“这病能治,但没药。”这是很多妇科患者面临的现实。全球新药研发如火如荼,但真正聚焦妇科疾病的临床研究不足4%。投入长期缺位,意味着即便有好的治疗思路,也很难推进到临床。那些有潜力的纳米药物,往往卡在工艺复杂、成本高企的转化门槛上。有没有更简单的办法?最近发表在J Control Release上的一项研究,提供了一个思路:让益生菌成为生产药物的微型工厂。
用细菌做载体,想法从哪来?
细菌外膜囊泡是革兰氏阴性菌自然分泌的纳米级小泡,大小在100到500纳米之间,里面可以装载蛋白质、核酸等分子。相比传统纳米制剂,养细菌成本低,生产周期短,基因改造工具也成熟。研究团队选用的菌株是大肠杆菌Nissle 1917,这是一种安全性记录良好的益生菌。
他们把荧光蛋白moxNeonGreen作为模型药物,通过基因工程把它定位到细菌的周质空间内膜和外膜之间的区域。当细菌自然分泌外膜囊泡时,目标蛋白就被顺势包裹进去。
一个关键操作:把蛋白送到对的位置
结果显示,周质定位让装载效率明显提升。荧光囊泡的比例从胞质表达的0.52%升至5.16%,囊泡产量也增加,粒径反而减小。这说明蛋白定位策略不仅影响装载量,也改变了囊泡的生成过程。
但5%还不够。为了让更多囊泡装上蛋白,团队进一步优化培养条件。他们发现,低温培养能显著提高装载效率,而诱导剂浓度也不是越高越好。在18摄氏度、中浓度诱导剂(6.25 nM)的组合下,装载效率达到39.55±2.89%,且批次稳定性最好。换算下来,每10¹⁰个囊泡大约携带20.40微克目标蛋白。
图1. 优化培养条件最大化bEVs中moxNG的表达量
不同诱导剂浓度与温度组合下,中浓度(6.25 nM)配合18°C培养的囊泡装载率最高(39.55±2.89%)。透射电镜确认囊泡形态完整,粒径约100 nm,zeta电位和蛋白含量与对照组无显著差异。
阴道环境里,人体细胞和好细菌都接受它
作为阴道给药载体,安全是第一关。研究者把囊泡和阴道上皮细胞、宫颈内膜细胞一起培养,剂量高达5000个囊泡每细胞时,细胞活力也没有下降。给药后24小时,炎症因子IL-6和IL-8的mRNA水平一度升高,但48小时后都回到基线,说明炎症反应是暂时的。
阴道里住着大量乳酸杆菌,维持着微生态平衡。囊泡加入后,乳酸杆菌的生长曲线和菌落数量都没受影响。这意味着这个平台不太可能破坏阴道内原有的生态。
图2. bEVs与生殖道细胞及关键阴道菌群相容
阴道上皮细胞中,野生型和装载蛋白囊泡均不降低细胞活力;宫颈内膜细胞中,囊泡处理后细胞活力甚至有所上升。乳酸杆菌的菌落形成单位无显著变化,生长曲线基本重合。
细胞主动摄取,囊泡送药进门
囊泡能不能进细胞,决定了药物能不能送到靶点。实验显示,装载蛋白的囊泡被细胞摄取的速度和野生型不太一样。给药后2小时,野生型囊泡已经进入62.5%的细胞,而装载蛋白组只有32.2%。但到6小时,后者迅速追到88.8%,12小时接近98%,24小时两组都超过99%。共聚焦显微镜下可以清楚看到囊泡分布在细胞质内。
小鼠体内,滞留6小时以上
体外表现不错,体内呢?给雌性小鼠阴道内注射荧光标记的装载蛋白囊泡,活体成像显示,给药后6小时荧光信号最强,24小时仍能检测到残留信号。组织切片分析显示,囊泡处理组的宫颈组织和对照组没有明显差异,只有诱导发情相关的轻微炎症,没有额外的组织损伤或炎症反应。
图3. PM18 bEVs在小鼠阴道内滞留6小时以上
给药后6小时,装载蛋白囊泡组荧光信号显著高于对照组;24小时信号减弱但与对照组无显著差异。组织染色显示两组宫颈组织无明显区别,囊泡未引起额外组织反应。
结语
本研究给细菌囊泡用于阴道给药提供了系统性的实验依据。通过周质定位和培养条件优化,实现了蛋白药物的高效装载;囊泡对人体生殖道上皮细胞及阴道菌群都表现良好相容性;能被细胞主动摄取并在生殖道内滞留足够长时间。相比传统纳米制剂复杂的合成工艺,细菌囊泡具备低成本、易规模化、可编程的优势。对于妇科和产科疾病的治疗来说,这或许是一条值得期待的转化路径。(生物谷Bioon.com)
参考文献:
Steinman D, Kumar VSH, McIlvaine RA, et al. Optimizing genetic engineering approaches for protein loading into bacterial extracellular vesicles for vaginal drug delivery.J Control Release. Published online March 12, 2026. doi:10.1016/j.jconrel.2026.114822