大体照片。(c) 肝脏H&E染色。(d) 肿瘤面积定量。(e-g) 脾脏、MLNs和肝脏中的细菌计数。(h) MLNs中IFN-γ⁺CD4⁺ T细胞百分比。(i) 肝脏中Th17/Treg比值。(j-l) 肝脏中IFN-γ⁺CD4⁺ T细胞、IFN-γ⁺CD8⁺ T细胞和CD86⁺CD11b⁺细胞百分比。EMBNs预处理显著抑制了HCC的发生，减少了细菌易位，调节了肝脏和MLNs的免疫微环境。

图6. EMBNs治疗肝细胞癌： (a) HCC治疗实验设计。(b) 肝脏肿瘤大体照片。(c) 肝脏H&E染色。(d) 肿瘤面积定量。(e) MLNs中IFN-γ⁺CD4⁺ T细胞百分比。(f) MLNs中Th1/Th2比值。(g-i) 肝脏中IFN-γ⁺CD4⁺ T细胞、IFN-γ⁺CD8⁺ T细胞和CD86⁺CD11b⁺细胞百分比。EMBNs治疗显著抑制了已建立的HCC生长，并改善了肿瘤微环境中的免疫应答。

图7. EMBNs抑制结肠癌肝转移： (a) 肝转移抑制实验设计。(b) 肝脏肿瘤代表性图像。(c) 肝转移面积百分比。(d) 肝脏平均重量。(e-h) 肝脏中Th17、Treg、Th1和Th2细胞百分比。(i,j) MLNs中Treg和Th1细胞百分比。EMBNs显著抑制了结肠癌细胞的肝转移，并纠正了免疫细胞失衡。

图8. EMBNs抗肿瘤功效的关键要素： (a) 肝脏肿瘤大体照片。(b) 肝脏H&E染色。(c) 肿瘤发生率百分比。(d,e) 脾脏中IFN-γ⁺CD4⁺和IFN-γ⁺CD8⁺ T细胞百分比。(f) 脾脏中M1/M2巨噬细胞比值。(g) 脾脏中NK细胞百分比。(h,i) 血浆中连蛋白和LPS水平。(j) 血浆连蛋白与脾脏M1/M2比值的相关性。EMBNs的抗肿瘤效果依赖于Caco-2细胞膜的吸附功能和丁酸缓释的协同作用，且与连蛋白和LPS水平的降低密切相关。

图9. EMBNs抗肿瘤效应的机制： (a-d) 血浆LPS水平与脾脏IFN-γ⁺CD4⁺ T细胞、IFN-γ⁺CD8⁺ T细胞、NK细胞和M1巨噬细胞百分比的相关性。(e-h) 血浆连蛋白水平与上述免疫细胞百分比的相关性。(i) 抗生素处理后肝脏肿瘤大体照片。(j) 肿瘤发生率百分比。(k-n) 抗生素处理后脾脏中IFN-γ⁺CD4⁺ T细胞、IFN-γ⁺CD8⁺ T细胞、NK细胞和M1/M2比值。肠道菌群在EMBNs介导的适应性免疫激活和抗肿瘤效应中发挥关键作用。

图10. EMBNs的生物安全性和灵活性： (a) 健康小鼠治疗期间的体重变化。(b-d) 血液中WBC、RBC和PLT计数。(e) 主要器官H&E染色。(f,g) LPS刺激后不同处理组的细胞死亡流式图及死亡细胞百分比。(h) Caco-2细胞中ZO-1和occludin的免疫荧光染色。(i,j) ZO-1和occludin的平均灰度值。EMBNs具有良好的生物安全性，使用人正常结肠上皮细胞NCM460膜包被的NMBNs同样能有效保护肠道屏障，显示了该策略的灵活性。

结论

本研究成功制备了一种口服的肠上皮仿生丁酸纳米颗粒EMBNs。该颗粒通过继承肠上皮细胞的膜受体，有效吸附并清除了肠道中的致病因子LPS和连蛋白；同时，负载的丁酸在肠道中持续释放，上调紧密连接蛋白、促进黏液分泌，从而协同修复肠道屏障。机制上，EMBNs抑制了LPS诱导的肠上皮细胞自噬，并重建了健康的肠道菌群结构。在DSS诱导的肠道屏障功能障碍小鼠模型中，口服EMBNs显著减少了肠道细菌及其致病因子向肝脏的易位，防止了肝脏免疫微环境的紊乱，从而高效抑制了肝细胞癌的发生、生长以及结肠癌的肝转移。该研究揭示了通过口服仿生纳米药物维持肠道屏障稳态以预防和治疗消化系统肿瘤的潜力。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-026-72843-5