植物單寧，又名植物多酚，是一類廣泛存在于自然界的植物生物質(zhì)資源，被傳統(tǒng)地應(yīng)用于制革工業(yè)當中?；谥参锒喾游锢砘瘜W(xué)屬性的深層次利用，構(gòu)建植物多酚新型材料并應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、新能源等領(lǐng)域，已成為生物質(zhì)材料發(fā)展的重要研究方向。
近日，我院郭俊凌教授、華西第二醫(yī)院張曜耀醫(yī)生與美國哈佛大學(xué)、麻省理工大學(xué)聯(lián)合團隊，利用植物多酚在細胞界面粘附的作用特性，開發(fā)了一種細菌功能化新技術(shù)，為細菌功能強化升級與生物雜化復(fù)合體的構(gòu)建提供了一種全新的策略。相關(guān)研究成果發(fā)表于國際頂級期刊《Nature Communications》（川大A-刊），并被Nature Portfolio英文版及中文版亮點報道。我院博士生潘界舟為論文的第一作者，博士后龔貴東為論文的共同第一作者，我院為該研究第一單位。該工作得到了國家海外高層次人才引進青年項目、國家自然科學(xué)基金、中國博士后基金等項目的支持。
腸道菌群在維持健康的胃腸功能和其他生理過程中起著關(guān)鍵作用。隨著這些作用機制被逐漸揭示，使用口服微生物作為疾病治療新手段和診斷新方法的應(yīng)用已成為生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的焦點方向之一。腸道菌群能夠在口腔和胃部轉(zhuǎn)運過程中存活，并在腸道中繁衍，從而對宿主產(chǎn)生有益的生物效應(yīng)，包括對腸道病原體的抑制、調(diào)節(jié)免疫、促進營養(yǎng)吸收等?？股氐膹V泛使用嚴重破壞了腸道菌群的穩(wěn)態(tài)，從而導(dǎo)致抗生素相關(guān)的腹瀉（AAD）。AAD影響了約30%的接受抗生素治療的病人，而這一副作用對一些基礎(chǔ)健康狀況較差的老年病人可能帶來嚴重后果。在臨床上，雖然會通過口服益生菌制劑來緩解抗生素的副作用，但由于未經(jīng)保護的益生菌在患者腸道內(nèi)仍然會遭受抗生素的破壞，新的菌群幾乎無法定植，因此在抗生素治療期間即使多次口服益生菌制劑往往也療效不佳。因此，通過納米材料與活細菌的結(jié)合對益生菌進行物理封裝，以彌補益生菌的先天缺陷是解決這一問題的一個行之有效的方法。
基于前期郭俊凌教授在國際金屬-多酚網(wǎng)絡(luò)（Metal-phenolic network）領(lǐng)域的相關(guān)研究（Science, 2018, 362, 813; Science Advances, 2021, 7, eabh348; Nature Nanotechnology, 2016, 11, 1105; Advanced Materials 2020, 32, 2003492; Energy Environmetal Science, 2019, 12, 607; Angewandte Cheime 2014, 53, 5546-5551; Angewandte Cheime 2019, 58, 9866），該團隊將多酚界面組裝的方法擴展應(yīng)用在益生菌上，創(chuàng)建一種使益生菌能夠抵御抗生素傷害的平臺化技術(shù)，命名為益生菌納米盔甲（如圖1所示）。
圖1. 盔甲化益生菌的制備和腸道菌群穩(wěn)態(tài)調(diào)控機理
盔甲化益生菌策略可以在革蘭氏陰性益生菌E. coli Nissle1917，革蘭氏陽性益生菌L. casei ATCC393T以及商用益生菌混合物CVS HPC表面形成一層保護殼。與天然益生菌相比，盔甲化益生菌在抗生素的作用下也維持了很好的生物活性。多酚納米盔甲是一種多孔性納米材料，其提高益生菌抗生素耐受性的機理是通過植物多酚與抗生素之間存在的多重相互作用吸附益生菌周圍的抗生素，避免益生菌受到傷害。這種保護作用即使在益生菌分裂并突破這層保護殼后仍然存在。凍干了的盔甲化益生菌也在適當條件下可以快速復(fù)蘇。把盔甲化益生菌的凍干粉末封裝在腸溶膠囊里，使得這些益生菌避免胃酸的傷害，順利遞送到腸道，并在腸道環(huán)境中定植。動物實驗表明，盔甲化益生菌在持續(xù)使用抗生素的情況下仍能成功定植于AAD大鼠的腸道，涂層能幫助益生菌在腸道的定植率提高，同時多酚還發(fā)揮了抗炎抗氧化的功效，以上功能的協(xié)同作用有效改善了AAD大鼠的生理狀況。該工作使用FDA批準的食品添加劑作為主要材料，解決了同時服用抗生素與益生菌所導(dǎo)致的益生菌定植不良的臨床現(xiàn)實問題，具有較大的應(yīng)用前景。
論文全文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-29672-z。
四川大學(xué)主頁也對該工作進行了宣傳報道：https://www.scu.edu.cn/info/1207/21803.htm。
