溃疡性结肠炎（UC）是一种难以治愈的慢性炎症性肠道疾病，其发病率持续上升。UC患者的典型症状包括腹痛、腹泻、消瘦和便血等，这些症状与肠上皮屏障缺陷、菌群失调、免疫下降等因素密切相关。虽然过去的几十年已经出现了许多治疗药物，如5-氨基水杨酸、类固醇激素以及一些免疫抑制剂等，但长期使用这些药物往往会造成耐药性及诸多的副作用。因此，寻找一种具有高特异性且低毒的新型治疗方法对于UC的治疗至关重要。
2024年9月20日，郑州大学大学生命科学学院翁海波教授及孙召伟副研究员团队在ACS Applied Materials & Interfaces上发表题为“Functional Ginger-Derived Extracellular Vesicles-Coated ZIF-8 Containing TNF-α siRNA for Ulcerative Colitis Therapy by Modulating Gut Microbiota”的论文(2024 Sep 20: 4c10562)，主要介绍了一种生姜源细胞外囊泡（EVs）包被的载有 TNF-α siRNA 的ZIF-8纳米递送系统用于UC治疗的研究，同时，该论文阐明了生姜源EVs通过调节肠道微生物群在UC治疗中发挥的巨大优势和潜力。文章的第一作者为郑州大学生命科学学院2021级博士研究生崔晨阳，通讯作者为郑州大学生命科学学院翁海波教授及孙召伟副研究员。
在这项研究中，研究人员设计并合成了一种基于生姜源EVs修饰的载TNF-α siRNA 的ZIF-8纳米递送系统（EVs@ZIF-8@siRNA），用于UC的治疗（图1）。ZIF-8用于高效封装和递送TNF-α siRNA。生姜EVs涂层增强了纳米颗粒的抗酸性及结肠组织靶向性。体外实验表明，生姜EVs可显著提高巨噬细胞对EVs@ZIF-8@siRNA纳米颗粒的摄取效率，纳米颗粒中的siRNA可有效抑制靶向的TNF-α。动物实验证明，载入纳米载体中的TNF-α siRNA能够与姜EVs中的6-shogaol协同作用，增强治疗效果，并表现出良好的结肠靶向性和安全性。这些结果表明，EVs@ZIF-8@siRNA纳米颗粒是一种高效的siRNA传递系统，可以通过与姜源EVs结合来增加结肠靶向性并提高UC的治疗效果。此外， 经EVs@ZIF-8@siRNA治疗后可以将UC小鼠肠道微生物群的组成和丰度恢复到健康状态，使该系统适合作为UC治疗的口服试剂。因此，该研究提出的系统将为UC个性化治疗提供新视角。
图1：EVs@ZIF-8@siRNA纳米递送系统治疗UC(A) EVs@ZIF-8@siRNA的制备过程。(B) EVs@ZIF-8@siRNA特异性治疗UC该研究使用小鼠粪便样本进行16S rRNA基因测序，以探索EVs@ZIF-8@siRNA纳米颗粒是否可以调节肠道微生物群的组成并影响UC进展。主成分分析(PCoA)显示，EVs@ZIF-8@siRNA处理后形成了一个与健康组小鼠相近的簇，这表明EVs@ZIF-8@siRNA可以将肠道微生物组的稳态恢复到健康状态(图2A)。门水平的聚类分析结果显示，与健康小鼠相比，siRNA和ZIF-8组Bacteroidota的相对丰度降低，而EVs, EVs@ZIF-8, ZIF-8@siRNA和EVs@ZIF-8@siRNA处理后，Bacteroidota的相对丰度增加(图2B)。此外，与siRNA和ZIF-8组相比，EVs, EVs@ZIF-8, ZIF-8@siRNA和EVs@ZIF-8@siRNA处理组的Desulfobacterota相对丰度显著降低(已知在UC动物模型中起有害作用)，并且EVs@ZIF-8@siRNA组更接近正常小鼠(图2B, D)。这一结果表明EVs@ZIF-8@siRNA可以通过调节肠道微生物群的相对丰度和组成来发挥治疗作用。在属水平上进一步分析肠道微生物组结构，结果显示，使用EVs@ZIF-8@siRNA处理的小鼠增加了有益肠道细菌的丰度，如Lactobacillus（通过定植肠道来增强肠道屏障的完整性并促进肠道健康）(图2C, E)。LEfSe的分析结果显示，DSS组小鼠肠道菌群的种类和丰度减少，而EVs@ZIF-8@siRNA组小鼠肠道菌群的种类和丰度增加，富含Lactobacillales和Akkermansia等益生菌(在人和动物肠道中都富集，可以改善肠道屏障功能)(图5F, G) (图2F, G)。总体而言，这些发现表明EVs@ZIF-8@siRNA可以有效调节UC小鼠肠道菌群的组成和丰度，促进肠上皮修复，有助于UC的治疗。
图2：EVs@ZIF-8@siRNA对UC小鼠肠道微生物组的调控(A)主坐标分析(PCoA)图说明微生物群的多样性(n = 6)。(B) 门水平和(C)属水平的肠道微生物群相对丰度柱状图(n = 6)。(D)门水平和(E)属水平的代表性细菌群相对丰度(n = 6)。(F)基于线性判别分析效应大小(LEfSe)的分支图，显示DSS组与EVs@ZIF-8@siRNA组之间肠道微生物群的差异(n = 6)。(G)基于LDA评分的系统发育分布直方图。数据以平均值±SD表示。*** p < 0.001。参考文献：Functional ginger-derived extracellular vesicles-coated ZIF-8 containing TNF-α siRNA for ulcerative colitis therapy by modulating gut microbiota. ACS Applied Materials & Interfaces. 2024, Sep 20, doi: 10.1021/acsami.4c10562.
外泌体资讯网 郑州大学翁海波/孙召伟团队：功能性姜源细胞外囊泡包被载有TNF-α siRNA的ZIF-8通过调节肠道微生物群治疗溃疡性结肠炎
