工程化分泌亚精胺的布拉氏酵母菌显著改善小鼠结肠炎及结肠癌

本研究针对炎症性肠病(IBD)治疗中益生菌疗法效果不稳定的临床难题，通过CRISPR基因编辑技术构建了能高效分泌亚精胺(spermidine)的工程化布拉氏酵母菌(S. boulardii)菌株Sb576。研究证实该菌株可显著提升胃肠道内游离亚精胺水平，在DSS诱导的小鼠结肠炎和AOM/DSS诱导的结肠癌模型中，相比野生型菌株能更有效缓解炎症症状、恢复结肠长度并减少肿瘤发生。该成果为IBD及其相关结肠癌的靶向治疗提供了新型合成生物疗法策略。

　　

炎症性肠病(IBD)包括克罗恩病和溃疡性结肠炎(UC)，是全球范围内发病率持续上升的慢性肠道炎症性疾病。这类疾病不仅导致患者生活质量严重下降，更使结肠癌风险增加2-10倍。尽管近年来生物制剂和小分子靶向药物不断涌现，但临床数据显示即使采用最大治疗剂量，仍有超过50%患者无法获得持续缓解。现有疗法还存在诱发感染、肿瘤等副作用，以及治疗成本高昂等问题。与此同时，作为常用辅助疗法的益生菌布拉氏酵母菌(S. boulardii)虽在部分研究中显示疗效，但因效果不稳定始终未能成为标准治疗方案。

面对这一临床困境，加拿大渥太华医院研究所X. Johné Liu团队与多伦多病童医院Mike Tyers团队另辟蹊径，着眼于肠道黏膜修复这一IBD治疗的关键环节。研究人员注意到天然代谢物亚精胺(spermidine)在动物实验中显示出促进黏膜愈合、减轻结肠炎的潜力，但系统性补充存在剂量控制难题。受此启发，研究团队提出创新构想：能否通过基因工程改造益生菌，使其在肠道局部持续分泌治疗剂量的亚精胺？

为验证这一设想，研究团队采用CRISPR基因编辑和转座子介导的基因整合技术，在FDA认证的安全菌株S. boulardii MYA-796中构建了两个工程菌株Sb570和Sb576。通过删除负调控基因OAZ1，并整合多胺合成通路关键基因SPE1、SPE2及转运蛋白基因TPO5，成功使菌株亚精胺产量提升约3倍。其中Sb576菌株因额外整合SPE2基因，展现出更优的亚精胺分泌能力。值得注意的是，工程菌株的生长特性与野生型无显著差异，为后续应用奠定基础。

在技术方法上，研究主要采用：1) CRISPR-Cas9系统进行OAZ1基因敲除；2) Ty2位点整合表达载体构建工程菌株；3) LC-MS/MS检测多胺浓度；4) 建立AOM/DSS诱导的小鼠结肠炎-癌转化模型；5) 组织病理学评估和免疫组化分析。

工程化S. boulardii提升胃肠道亚精胺水平

通过抗生素预处理后连续5天灌胃给药，证实工程菌Sb576能在小鼠胃肠道保持>10⁶ CFU/g粪便的存活量，清除半衰期约24小时。LC-MS/MS分析显示，Sb576处理组粪便游离亚精胺水平显著高于野生型处理组和对照组，而培养基中高浓度的腐胺(putrescine)在体内未被检出，提示肠道微生物或宿主细胞的快速代谢转化。

显著缓解结肠炎症状

在三轮DSS诱导的慢性结肠炎模型中，Sb576展现出卓越的治疗效果：相比野生型菌株，Sb576处理组小鼠体重损失减少50%，疾病活动指数(DAI)显著降低。最具说服力的是，Sb576完全逆转了DSS导致的结肠缩短现象，使结肠长度恢复至正常水平。组织学分析进一步证实，工程菌处理可减少炎性浸润和黏膜损伤。

抑制结肠癌发生发展

在AOM/DSS诱导的结肠癌模型中，Sb576处理使每只小鼠肉眼可见肿瘤数量从25个降至15个，肿瘤总负荷降低40%。更重要的是，病理分析显示Sb576显著减少高级别腺瘤和腺癌的发生率，总体肿瘤性病变减少达60%。免疫组化分析排除了通过激活CD8⁺ T细胞发挥抗肿瘤作用的可能性，提示疗效主要源于炎症控制而非免疫激活。

这项研究开创性地将合成生物学策略应用于IBD治疗，其科学价值主要体现在三个方面：首先，首次证实工程化益生菌局部递送亚精胺的可行性，为IBD的"黏膜愈合"治疗提供新思路；其次，建立CRISPR编辑S. boulardii的技术体系，拓宽了这类GRAS微生物的治疗应用前景；最后，揭示亚精胺在结肠炎-癌转化中的保护作用，为预防IBD相关肿瘤提供分子靶点。

研究人员在讨论中指出，这种活菌疗法具有多重优势：S. boulardii与抗生素兼容，可配合现有治疗方案；工程菌定植时间适中，既保证疗效又避免长期滞留风险；局部分泌亚精胺可规避全身给药副作用。未来通过优化SPE3表达、增加黏膜靶向性等改进，疗效有望进一步提升。这项发表于《Scientific Reports》的研究，为开发"设计型益生菌"治疗慢性炎症性疾病树立了新范式。