本文系Food Science and Human Wellness原創編譯，歡迎分享，轉載請授權。

Abstract

益生菌可參與多種生理活動，有利于身體健康。然而，它們的存活率和生物有效性易受胃腸道中的胃酸、膽汁鹽和各種酶等影響。基于各種納米材料的封裝技術對益生菌有很好的保護潛力。我們從被包封益生菌的穩定性和生物活性、選擇性黏附、靶向定植和釋放及功效發揮等方面，討論了基于納米材料的新型封裝技術。此外，我們還總結和分析了被包封益生菌與胃腸道的相互作用，尤其是被包封益生菌對腸道機械屏障、化學屏障、生物屏障和免疫屏障的調節機制。

文章簡介

腸道屏障的完整性對我們的生存、健康和防御是至關重要的。腸黏膜被認為是外部環境與內部環境之間相互作用的最大表面。腸黏膜的復雜任務是充當半透性屏障，允許吸收營養和免疫感應，同時限制潛在有害抗原和微生物的運輸。由于不當的飲食習慣，致腸屏障經常暴露于酒精、高脂、高糖等環境中，會對腸屏障造成不同程度的損害。腸道屏障結構的失衡可能引起腸道微環境中無法控制的免疫反應、微生物群不受限制的生長，從而導致包括腸道炎癥性疾病、腸道外自身免疫性疾病（如類風濕性關節炎和多發性硬化）以及代謝疾病（如糖尿病和肥胖癥）在內的多種疾病。腸屏障修復的方法可以歸納為修復腸道完整性、恢復黏膜層厚度、重建細菌穩態、平衡炎性因子這四種。腸道微生物群可以通過平衡腸道細菌穩態來修復腸屏障。同時，腸道共生菌可以通過在黏液層形成額外的保護層來完善腸道屏障，并與免疫系統和腸黏膜建立共生關系，將雜質、病原體和污染物等有害物質從內部環境中分離出來。腸道菌群也參與免疫應激，包括分泌抗菌肽和促進IL-10、IL-17和IL-22的生成。因此，腸道微生物群與宿主的相互作用在重建細菌穩態、免疫系統發育、成熟和維持腸屏障健康中發揮著關鍵作用。

腸道微生物根據其功能常劃分為有益菌和有害菌。其中，給予足夠數量的活菌會給宿主帶來健康的被稱為益生菌，如乳酸桿菌和雙歧桿菌等。益生菌一方面通過增加有益細菌的數量、抑制有害細菌的生長、改善細菌群落的多樣性來促進身體的防御系統；另一方面產生抗菌物質和酸性代謝物，防止致病菌在胃腸道的黏附和增殖。近年來，益生菌已成為全球關注的焦點，已被證明有助于治療皮膚、口腔、胃腸道、陰道等疾病。然而，口服益生菌在進入條件復雜的胃腸道時，胃酸和膽汁鹽會嚴重損害細菌。胃腸道得到持續性蠕動也會加速使益生菌從腸道中清除。一些腸道疾病的病理微環境（如IBD）中存在高濃度的活性氧（ROS），進入腸道的益生菌的脂質和蛋白質會受到ROS強烈的氧化作用，造成細胞壁損傷促發細菌程序死亡。此外，炎性腸黏膜屏障常受損嚴重，其黏液層的黏蛋白含量相對較少，口服益生菌進入腸道后不易在黏液層定植；部分細菌甚至可能通過腸屏障進入血液，增大細菌移位的風險。這些因素都會對口服益生菌在腸道內的定植及生物功效發揮產生不利影響，減弱益生菌對腸屏障的修復作用及對腸道疾病的干預治療效果。為解決上述問題，越來越多的研究開始聚焦益生菌的封裝。隨著納米技術的進步，納米材料因其良好的生物相容性和響應環境性，常用于智能遞送系統的開發。納米纖維、納米顆粒和納米復合材料用作為活益生菌的遞送系統時，具有許多優勢，如高效的包封、位點特異性遞送、控制釋放及提高細菌細胞在制造、儲存和體內應用過程中的穩定性。

目前，針對益生菌封裝領域的研究屢見不鮮。但大多數此方面的綜述類文獻主要關注不同包封方法對益生菌在胃腸道耐受性、存活率，以及生物活性的改善，忽略了改造后的細菌對胃腸道產生的影響以及其體內作用機制。在這篇文章中，我們主要針對口服益生菌及其衍生納米藥物對腸屏障功能的修復和穩態調節作用進行總結和概述，即在介紹不同益生菌包封方法的同時，重點闡述納米封裝益生菌的體內運輸、選擇性定植、靶向釋放等關鍵過程，強調益生菌納米材料和機體腸屏障之間相互作用的緊密聯系關系，突出益生菌對腸道化學屏障、機械屏障、生物屏障和免疫屏障的調節機制，揭示益生菌納米藥物針對不同腸道疾病的作用機理和治療效果。該工作對深入探究益生菌高效利用、調節腸屏障穩態和恢復腸道健康方面有實際且深遠的意義。

圖1 基于各種納米材料的益生菌封裝技術

圖2 TA和多糖對膠囊化益生菌的選擇性定植

圖3 基于氨基酸及其衍生物和生物膜膠囊化益生菌的選擇性定植

圖4 益生菌修復四層腸道屏障的機制

第一作者

王曉晨，女，西北大學食品科學與工程學院2021級在讀碩士研究生，主要研究方向為基于腸道微生態靶點的代謝病干預；腸道疾病分子基礎；活性成分腸道精準靶向遞送。目前參與科研項目5 項，包括國家重點研發計劃、國家自然基金、陜西省農業科技創新項目等，發表SCI一區論文3 篇。

通信作者

駱艷娥，女，西北大學食品科學與工程學院三級教授，博士生導師，長期致力于食品微生物與健康領域的研究，擅長微生物代謝調控、營養素功效挖掘及微生態健康研究。現主持陜西省重點研發計劃項目1 項；已主持完成國家重點研發計劃課題1 項、國家自然科學基金項目2 項、陜西省及西安市科技計劃項目6 項。以第一作者和通信作者在《Biotechnology Advance》《Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety》《Critical Review in Food Science and Nutrition》《Food Chemistry》《Food Research International》《International Journal of Biological Macromolecules》等權威期刊發表研究論文50余篇；授權發明專利1 件；獲國家技術發明獎二等獎1 項、陜西省科學技術獎一等獎2 項、陜西省專利獎一等獎1 項及第十三屆陜西青年科技獎。

Research advances on encapsulation of probiotics with nanomaterials and their repair mechanisms on intestinal barriers

Xiaochen Wanga,1, Mengxi Yua,1, Jianming Yea,1, Ting Liua, Lijuan Jiana, Xiaoyan Zhengb, Yuan Wanga,c,d, Wei Songa,c,d, Yane Luoa,c,*, Tianli Yuea,c,d

a College of Food Science and Technology, Northwest University, Xi'an 710069, China

b College of Chemical Engineering, Northwest University, Xi'an 710069, China

c Laboratory of Nutritional and Healthy Food-Individuation Manufacturing Engineering, Xi'an 710069, China

d Research Center of Food Safety Risk Assessment and Control, Xi'an 710069, China

1 Both authors contributed equally.

*Corresponding author.

Abstract

Probiotics participate in various physiological activities and contribute to body health. However, their viability and bioefficacy are adversely affected by gastrointestinal harsh conditions, such as gastric acid, bile salts and various enzymes. Fortunately, encapsulation based on various nanomaterials shows tremendous potential to protect probiotics. In this review, we introduced some novel encapsulation technologies involving nanomaterials in view of predesigned stability and viability, selective adhesion, smart release and colonization, and efficacy exertion of encapsulated probiotics. Furthermore, the interactions between encapsulated probiotics and the gastrointestinal tract were summarized and analyzed, with highlighting the regulatory mechanisms of encapsulated probiotics on intestinal mechanical barrier, chemical barrier, biological barrier and immune barrier. This review would benefit the food and pharmaceutical industries in preparation and utilization of multifunctional encapsulated probiotics.

Reference:

WANG X C, YU M X, YE J M, et al. Research advances on encapsulation of probiotics with nanomaterials and their repair mechanisms on intestinal barriers[J]. Food Science and Human Wellness, 2024, 13(6): 3095-3109. DOI:10.26599/FSHW.2022.9250246.

本文編譯內容由作者提供

編輯：梁安琪；責任編輯：孫勇

封面圖片由AI生成

為深入探討未來食品在大食物觀框架下的創新發展機遇與挑戰，促進產學研用各界的交流合作，由北京食品科學研究院、中國肉類食品綜合研究中心、國家市場監督管理總局技術創新中心（動物替代蛋白）及中國食品雜志社《食品科學》雜志、《Food Science and Human Wellness》雜志、《Journal of Future Foods》雜志主辦，西華大學食品與生物工程學院、四川旅游學院烹飪與食品科學工程學院、西南民族大學藥學與食品學院、四川輕化工大學生物工程學院、成都大學食品與生物工程學院、成都醫學院檢驗醫學院、四川省農業科學院農產品加工研究所、中國農業科學院都市農業研究所、四川大學農產品加工研究院、西昌學院農業科學學院、宿州學院生物與食品工程學院、大連民族大學生命科學學院、北京聯合大學保健食品功能檢測中心共同主辦的“第二屆大食物觀·未來食品科技創新國際研討會”即將于2025年5月24-25日在中國 四川 成都召開。

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