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Cell | 靶向鼻脑递送新突破:工程化植物乳杆菌为肥胖症治疗开辟新道路

生物探索  · 公众号  · 生物  · 2025-02-06 16:35

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鼻脑递送的最大亮点之一,就是能够精准地将药物直接送入大脑,同时减少药物在其他组织的沉积,从而实现更高的药物生物利用度和靶向效果。这一发现为药物递送领域带来了全新的方向,并且为解决大脑疾病的治疗提供了新的机遇。

鼻脑递送:如何通过鼻腔直接进入大脑?
嗅上皮不仅仅是嗅觉感知的中心,它实际上也是外界信息与大脑之间的一座重要桥梁。嗅上皮内的嗅神经末梢与大脑的嗅球相连,这种直接连接的结构使得嗅上皮成为药物进入大脑的“天然通道”。药物通过鼻腔进入嗅上皮,能够迅速通过嗅神经传递至大脑,而不需要依赖血液循环来穿越血脑屏障。
嗅上皮的这一特性为药物递送提供了极大的便利。与血脑屏障不同,嗅上皮对药物的吸收具有很高的效率。研究表明,药物通过嗅神经进入大脑的速度非常快,并且在嗅球和大脑的其他区域分布广泛。更重要的是,药物递送至大脑后,能够直接发挥作用,而不经过复杂的代谢过程。这一机制为药物的精准递送和长期效应提供了理想的解决方案。
鼻脑递送的关键在于其独特的生理结构。药物通过鼻腔进入后,首先与嗅上皮的细胞结合,然后通过嗅神经进入大脑。嗅神经在通过筛板进入大脑后,能够迅速将药物传递到嗅球,并通过大脑的液体介质将药物分布到其他区域。这种递送方式能够绕过血脑屏障,确保药物能够在短时间内高效到达大脑的目标区域。
鼻脑递送的优势不仅仅在于其绕过血脑屏障的能力。首先,鼻脑递送是一种非侵入性的方法,患者不需要接受注射或手术,药物通过鼻腔吸入即可。此外,鼻脑递送的药物能够迅速到达大脑,具有较高的生物利用度,这使得药物能够迅速产生治疗效果。

细菌作为药物递送载体:植物乳杆菌的角色
植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum, Lp)是一种常见的乳酸菌,广泛存在于人体肠道和鼻腔中。作为一种共生细菌,植物乳杆菌与宿主之间保持着稳定的共生关系,能够帮助维持宿主的免疫系统平衡、促进消化健康,并具备抗菌特性。植物乳杆菌的一个独特之处在于,它具有很强的适应性,能够在低酸环境和高盐环境中生存,并具有良好的耐受性和稳定性。
植物乳杆菌的这一特性使其成为了一个理想的药物递送载体。研究人员发现,植物乳杆菌能够通过其表面的一些蛋白质与宿主细胞相互作用,特别是对嗅上皮细胞的亲和力,使其成为药物递送的理想载体。更重要的是,植物乳杆菌能够在宿主的鼻腔内定植,为药物的持续递送提供了保障。
研究表明,植物乳杆菌通过其表面的OppA蛋白与嗅上皮细胞的N-乙酰肝素硫酸(NaHS)结合,从而能够特异性地定位到嗅上皮。这种天然的结合能力使得植物乳杆菌成为理想的药物递送载体。植物乳杆菌通过这一机制能够有效地在嗅上皮定植,并将药物分子递送到大脑。
这一发现为鼻脑递送提供了新的思路。通过基因工程改造植物乳杆菌,使其能够携带药物分子并定向释放,这为治疗神经系统疾病提供了全新的方案。植物乳杆菌的这一天然亲和力,不仅提高了药物递送的精准性,还降低了药物在其他组织中的代谢和副作用。

工程化植物乳杆菌(Lp)通过鼻腔递送食欲调节激素的过程 (Credit: Cell

(A)植物乳杆菌(Lp)能够特异性地定位到嗅上皮(OE),这一过程是通过与嗅上皮细胞表面的一种分子,N-乙酰肝素硫酸(NaHS)的识别实现的。这表明,Lp能够准确地在鼻腔内的嗅上皮区域定植,为药物递送提供了一个理想的起点。
(B) Lp表面存在一种特异性结合的寡肽基底结合蛋白(OppA),该蛋白能够与NaHS结合。这表明,Lp通过其表面的OppA蛋白与NaHS分子相互作用,从而增强了其对嗅上皮的亲和力,并促进了定位与定殖。
(C)通过基因工程改造的Lp能够产生并分泌三种食欲调节激素:瘦素(Leptin)、α-黑色素刺激激素(α-MSH)和脑源性神经营养因子(BDNF)。这些激素在调节食欲和体重方面发挥着重要作用。
(D) 由Lp分泌的激素能够从嗅上皮(OE)转移到大脑的嗅球(OB)。这表明,经过Lp递送的食欲调节激素能够有效地通过嗅神经传递到大脑,为治疗肥胖症等代谢性疾病提供了一种直接而有效的药物递送途径。

改造细菌释放食欲调节激素:开启肥胖治疗新篇章
随着基因工程技术的不断发展,研究人员已经能够对共生细菌进行定制改造,使其具备分泌特定生物分子的能力。这一技术突破不仅为治疗多种疾病提供了新的思路,也为我们在治疗肥胖症等代谢性疾病时提供了革命性的方案。在这一过程中,研究人员利用植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum, Lp)作为药物递送载体,通过基因工程手段让这种细菌能够分泌三种重要的食欲调节激素: 瘦素(Leptin)、α-黑色素刺激激素(α-MSH)和脑源性神经营养因子(BDNF)
这三种激素在调节体内能量平衡、食欲控制以及代谢调节方面发挥着核心作用。瘦素是一种由脂肪组织分泌的激素,能够向大脑发出信号,抑制食欲,帮助维持体重。α-MSH则通过刺激下丘脑的黑色素受体,控制食欲和能量消耗。BDNF在神经系统中的作用则更为广泛,它不仅参与神经保护,还能通过调节神经活动来改善体内的代谢功能。






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