蛋白質藥物因其高效性和特異性在治療多種疾病方面展現出巨大潛力。然而，蛋白質藥物的遞送方式一直是制約其廣泛應用的關鍵瓶頸之一。由于蛋白質在胃腸道中容易被降解，且難以穿透腸道上皮細胞屏障，口服給藥的效果往往不佳。目前，大多數蛋白質藥物需要通過注射給藥，患者依從性差且易引起免疫副反應。

近期，北京航空航天大學醫學科學與工程學院楊昀副教授、國家納米科學中心梁興杰教授和中日友好醫院肖飛副主任團隊在 Nature Communications 發表了一篇題為“Oral delivery of therapeutic proteins by engineered bacterial type zero secretion system”的重要成果，為這一問題帶來了創新的解決方案。他們提出了一種基于工程益生菌“零型分泌系統”（T0SS）的口服蛋白質遞送策略，成功實現了治療性蛋白質在腸道內的穩定遞送，并能夠穿透腸道屏障進入血液循環。

細菌外膜囊泡（OMV）是由革蘭氏陰性菌的外膜脫落形成的納米級球狀囊泡，其被認為是細菌零型分泌系統，具有在細菌之間、與其環境中的其他微生物以及宿主之間進行交流的功能。作為細菌細胞的納米級衍生物，腸道微生物衍生的 OMV 可能具有進入循環系統的能力。

圖 | 基于工程益生菌的口服蛋白遞送技術示意圖

研究人員以大腸桿菌 Nissle 1917（EcN）作為底盤。通過工程化改造EcN，實現特定蛋白質程序化組裝到 OMV 中以及增強 OMV 合成。

首先，研究團隊刪除了 EcN 中的 nlpI 基因，成功提高了 OMV 的產量，并將目標蛋白酶加載到 OMV 中，包裹率高達 97.9%。這種基于 T0SS 的蛋白質分泌系統與多種蛋白兼容，并能將不同種蛋白載荷自組裝到單個 OMV 中，可以實現級聯催化反應。

蛋白質在胃腸道中的穩定性是口服遞送的一個關鍵問題。研究團隊比較了基于 T0SS 的蛋白質分泌系統與通過傳統分泌系統（T1SS，即細菌生產的蛋白質直接從細胞質分泌到細胞外環境）分泌的蛋白質（如尿酸酶 Uox）的穩定性。實驗結果顯示，OMV 中的蛋白質在模擬腸道環境中具有更高的穩定性和催化活性。在含有胰蛋白酶的模擬腸道環境中，OMV 中的 Uox 在 1 小時后仍保持了 79.8% 的活性，而通過 T1SS 分泌的 Uox 活性僅剩 37.4%。這一結果表明，OMV 能夠有效保護蛋白質免受消化酶的降解，從而提高其在胃腸道中的穩定性。

OMV 的穿透能力是實現口服蛋白質遞送的關鍵。實驗中，研究人員將熒光標記的 OMV 注入小鼠結腸，8 小時后在肝臟和腎臟中檢測到了熒光信號，證實了 OMV 能夠穿透腸道屏障并進入血液循環，并以胞飲作用和動力蛋白依賴的胞吞轉運途徑跨越腸屏障入血，從而穩定、高效清除血液中的有害代謝物。

圖｜OMV 中的蛋白質載荷在模擬腸液中的蛋白質穩定性和催化活性方面更勝一籌

為了驗證這一技術的臨床應用潛力，研究團隊以高尿酸血癥小鼠模型為例，評估了工程化 EcN 遞送尿酸氧化酶的治療效果。高尿酸血癥是一種常見的代謝性疾病，其特征是血清尿酸水平升高，導致痛風和腎結石等疾病。

與直接在腸道分泌尿酸氧化酶的工程益生菌相比，以 T0SS 分泌尿酸酶的工程益生菌治療效果更佳。用配備 T0SS 的工程化 EcN 治療在降低循環尿酸濃度方面表現出治療效果，使血清尿酸濃度從約 599.7 μM 顯著降低至約 279.3 μM，接近健康對照水平（血清尿酸濃度約為 274.7 μM）；用野生型 EcN 或配備 T1SS 的重組 EcN 治療可分別使血清尿酸輕微降低至約 514.3 μM 或至約 464.8 μM。

此外，工程化 EcN 處理的小鼠在尿液尿酸水平、血清肌酐水平和炎癥因子 IL-1β 水平上也表現出顯著改善。這些結果表明，基于 T0SS 的 OMV 遞送系統不僅能夠有效遞送蛋白質藥物，還具有顯著的治療效果。

圖 | 工程化 EcN 在治療高尿酸血癥小鼠和解毒人血清樣本中表現出優異的治療效果

不僅如此，研究團隊還測試了源自工程化 EcN 的 OMV 在人類血清樣本中的解毒能力。他們將 OMV 與 9 位高尿酸血癥患者的血清樣本孵育，發現OMV能夠有效降解血清中的尿酸，平均降低 42.6%，從 496.9 μM 至 285.3 μM，而這 9 個樣本的血糖水平不受 OMV 孵育的影響；此外，OMV還能夠降解肺癌患者血清中的乳酸水平，而對葡萄糖水平沒有影響。這些結果表明，OMV 具有高度的特異性和解毒能力，為臨床治療多種代謝性疾病提供了新的思路。

綜上所述，該研究開發了一種基于工程益生菌及其 T0SS 的創新型口服蛋白遞送技術，OMV 載體具有蛋白質穩定性高、不易被蛋白酶解和能夠進入循環等優勢，為臨床治療廣泛的代謝紊亂提供了一種有前景的基于合成細菌的口服蛋白質輸送系統。

參考文獻：

1. Gong, X., Liu, S., Xia, B. et al. Oral delivery of therapeutic proteins by engineered bacterial type zero secretion system. Nat Commun 16, 1862 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-57153-6

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