|
人體是眾多微生物的自然棲息地，其中細菌是微生物群的主要組成部分。許多細菌種類，無論是共生的還是致病的，都通過生化信號與宿主相互作用。 基于這些屬性，共生和減毒病原菌已經被設計成能夠輸送治療分子來靶向特定的疾病。 合成生物學的最新進展使我們能夠在活細菌和細菌衍生顆粒中進行復雜的遺傳修飾，這些顆粒模擬微米或亞微米脂質載體，用于靶向遞送治療劑。 工程細菌或細菌衍生顆粒，它們包裹、分泌或表面展示治療分子，用于治療或預防各種疾病。 本文主要討論使用工程細菌： ? 作為微生物細胞工廠生產治療藥物 ? 用于疾病特異性釋放治療劑的感覺和反應系統 ? 作為癌癥治療的靶向藥物輸送系統 ? 使用細菌衍生顆粒作為先進藥物遞送載體 1 微生物細胞工廠生產治療劑 與其他現有的傳統藥物運輸方式相比，工程菌的使用具有重大優勢； ? 它們是活的，因此在被注射到體內后可以執行各種生物過程。這包括與微環境相互作用，以實現使用當前藥物輸送系統難以模仿的精確反應。 ? 這種生物過程可以是自然發生的，也可以通過基因工程合成并入選擇的細菌中。包括治療劑的生產，其中益生菌菌株的行為就像一個微生物細胞工廠，不斷生產具有治療特性的蛋白質或代謝物。這些細菌可以棲息在口腔和鼻腔、胃腸道或皮膚中，可用于治療多種疾病。 鑒于這些，微生物細胞工廠涉及的設計原則： 1) 使用細菌作為靶向解剖位置的“輸送車” 2) 細菌穩定且持續地釋放天然或結合的療法 工程菌——治療苯丙酮尿癥 傳統上，苯丙酮尿癥是通過飲食干預或提供輔助因子來提高天然苯丙氨酸(Phe)降解酶的活性來治療的。然而，這些方法依從性較差，不足以作為單一療法。 在一項研究中，一種腸道共生微生物Escherichia Coli Nissle 1917(EcN)被基因改造用于治療苯丙酮尿癥。 作為一種替代策略，研究人員改造的EcN表達苯丙氨酸代謝酶，以降低腸道中循環苯丙氨酸的水平。在苯丙酮尿癥的小鼠模型中，發現這種工程微生物顯著降低了苯丙酮尿癥小鼠的苯丙氨酸水平，以及在食用苯丙氨酸挑戰的食蟹猴身上。 攜帶代謝途徑或釋放苯丙氨酸裂解酶的工程菌 對苯丙氨酸水平的調控  修正代謝不平衡 Shen H, et al. Adv Drug Deliv Rev. 2022 作為一種額外的安全特性，工程微生物的生長依賴于外源性二氨基庚二酸鹽，這在小鼠的腸道和環境樣本中沒有發現足夠水平的該物質，從而確保了工程微生物的生物安全性。 另一項研究采取了另一種針對這種疾病的策略，通過改造羅伊氏乳桿菌(Lactobacillus reuteri， L. reuteri)在腸道中持續分泌苯丙氨酸解氨酶來調節 Phe。 還發現這種工程益生菌可以在給藥后3-4天內降低苯丙酮尿癥小鼠模型中的循環 Phe 水平。有趣的是，初步篩選顯示小鼠對分泌酶沒有免疫反應，而在全身注射聚乙二醇化苯丙氨酸解氨酶后觀察到幾種免疫相關的不良反應。 工程益生菌——調節免疫反應 幾項研究使用益生菌來調節宿主免疫反應，來治療炎癥性腸病 (IBD)、潰瘍性結腸炎和克羅恩病。這些疾病的現有治療包括抗炎或免疫抑制藥物。然而，這些藥物的療效通常很差，除了與這些藥物相關的多種不良反應外，還有相當大比例的患者對治療沒有反應。 利用工程益生菌運輸抗炎分子已經在各種研究中進行了探索，并取得了成功。研究人員改造的轉基因乳酸乳球菌在腸道中結構性分泌抗炎細胞因子IL-10。盡管由于藥物的靶向傳遞，濃度比腹膜內注射的量低幾個數量級，仍然發現這種益生菌可以將小鼠的結腸炎減少50%，并顯示出與全身給藥的IL-10相似的療效。  Shen H, et al. Adv Drug Deliv Rev. 2022 CXCL12至皮膚，GLP-1至腸道，分別用于治療皮膚創傷和記憶學習；以炎癥性腸病為靶點的IL-10和IL-27的組成性產生。 雖然這種基因改造的益生菌在二期臨床試驗中被發現對治療IBD無效，但其他研究已經使用乳酸乳球菌( Lactococcus lactis，L. lactis)在患有結腸炎的小鼠的腸道中結構性地遞送IL-27。在減輕小鼠結腸炎方面，這種療法比產生IL-10的L. lactis菌株或全身應用IL-27本身具有更高的療效。 各種研究還探索了使用口服疫苗（一種表達抗原的轉基因益生菌）來誘導免疫反應，并保護免受特定細菌或病毒病原體的攻擊。 例如，工程化干酪乳桿菌(Lactobacillus casei)組成性表達和分泌產氣莢膜梭菌(Clostridium perfringens, C.perfringens) α-毒素，以開發針對產氣莢膜梭菌感染的疫苗。在用工程益生菌治療的小鼠中，在腸粘液和糞便以及血清中發現了產氣莢膜素α-毒素。在腸道粘液和糞便以及血清中發現了能夠中和C.perfringens α-毒素的特異性IgG和IgA抗體。同樣，L. lactis經過工程改造，可在益生菌表面表達HIV-1 Gag-p24，并能夠誘導抗HIV的IgA和IgG反應。 工程菌——治療皮膚，加速愈合 益生菌也被用于治療皮膚。例如，研究人員設計的羅伊氏乳桿菌L. reuteri，使其產生趨化因子CXCL12，用在局部給藥時加速傷口愈合。CXCL12將巨噬細胞募集到傷口部位，促進組織修復。將生長因子直接運輸至傷口部位可能由于傷口的蛋白水解性質而效果不佳。 研究發現，因乳酸天然產生，L. reuteri 給藥可降低傷口部位的pH值。這有助于延長CXCL12的生物利用度，因為由于pH降低，CD26對CXCL12的肽酶活性受到抑制。發現表達 CXCL12的工程化L. reuteri 在患有高血糖或外周缺血的小鼠身上，以及在人類皮膚傷口模型中，可以加速與慢性傷口相關的局部傷口的愈合。 此前，瑞典的Ilya Pharma公司使用這種經過改造的益生菌完成了一項I期臨床試驗，并報告稱傷口愈合平均縮短了 3 天。第二階段試驗正在進行中。 工程菌——調節菌群，靶向心血管病 腸道微生物群與神經系統和心血管疾病發展之間日益密切的關聯為口服益生菌通過調節微生物群來靶向這些疾病提供了機會。 有人使用L. lactis在腸道中持續輸送胰高血糖素樣肽-1 (GLP-1)，用于治療脂多糖誘導的記憶障礙并改善小鼠的空間學習。 副干酪乳桿菌(Lactobacillus paracasei)也經過基因改造，通過將血管緊張素轉化酶2 (ACE2)融合到霍亂毒素的無毒亞基B上以促進跨粘膜運輸。 在兩種糖尿病視網膜病變小鼠模型中，工程益生菌顯示視網膜炎性細胞因子表達減少，無細胞毛細血管減少。在血清和組織樣本中均證實了修飾酶的活性。 2 感知和響應系統 除了作為微生物細胞工廠的工程益生菌外，感知和響應系統也已被納入工程益生菌中。在這些系統中，細菌中的感覺模塊感知疾病特有的信號，激活反應模塊產生治療分子。由于治療分子只在工程細菌檢測到疾病信號的地方產生，因此感覺和反應系統通過最大限度地減少脫靶效應來確保高治療特異性。 將感應和反應模塊整合到工程細菌中 以針對各種疾病采取針對性行動  Shen H, et al. Adv Drug Deliv Rev. 2022 此外，由于效應蛋白的持續表達造成的高代謝負擔會導致自發基因突變，從而降低細菌生長速度。在感覺和反應系統的情況下沒有觀察到這一點，因為效應器蛋白只在對感覺信號的反應中產生。 檢測病原體產生的群體感應分子 并釋放抗菌劑來對抗感染 具有感覺和反應系統的益生菌主要通過檢測病原體產生的群體感應分子并釋放抗菌劑來對抗感染。細菌釋放的群體感應分子參與調節基因表達，以反應細胞密度的變化。這些分子通常是物種特異性的，因此是病原體檢測的理想候選者。 研究人員設計EcN技術檢測由銅綠假單胞菌(Pseudomonas aeruginosa)產生的N-酰基-高絲氨酸內酯(AHL)。這是通過組成性表達轉錄因子 LasR來實現的，該因子與AHL結合并激活 PluxR 啟動子。利用該啟動子表達抗銅綠假單胞菌S5膿菌素、抗生物膜DspB酶和E7裂解蛋白，使EcN自溶，釋放治療分子。發現這種工程微生物對小鼠和秀麗隱桿線蟲都有預防和治療作用。 同樣，L. lactis通過使用來自糞腸球菌的prgX/Q系統來針對糞腸球菌產生三種對病原體具有強大的抗菌活性的細菌素。在病原體產生的信息素cCF10存在的情況下，prgX/Q系統被激活，從而能夠有針對性地檢測和消除糞腸球菌。還發現工程益生菌能夠消除耐多藥的糞腸球菌菌株。這種感覺和反應系統也已被開發用于霍亂弧菌和白色念珠菌。 利用病原體特異性轉錄因子 開發產生抗菌化合物的活細菌 例如，使用大腸桿菌β3914通過結合將工程毒素輸送到霍亂弧菌中。這種毒素被內含子分解，從而只在攜帶特定轉錄因子的目標病原體中被激活。這確保了高度特異性，因為宿主細菌和群落中的其他微生物都不會受到毒素-內毒素復合物的影響。 有的使用疾病特異性生物標志物來開發感知和響應系統。有人設計EcN檢測四硫酸鹽（一種在沙門氏菌感染期間發炎的腸道中發現的化學物質，由活性氧物種與硫代硫酸鹽反應產生）。他將沙門氏菌中參與連四硫酸鹽檢測和利用的ttr操縱子轉移到 EcN。ttr操縱子與MccH47（MccH47 是一種抑制沙門氏菌生長的微菌素）的產生相結合。在體外實驗中，工程化的 EcN 能夠檢測環境中的連四硫酸鹽并產生 MccH47，從而抑制和競爭病原體的生長。 治療其他疾病 例如，釀酒酵母通過感知和降解胞外三磷酸腺苷(eATP)來治療IBD。eATP是嘌呤能信號通路的一部分，參與IBD的生理過程。eATP能夠促進促炎細胞因子的產生和效應 T 細胞活化以及抑制調節性 T 細胞反應。eATP被CD39水解為AMP，導致免疫抑制。 因此，在某項研究中，作者在酵母菌株中開發了一種高度敏感的P2Y2受體，通過進化天然的人類 P2Y2受體來檢測eATP。這種受體的激活與一種ATP降解酶的釋放有關。這種工程酵母菌株能夠抑制IBD小鼠模型中的腸道炎癥，類似于通常與各種不良反應相關的標準護理療法。 此外，有人使用EcN作為局部轉運治療分子的載體來靶向克羅恩病。研究人員使用一氧化氮 (NO) 作為疾病生物標志物，并將其檢測與治療性粒細胞巨噬細胞集落刺激因子(GM-CSF)和運動調節蛋白CheZ 的產生聯系起來，這將使EcN聚集在NO產生部位并產生治療分子。 3 靶向腫瘤缺氧的細菌 工程菌也可以用作抗癌劑，其中合適的細菌菌株被工程化用在缺氧的腫瘤環境中并提供治療有效載荷。腫瘤缺氧是大多數實體瘤的共同特征，被認為是與健康組織相比組織氧水平降低的一種狀態。 使用活細菌開發抗癌遞送系統的不同策略  Shen H, et al. Adv Drug Deliv Rev. 2022 腫瘤組織具有相同的代謝需求，但其氧氣供應不足以支持其快速增長的腫塊。為了彌補這一點，腫瘤組織通過增強和不受控制的血管生成來加速其血管網絡的發展。結果，在實體瘤中形成了一個混沌的異質血管網絡，形成了與血管系統的距離增加和耗氧量增多的微區域。 這種低氧微環境改變了腫瘤細胞的代謝并導致細胞靜止，從而導致腫瘤細胞產生治療耐藥性。此外，缺氧還調節和抑制腫瘤微環境內的免疫系統，從而保護腫瘤細胞免受免疫監視。 已證明活細菌在本質上定植于缺氧腫瘤區域。在荷瘤小鼠中，靜脈注射的細菌最初擴散到健康組織和腫瘤組織。隨著時間的推移，非腫瘤組織和循環中的細菌很快被清除；但由于缺乏免疫監視，腫瘤中的細菌細胞茁壯成長。 據報道，兼性或專性厭氧菌對腫瘤表現出更高的特異性，不會定植于非腫瘤性缺氧病變。因此在這些工程微生物系統中，通常選擇厭氧菌作為底盤。 以下討論用于癌癥治療的細菌細胞化學工程的策略以及簡要總結不同尋求腫瘤的細菌菌株的減毒方法。 核酸 裸露核酸如治療性cDNAs和沉默RNAs通過腫瘤細胞膜的滲透性有限，因此由于細胞攝取能力差，其效率非常低。為了增強核酸內化，已經在基因治療中探索了多種遞送載體。 一種是使用活細菌作為載體將細菌質粒DNA轉移到哺乳動物細胞中，這一過程稱為細菌轉染。在腫瘤治療中，細菌轉染可通過兩種方式應用： 1) 將編碼治療性蛋白的cDNA導入腫瘤細胞，以主動誘導細胞死亡； 2) 將編碼腫瘤相關抗原的cDNA導入吞噬細胞抗原提呈細胞，以刺激對癌癥的免疫反應。 在這兩種應用中，載體細菌都被目標宿主細胞內化，在目標宿主細胞中，細菌要么主動侵入癌細胞，要么被動地被免疫細胞獲取。在這方面，沙門氏菌屬和單核細胞增生李斯特菌最適合細菌轉染，并且已普遍用于癌癥治療。 在先前的研究中，一種帶有穿梭質粒的工程化單核細胞增生李斯特菌菌株被用作小鼠前列腺癌模型中的DNA疫苗，在該模型中，單核細胞增生李斯特菌細胞主動地將腫瘤特異性抗原，前列腺特異性抗原(PSA)導入腫瘤細胞。工程改造的單核細胞增生李斯特菌成功地激發了導致腫瘤消退的T細胞特異性免疫反應。 在另一項研究中也采用了類似的策略，在該研究中，單核細胞增生李斯特菌被改造成用于提供靶向黑色素瘤抗原基因-b(MAGE-b)的DNA疫苗，這導致了乳腺癌模型中的腫瘤消退。其他研究還使用鼠傷寒沙門氏菌和單核細胞增生李斯特菌菌株來傳遞編碼血管生成抑制劑蛋白（如內皮抑素和內皮糖蛋白）的基因，以抑制腫瘤進展。 與DNA類似，siRNA和shRNA的傳遞也需要細菌載體主動侵入靶癌細胞。到目前為止，細菌介導的 RNAi傳遞已在小鼠腫瘤模型中被應用于多種基因的調節，包括IDO（免疫抑制劑吲哚胺 2,3-雙加氧酶）、PLK1（細胞周期相關蛋白，polo 樣激酶 1）、STAT3、survivin 和Sox2（性別決定區Y框蛋白2)。 除沙門氏菌和單核細胞增生李斯特菌外，有研究報道了一種可用于將shRNA導入癌細胞的侵襲性重組大腸桿菌BL21。該工程菌株表達來自單核細胞增生李斯特菌的侵襲素和李斯特菌溶血素O，使細菌能夠滲入癌細胞并從吞噬溶酶體中釋放針對連環蛋白B-1 (CTNNB1) 的shRNA。 連環蛋白B-1是一種已知的原癌基因，在一系列癌癥中發現突變或過度表達。 工程大腸桿菌菌株的施用導致結腸癌異種移植物和正常腸上皮細胞中的連環蛋白B-1蛋白水平顯著降低。當應用于APCmin小鼠（一種腸道和乳腺腫瘤發生模型）時，工程大腸桿菌菌株導致腸息肉數量減少80%。 治療性蛋白質 在細菌介導的腫瘤治療中，細菌直接靶向腫瘤表達和傳遞的治療性蛋白主要分為細胞毒劑和免疫調節劑。 細胞毒劑的表達是使細菌具有高抗腫瘤活性的最直接的方法。為了減少對健康組織的可能損害，控制細胞毒素的表達，如大腸桿菌溶血蛋白溶細胞素A(ClyA)和金黃色葡萄球菌α-溶血素，以便在腫瘤特異性條件下進行誘導。 例如，有人改造了一種鼠傷寒沙門氏菌菌株，該菌株可以在缺氧環境中表達細胞毒性溶血素，并成功地抑制了小鼠乳腺腫瘤模型中的腫瘤生長。除了受控表達，細胞毒素也可以以癌癥靶向嵌合蛋白的形式傳遞。 據報道，一株表達具有EGFR（表皮生長因子受體）靶向配體的嵌合假單胞菌外毒素A的鼠傷寒沙門氏菌工程菌，該菌在體外對腫瘤細胞具有靶向殺傷作用。為了進一步驗證，研究人員將工程菌株應用于患有結腸癌或乳腺癌的小鼠，并觀察到腫瘤生長顯著減少。 在免疫調節劑中，尋找腫瘤的細菌已經被改造成表達各種細胞因子，包括IL-2、IL-1、IL-18和鞭毛蛋白等。應用這些表達細胞因子的菌株已被證明可以調節對癌癥的免疫反應，使腫瘤微環境 (TME) 對免疫治療敏感，并抑制腫瘤生長。 此外，已經報道了兩項獨立的研究，其中工程化 EcN用于傳遞針對PD-L1和CTLA-4的檢查點阻斷納米抗體，以及針對免疫球蛋白CD47的納米抗體拮抗劑。這些納米體通過EcN的傳遞導致腫瘤浸潤性T細胞的激活增加，刺激腫瘤消退，并促進小鼠的長期生存。 除了直接影響腫瘤的有效載荷外，腫瘤靶向細菌也被設計用于表達和輸送前藥轉化酶。隨著這些細菌的定位，無害的前藥被系統地給藥，并被腫瘤中的細菌轉化為天然的細胞毒性形式，從而使天然藥物的脫靶活性最小化。 胞嘧啶脫氨酶(CD)是一種常用的前體藥物轉化酶，可將5-氟胞嘧啶(5-FC)（前體藥物）轉化為化療藥物5-氟尿嘧啶(5-FU)（天然藥物）。 在一項初步的臨床試驗中，一種表達CD的鼠傷寒沙門氏菌菌株通過瘤內注射和5-FC全身給藥應用于三名難治性癌癥患者。在經過六個治療周期后，沒有發現可歸因于工程菌株的重大不良事件。在三分之二的患者中，觀察到腫瘤內細菌定植伴隨腫瘤中5-FU水平升高。 此外，有研究人員經過工程化的 EcN 可以分泌重組黑芥子酶，將天然十字花科蔬菜中的硫代葡萄糖苷轉化為抗癌化合物蘿卜硫素。在小鼠結直腸癌模型中，聯合應用工程化EcN和西蘭花提取物可顯著降低腫瘤發生率和腫瘤消退。 細菌菌株的減毒 盡管工程菌作為抗癌劑的用途，但還需要進一步改進來降低用于靶向腫瘤的病原菌的毒力并減少體內的非特異性定植。 由細菌和化療藥物組成的聯合療法可以通過使癌細胞對治療敏感，從而減少這兩種成分的需求量，從而有助于減少毒性和不良反應。 盡管腫瘤靶向活性很高，但毒力減弱對梭狀芽胞桿菌、李斯特菌和沙門氏菌屬的致病菌株至關重要，因為已知它們會引起感染。這可以通過刪除毒力基因或產生營養缺陷型突變來實現，使菌株無法自我分裂并引起感染。 例如，脂多糖 (LPS) 是革蘭氏陰性菌中產生的最有效的內毒素之一，已知會引起系統性炎癥。在一株鼠傷寒沙門氏菌菌株中，編碼脂類A生物合成肉豆蔻酰轉移酶的msbB基因的缺失導致脂多糖產生的脂類A發生變化，從而減少了小鼠在細菌注射后產生的腫瘤壞死因子α(TNF-a)的量。LPS修飾大大降低了細菌菌株的毒性，表現為小鼠的LD50（半數致死劑量）增加了10,000倍。 根據改進的LD50值，其他研究也報道了一種亮氨酸和精氨酸營養缺陷型沙門氏菌A1-R菌株，該菌株高度減毒，在各種模型中表現出高安全性。由于腫瘤中富含亮氨酸和精氨酸環境，該菌株也被證明優先定植于腫瘤，并使腫瘤對化療敏感。 此外，常用的鼠傷寒沙門氏菌VNP20009是一種攜帶msbB缺失的嘌呤營養缺陷型突變體，該底盤細菌已在各種小鼠模型中進行了廣泛研究，并已通過臨床試驗的安全性評估。 另一方面，提高底盤細菌的腫瘤靶向特異性對于改善其作為治療遞送系統的性能至關重要。這對于兼性厭氧菌尤其重要，因為這些微生物可以在正常的含氧組織中繁殖并造成組織損傷。因此，提高兼性厭氧菌的腫瘤靶向特異性對于它們作為治療遞送系統的性能至關重要。
其中一種策略是通過在細菌表面展示腫瘤結合模塊來增強細菌的腫瘤結合能力。這些結合模塊，要么是合成的結合蛋白，要么是天然的細菌粘附素，通常針對在癌細胞中過度表達的表面標志物，如αvβ3整合素、硫酸乙酰肝素和腫瘤相關抗原。這些腫瘤結合模塊的表面展示導致細菌定植的改善和工程菌在腫瘤中的富集。
另一種已采用的策略是使用腫瘤特異性表達系統，以確保細菌介導的治療傳遞的安全性。在這些系統中，有效載荷的表達受誘導型啟動子的調節，這些啟動子響應于TME信號，包括缺氧和酸中毒或直接遞送至腫瘤部位的放射治療。
在其他情況下，研究人員還將材料科學和合成生物學結合起來，開發出細菌介導的光熱療法來治療癌癥。 在其中一些系統中，金納米顆粒(AuNPs)通過生物礦化涂覆在細菌表面。這些細菌經過基因工程改造，可在對熱的反應中表達抗腫瘤分子。在給藥細菌細胞并定位于腫瘤中后，部署近紅外(NIR)激光來殺死腫瘤細胞。在NIR照射下，AuNPs吸收透皮光子并將其轉化為局部熱量，這也激活了細菌中腫瘤抑制分子的表達，導致細胞死亡，同時產生的熱量。 已經證明，在光誘導下，應用含有AuNPs的生物礦化大腸桿菌細胞，在小鼠乳腺癌模型中表達TNF-α，在小鼠結腸癌模型中表達ClyA，從而導致顯著的腫瘤消退。 4 細菌衍生顆粒傳遞藥物 除了活細菌療法外，細菌衍生的非染色體顆粒，如細菌膜影(BGs)、微細胞和膜囊泡(MVs)也被用作藥物輸送載體。  Shen H, et al. Adv Drug Deliv Rev. 2022 這些顆粒比細菌細胞小，其中一些達到納米顆粒的大小，幾乎與納米晶體（<100 nm）相當。與相對均勻組裝的納米晶體和其他納米材料相比，細菌衍生的顆粒在它們的組成和劃分方面是不同的。此外，由于缺乏基因組DNA，這些顆粒無法復制，但仍保留了細菌細胞的部分結構和功能。  Shen H, et al. Adv Drug Deliv Rev. 2022 以下將簡要總結顆粒的性質、它們的生產方法和它們的潛在應用。 細菌膜影 (BGs)
BGs是細菌的空細胞包膜，主要通過以下兩種方法產生： 1）在革蘭氏陰性菌中通過φX174噬菌體裂解蛋白E介導的溫和裂解，已經證明，蛋白質E在革蘭氏陰性菌中的重組表達導致細菌細胞裂解和BGs的產生； 2）革蘭氏陽性菌中通過化學還原方案產生，因為蛋白質E在革蘭氏陽性菌中的表達導致細胞死亡而不裂解。 蛋白E是一種由91個氨基酸組成的多肽，可通過寡聚作用穿透細菌內外膜的跨膜通道。在電子顯微鏡下，在蛋白E介導的大腸桿菌裂解過程中，觀察到直徑從40到200 nm不等的E裂解隧道。在高分辨率掃描電子顯微鏡中，在 E 裂解通道外觀察到排出云，表明細胞質內容物快速排出。
由于E裂解隧道融合了內膜和外膜，從而封閉了細菌的周質。使BGs具有以下性質： ?? 不含細胞質成分； ?? 保留了細胞形態和大多數表面結構，包括外膜和內膜，以及堅硬的肽聚糖層； ??保存了天然細菌的免疫原性元件，包括LPS、單磷酰脂A和鞭毛； ?? Toll樣受體（TLR）識別免疫原性元件，因此來自病原菌的BGs也能夠觸發先天免疫反應。
由于BGs不具有感染風險，其固有的佐劑特性使其成為通用的疫苗和佐劑候選物。 此外，在細菌中表達的重組膜蛋白也與完整的膜結構一起保存在BGs中。通過外源抗原蛋白與膜錨定蛋白的重組融合，BGs可以被設計成在其外膜或內膜上展示所選擇的抗原蛋白。通過這種方式，BGs可以作為載體將外來抗原運送給抗原呈遞細胞，并刺激針對特定病原體的免疫反應。因此，這些重組BGs正在被評估為針對更廣泛范圍的傳染病的候選疫苗。 這些BGs保留了高活性的免疫原性元件，并對致病性天然菌株提供了顯著的保護作用。此外，來自這些細菌的BGs也正在被探索用于運送其他病原微生物的重組抗原。 微細胞
微細胞是在異常細胞分裂過程中產生的納米大小的細菌細胞(100到400nm)。在各種細菌中，操縱細胞分裂介質或Min系統會導致產生微細胞。 例如，在大腸桿菌中，三種蛋白質，即MinC，MinD和MinE，協同調節細胞分裂隔膜的正確定位，其中原核同源微管蛋白FtsZ形成環狀結構(Z環)并啟動細胞分裂。在一些分裂細胞中，minCDE基因的缺失導致在非染色體的兩極出現錯位的Z-環，最終導致細胞分裂后形成微細胞。
微細胞從親本細胞中繼承了大部分細胞成分，含有完整的肽聚糖細胞壁、細胞膜、核糖體、蛋白質、RNA和質粒DNA，但沒有染色體。結果，微細胞不能復制，但它們在微型上類似于正常細胞并維持大多數細胞功能。
與BGs一樣，微細胞也被探索為候選疫苗和佐劑，因為它們在刺激宿主先天免疫方面具有很高的效率。微細胞優于BGs，因為它們的尺寸更小，具有完整的膜細胞功能，并且在革蘭氏陰性和革蘭氏陽性細菌中產生。除了存在于BGs和微細胞中的表面抗原外，后者還具有功能性的分泌系統。 除了候選疫苗，微細胞也被認為是納米顆粒，并已在各種研究中被評估為癌癥治療的藥物輸送容器。 細胞膜囊泡
細菌膜囊泡 (BMVs) 是細菌衍生的基于脂質的球形納米顆粒，甚至比微細胞 (20至400nm) 還要小。 根據囊泡膜的來源，BMVs可進一步分為： ? 外膜囊泡(OMVs) ? 爆炸性外膜囊泡(EOMVs) ? 外-內膜囊泡(OIMVs) ? 細胞質膜囊泡(CMVs) 源自革蘭氏陽性和革蘭氏陰性菌的細菌膜囊泡  Shen H, et al. Adv Drug Deliv Rev. 2022 典型的OMVs是在革蘭氏陰性細菌中通過外膜的氣泡形成的，并且富含周質蛋白。 在噬菌體衍生的內毒素存在下，肽聚糖層的降解將導致細菌細胞的爆炸性裂解，從而產生雙層OIMVs和EOMVs。 革蘭氏陽性細菌不具有外膜層，通過內毒素介導的氣泡細胞死亡產生CMVs
在所研究的多種細菌物種中，發現OIMVs特異性包裹DNA，包括質粒和染色體DNA，而EOMVs包含任意內容。CMVs包含一系列細胞質內容物。
鑒于脂質體的藥物遞送系統的最新進展，LNPs和 BMVs作為替代藥物傳遞載體引起了極大的興趣。 也有通過電穿孔將治療性siRNAs裝載到OMVs中，并系統地將其注射到荷瘤小鼠體內，從而導致靶向基因沉默和顯著抑制腫瘤的生長。 除了癌癥，BMVs還被用于治療炎癥性疾病。源自腸道共生多形擬桿菌的OMVs被設計用于封裝和遞送重組人角質形成細胞生長因子-2 (KGF-2)，用于治療小鼠模型中的結腸炎。OMVs的包封顯示在消化系統的傳代過程中穩定了KGF-2 結 語 基于細菌的藥物輸送系統來靶向多種疾病通常比傳統的藥物輸送方法具有一些優勢。 對這些藥物輸送系統的進一步改進，如加入感官模塊，通過確保僅在疾病狀態下采取有針對性的行動，提高了它們的安全性和有效性。 此外，通過利用某些細菌的天然腫瘤定植能力，可能具有廣泛治療有效載荷的有效抗癌療法。 最后，細菌衍生的非染色體顆粒為高度可定制的藥物輸送系統提供了一個平臺，該系統可以系統地給藥，特別是作為疫苗或輔助治療。 基于工程益生菌的療法已經在進行臨床試驗。這些治療劑通常通過粘膜或皮膚給藥局部應用。為了確保基于細菌的藥物輸送系統的成功臨床轉化，需遵循各種健康監管。 總之，基于細菌的藥物輸送系統憑借其良好的安全性、方便的給藥途徑、高定制潛力和優越的療效，有望滿足患者的醫療需求，并開創藥物輸送的新時代。 |
|
|
