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人体是众多微生物的自然栖息地，其中细菌是微生物群的主要组成部分。许多细菌种类，无论是共生的还是致病的，都通过生化信号与宿主相互作用。 基于这些属性，共生和减毒病原菌已经被设计成能够输送治疗分子来靶向特定的疾病。 合成生物学的最新进展使我们能够在活细菌和细菌衍生颗粒中进行复杂的遗传修饰，这些颗粒模拟微米或亚微米脂质载体，用于靶向递送治疗剂。 工程细菌或细菌衍生颗粒，它们包裹、分泌或表面展示治疗分子，用于治疗或预防各种疾病。 本文主要讨论使用工程细菌： ▪ 作为微生物细胞工厂生产治疗药物 ▪ 用于疾病特异性释放治疗剂的感觉和反应系统 ▪ 作为癌症治疗的靶向药物输送系统 ▪ 使用细菌衍生颗粒作为先进药物递送载体 1 微生物细胞工厂生产治疗剂 与其他现有的传统药物运输方式相比，工程菌的使用具有重大优势； ▪ 它们是活的，因此在被注射到体内后可以执行各种生物过程。这包括与微环境相互作用，以实现使用当前药物输送系统难以模仿的精确反应。 ▪ 这种生物过程可以是自然发生的，也可以通过基因工程合成并入选择的细菌中。包括治疗剂的生产，其中益生菌菌株的行为就像一个微生物细胞工厂，不断生产具有治疗特性的蛋白质或代谢物。这些细菌可以栖息在口腔和鼻腔、胃肠道或皮肤中，可用于治疗多种疾病。 鉴于这些，微生物细胞工厂涉及的设计原则： 1) 使用细菌作为靶向解剖位置的“输送车” 2) 细菌稳定且持续地释放天然或结合的疗法 工程菌——治疗苯丙酮尿症 传统上，苯丙酮尿症是通过饮食干预或提供辅助因子来提高天然苯丙氨酸(Phe)降解酶的活性来治疗的。然而，这些方法依从性较差，不足以作为单一疗法。 在一项研究中，一种肠道共生微生物Escherichia Coli Nissle 1917(EcN)被基因改造用于治疗苯丙酮尿症。 作为一种替代策略，研究人员改造的EcN表达苯丙氨酸代谢酶，以降低肠道中循环苯丙氨酸的水平。在苯丙酮尿症的小鼠模型中，发现这种工程微生物显著降低了苯丙酮尿症小鼠的苯丙氨酸水平，以及在食用苯丙氨酸挑战的食蟹猴身上。 携带代谢途径或释放苯丙氨酸裂解酶的工程菌 对苯丙氨酸水平的调控  修正代谢不平衡 Shen H, et al. Adv Drug Deliv Rev. 2022 作为一种额外的安全特性，工程微生物的生长依赖于外源性二氨基庚二酸盐，这在小鼠的肠道和环境样本中没有发现足够水平的该物质，从而确保了工程微生物的生物安全性。 另一项研究采取了另一种针对这种疾病的策略，通过改造罗伊氏乳杆菌(Lactobacillus reuteri， L. reuteri)在肠道中持续分泌苯丙氨酸解氨酶来调节 Phe。 还发现这种工程益生菌可以在给药后3-4天内降低苯丙酮尿症小鼠模型中的循环 Phe 水平。有趣的是，初步筛选显示小鼠对分泌酶没有免疫反应，而在全身注射聚乙二醇化苯丙氨酸解氨酶后观察到几种免疫相关的不良反应。 工程益生菌——调节免疫反应 几项研究使用益生菌来调节宿主免疫反应，来治疗炎症性肠病 (IBD)、溃疡性结肠炎和克罗恩病。这些疾病的现有治疗包括抗炎或免疫抑制药物。然而，这些药物的疗效通常很差，除了与这些药物相关的多种不良反应外，还有相当大比例的患者对治疗没有反应。 利用工程益生菌运输抗炎分子已经在各种研究中进行了探索，并取得了成功。研究人员改造的转基因乳酸乳球菌在肠道中结构性分泌抗炎细胞因子IL-10。尽管由于药物的靶向传递，浓度比腹膜内注射的量低几个数量级，仍然发现这种益生菌可以将小鼠的结肠炎减少50%，并显示出与全身给药的IL-10相似的疗效。  Shen H, et al. Adv Drug Deliv Rev. 2022 CXCL12至皮肤，GLP-1至肠道，分别用于治疗皮肤创伤和记忆学习；以炎症性肠病为靶点的IL-10和IL-27的组成性产生。 虽然这种基因改造的益生菌在二期临床试验中被发现对治疗IBD无效，但其他研究已经使用乳酸乳球菌( Lactococcus lactis，L. lactis)在患有结肠炎的小鼠的肠道中结构性地递送IL-27。在减轻小鼠结肠炎方面，这种疗法比产生IL-10的L. lactis菌株或全身应用IL-27本身具有更高的疗效。 各种研究还探索了使用口服疫苗（一种表达抗原的转基因益生菌）来诱导免疫反应，并保护免受特定细菌或病毒病原体的攻击。 例如，工程化干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)组成性表达和分泌产气荚膜梭菌(Clostridium perfringens, C.perfringens) α-毒素，以开发针对产气荚膜梭菌感染的疫苗。在用工程益生菌治疗的小鼠中，在肠粘液和粪便以及血清中发现了产气荚膜素α-毒素。在肠道粘液和粪便以及血清中发现了能够中和C.perfringens α-毒素的特异性IgG和IgA抗体。同样，L. lactis经过工程改造，可在益生菌表面表达HIV-1 Gag-p24，并能够诱导抗HIV的IgA和IgG反应。 工程菌——治疗皮肤，加速愈合 益生菌也被用于治疗皮肤。例如，研究人员设计的罗伊氏乳杆菌L. reuteri，使其产生趋化因子CXCL12，用在局部给药时加速伤口愈合。CXCL12将巨噬细胞募集到伤口部位，促进组织修复。将生长因子直接运输至伤口部位可能由于伤口的蛋白水解性质而效果不佳。 研究发现，因乳酸天然产生，L. reuteri 给药可降低伤口部位的pH值。这有助于延长CXCL12的生物利用度，因为由于pH降低，CD26对CXCL12的肽酶活性受到抑制。发现表达 CXCL12的工程化L. reuteri 在患有高血糖或外周缺血的小鼠身上，以及在人类皮肤伤口模型中，可以加速与慢性伤口相关的局部伤口的愈合。 此前，瑞典的Ilya Pharma公司使用这种经过改造的益生菌完成了一项I期临床试验，并报告称伤口愈合平均缩短了 3 天。第二阶段试验正在进行中。 工程菌——调节菌群，靶向心血管病 肠道微生物群与神经系统和心血管疾病发展之间日益密切的关联为口服益生菌通过调节微生物群来靶向这些疾病提供了机会。 有人使用L. lactis在肠道中持续输送胰高血糖素样肽-1 (GLP-1)，用于治疗脂多糖诱导的记忆障碍并改善小鼠的空间学习。 副干酪乳杆菌(Lactobacillus paracasei)也经过基因改造，通过将血管紧张素转化酶2 (ACE2)融合到霍乱毒素的无毒亚基B上以促进跨粘膜运输。 在两种糖尿病视网膜病变小鼠模型中，工程益生菌显示视网膜炎性细胞因子表达减少，无细胞毛细血管减少。在血清和组织样本中均证实了修饰酶的活性。 2 感知和响应系统 除了作为微生物细胞工厂的工程益生菌外，感知和响应系统也已被纳入工程益生菌中。在这些系统中，细菌中的感觉模块感知疾病特有的信号，激活反应模块产生治疗分子。由于治疗分子只在工程细菌检测到疾病信号的地方产生，因此感觉和反应系统通过最大限度地减少脱靶效应来确保高治疗特异性。 将感应和反应模块整合到工程细菌中 以针对各种疾病采取针对性行动  Shen H, et al. Adv Drug Deliv Rev. 2022 此外，由于效应蛋白的持续表达造成的高代谢负担会导致自发基因突变，从而降低细菌生长速度。在感觉和反应系统的情况下没有观察到这一点，因为效应器蛋白只在对感觉信号的反应中产生。 检测病原体产生的群体感应分子 并释放抗菌剂来对抗感染 具有感觉和反应系统的益生菌主要通过检测病原体产生的群体感应分子并释放抗菌剂来对抗感染。细菌释放的群体感应分子参与调节基因表达，以反应细胞密度的变化。这些分子通常是物种特异性的，因此是病原体检测的理想候选者。 研究人员设计EcN技术检测由铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)产生的N-酰基-高丝氨酸内酯(AHL)。这是通过组成性表达转录因子 LasR来实现的，该因子与AHL结合并激活 PluxR 启动子。利用该启动子表达抗铜绿假单胞菌S5脓菌素、抗生物膜DspB酶和E7裂解蛋白，使EcN自溶，释放治疗分子。发现这种工程微生物对小鼠和秀丽隐杆线虫都有预防和治疗作用。 同样，L. lactis通过使用来自粪肠球菌的prgX/Q系统来针对粪肠球菌产生三种对病原体具有强大的抗菌活性的细菌素。在病原体产生的信息素cCF10存在的情况下，prgX/Q系统被激活，从而能够有针对性地检测和消除粪肠球菌。还发现工程益生菌能够消除耐多药的粪肠球菌菌株。这种感觉和反应系统也已被开发用于霍乱弧菌和白色念珠菌。 利用病原体特异性转录因子 开发产生抗菌化合物的活细菌 例如，使用大肠杆菌β3914通过结合将工程毒素输送到霍乱弧菌中。这种毒素被内含子分解，从而只在携带特定转录因子的目标病原体中被激活。这确保了高度特异性，因为宿主细菌和群落中的其他微生物都不会受到毒素-内毒素复合物的影响。 有的使用疾病特异性生物标志物来开发感知和响应系统。有人设计EcN检测四硫酸盐（一种在沙门氏菌感染期间发炎的肠道中发现的化学物质，由活性氧物种与硫代硫酸盐反应产生）。他将沙门氏菌中参与连四硫酸盐检测和利用的ttr操纵子转移到 EcN。ttr操纵子与MccH47（MccH47 是一种抑制沙门氏菌生长的微菌素）的产生相结合。在体外实验中，工程化的 EcN 能够检测环境中的连四硫酸盐并产生 MccH47，从而抑制和竞争病原体的生长。 治疗其他疾病 例如，酿酒酵母通过感知和降解胞外三磷酸腺苷(eATP)来治疗IBD。eATP是嘌呤能信号通路的一部分，参与IBD的生理过程。eATP能够促进促炎细胞因子的产生和效应 T 细胞活化以及抑制调节性 T 细胞反应。eATP被CD39水解为AMP，导致免疫抑制。 因此，在某项研究中，作者在酵母菌株中开发了一种高度敏感的P2Y2受体，通过进化天然的人类 P2Y2受体来检测eATP。这种受体的激活与一种ATP降解酶的释放有关。这种工程酵母菌株能够抑制IBD小鼠模型中的肠道炎症，类似于通常与各种不良反应相关的标准护理疗法。 此外，有人使用EcN作为局部转运治疗分子的载体来靶向克罗恩病。研究人员使用一氧化氮 (NO) 作为疾病生物标志物，并将其检测与治疗性粒细胞巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)和运动调节蛋白CheZ 的产生联系起来，这将使EcN聚集在NO产生部位并产生治疗分子。 3 靶向肿瘤缺氧的细菌 工程菌也可以用作抗癌剂，其中合适的细菌菌株被工程化用在缺氧的肿瘤环境中并提供治疗有效载荷。肿瘤缺氧是大多数实体瘤的共同特征，被认为是与健康组织相比组织氧水平降低的一种状态。 使用活细菌开发抗癌递送系统的不同策略  Shen H, et al. Adv Drug Deliv Rev. 2022 肿瘤组织具有相同的代谢需求，但其氧气供应不足以支持其快速增长的肿块。为了弥补这一点，肿瘤组织通过增强和不受控制的血管生成来加速其血管网络的发展。结果，在实体瘤中形成了一个混沌的异质血管网络，形成了与血管系统的距离增加和耗氧量增多的微区域。 这种低氧微环境改变了肿瘤细胞的代谢并导致细胞静止，从而导致肿瘤细胞产生治疗耐药性。此外，缺氧还调节和抑制肿瘤微环境内的免疫系统，从而保护肿瘤细胞免受免疫监视。 已证明活细菌在本质上定植于缺氧肿瘤区域。在荷瘤小鼠中，静脉注射的细菌最初扩散到健康组织和肿瘤组织。随着时间的推移，非肿瘤组织和循环中的细菌很快被清除；但由于缺乏免疫监视，肿瘤中的细菌细胞茁壮成长。 据报道，兼性或专性厌氧菌对肿瘤表现出更高的特异性，不会定植于非肿瘤性缺氧病变。因此在这些工程微生物系统中，通常选择厌氧菌作为底盘。 以下讨论用于癌症治疗的细菌细胞化学工程的策略以及简要总结不同寻求肿瘤的细菌菌株的减毒方法。 核酸 裸露核酸如治疗性cDNAs和沉默RNAs通过肿瘤细胞膜的渗透性有限，因此由于细胞摄取能力差，其效率非常低。为了增强核酸内化，已经在基因治疗中探索了多种递送载体。 一种是使用活细菌作为载体将细菌质粒DNA转移到哺乳动物细胞中，这一过程称为细菌转染。在肿瘤治疗中，细菌转染可通过两种方式应用： 1) 将编码治疗性蛋白的cDNA导入肿瘤细胞，以主动诱导细胞死亡； 2) 将编码肿瘤相关抗原的cDNA导入吞噬细胞抗原提呈细胞，以刺激对癌症的免疫反应。 在这两种应用中，载体细菌都被目标宿主细胞内化，在目标宿主细胞中，细菌要么主动侵入癌细胞，要么被动地被免疫细胞获取。在这方面，沙门氏菌属和单核细胞增生李斯特菌最适合细菌转染，并且已普遍用于癌症治疗。 在先前的研究中，一种带有穿梭质粒的工程化单核细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，在该模型中，单核细胞增生李斯特菌细胞主动地将肿瘤特异性抗原，前列腺特异性抗原(PSA)导入肿瘤细胞。工程改造的单核细胞增生李斯特菌成功地激发了导致肿瘤消退的T细胞特异性免疫反应。 在另一项研究中也采用了类似的策略，在该研究中，单核细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，这导致了乳腺癌模型中的肿瘤消退。其他研究还使用鼠伤寒沙门氏菌和单核细胞增生李斯特菌菌株来传递编码血管生成抑制剂蛋白（如内皮抑素和内皮糖蛋白）的基因，以抑制肿瘤进展。 与DNA类似，siRNA和shRNA的传递也需要细菌载体主动侵入靶癌细胞。到目前为止，细菌介导的 RNAi传递已在小鼠肿瘤模型中被应用于多种基因的调节，包括IDO（免疫抑制剂吲哚胺 2,3-双加氧酶）、PLK1（细胞周期相关蛋白，polo 样激酶 1）、STAT3、survivin 和Sox2（性别决定区Y框蛋白2)。 除沙门氏菌和单核细胞增生李斯特菌外，有研究报道了一种可用于将shRNA导入癌细胞的侵袭性重组大肠杆菌BL21。该工程菌株表达来自单核细胞增生李斯特菌的侵袭素和李斯特菌溶血素O，使细菌能够渗入癌细胞并从吞噬溶酶体中释放针对连环蛋白B-1 (CTNNB1) 的shRNA。 连环蛋白B-1是一种已知的原癌基因，在一系列癌症中发现突变或过度表达。 工程大肠杆菌菌株的施用导致结肠癌异种移植物和正常肠上皮细胞中的连环蛋白B-1蛋白水平显着降低。当应用于APCmin小鼠（一种肠道和乳腺肿瘤发生模型）时，工程大肠杆菌菌株导致肠息肉数量减少80%。 治疗性蛋白质 在细菌介导的肿瘤治疗中，细菌直接靶向肿瘤表达和传递的治疗性蛋白主要分为细胞毒剂和免疫调节剂。 细胞毒剂的表达是使细菌具有高抗肿瘤活性的最直接的方法。为了减少对健康组织的可能损害，控制细胞毒素的表达，如大肠杆菌溶血蛋白溶细胞素A(ClyA)和金黄色葡萄球菌α-溶血素，以便在肿瘤特异性条件下进行诱导。 例如，有人改造了一种鼠伤寒沙门氏菌菌株，该菌株可以在缺氧环境中表达细胞毒性溶血素，并成功地抑制了小鼠乳腺肿瘤模型中的肿瘤生长。除了受控表达，细胞毒素也可以以癌症靶向嵌合蛋白的形式传递。 据报道，一株表达具有EGFR（表皮生长因子受体）靶向配体的嵌合假单胞菌外毒素A的鼠伤寒沙门氏菌工程菌，该菌在体外对肿瘤细胞具有靶向杀伤作用。为了进一步验证，研究人员将工程菌株应用于患有结肠癌或乳腺癌的小鼠，并观察到肿瘤生长显着减少。 在免疫调节剂中，寻找肿瘤的细菌已经被改造成表达各种细胞因子，包括IL-2、IL-1、IL-18和鞭毛蛋白等。应用这些表达细胞因子的菌株已被证明可以调节对癌症的免疫反应，使肿瘤微环境 (TME) 对免疫治疗敏感，并抑制肿瘤生长。 此外，已经报道了两项独立的研究，其中工程化 EcN用于传递针对PD-L1和CTLA-4的检查点阻断纳米抗体，以及针对免疫球蛋白CD47的纳米抗体拮抗剂。这些纳米体通过EcN的传递导致肿瘤浸润性T细胞的激活增加，刺激肿瘤消退，并促进小鼠的长期生存。 除了直接影响肿瘤的有效载荷外，肿瘤靶向细菌也被设计用于表达和输送前药转化酶。随着这些细菌的定位，无害的前药被系统地给药，并被肿瘤中的细菌转化为天然的细胞毒性形式，从而使天然药物的脱靶活性最小化。 胞嘧啶脱氨酶(CD)是一种常用的前体药物转化酶，可将5-氟胞嘧啶(5-FC)（前体药物）转化为化疗药物5-氟尿嘧啶(5-FU)（天然药物）。 在一项初步的临床试验中，一种表达CD的鼠伤寒沙门氏菌菌株通过瘤内注射和5-FC全身给药应用于三名难治性癌症患者。在经过六个治疗周期后，没有发现可归因于工程菌株的重大不良事件。在三分之二的患者中，观察到肿瘤内细菌定植伴随肿瘤中5-FU水平升高。 此外，有研究人员经过工程化的 EcN 可以分泌重组黑芥子酶，将天然十字花科蔬菜中的硫代葡萄糖苷转化为抗癌化合物萝卜硫素。在小鼠结直肠癌模型中，联合应用工程化EcN和西兰花提取物可显著降低肿瘤发生率和肿瘤消退。 细菌菌株的减毒 尽管工程菌作为抗癌剂的用途，但还需要进一步改进来降低用于靶向肿瘤的病原菌的毒力并减少体内的非特异性定植。 由细菌和化疗药物组成的联合疗法可以通过使癌细胞对治疗敏感，从而减少这两种成分的需求量，从而有助于减少毒性和不良反应。 尽管肿瘤靶向活性很高，但毒力减弱对梭状芽胞杆菌、李斯特菌和沙门氏菌属的致病菌株至关重要，因为已知它们会引起感染。这可以通过删除毒力基因或产生营养缺陷型突变来实现，使菌株无法自我分裂并引起感染。 例如，脂多糖 (LPS) 是革兰氏阴性菌中产生的最有效的内毒素之一，已知会引起系统性炎症。在一株鼠伤寒沙门氏菌菌株中，编码脂类A生物合成肉豆蔻酰转移酶的msbB基因的缺失导致脂多糖产生的脂类A发生变化，从而减少了小鼠在细菌注射后产生的肿瘤坏死因子α(TNF-a)的量。LPS修饰大大降低了细菌菌株的毒性，表现为小鼠的LD50（半数致死剂量）增加了10,000倍。 根据改进的LD50值，其他研究也报道了一种亮氨酸和精氨酸营养缺陷型沙门氏菌A1-R菌株，该菌株高度减毒，在各种模型中表现出高安全性。由于肿瘤中富含亮氨酸和精氨酸环境，该菌株也被证明优先定植于肿瘤，并使肿瘤对化疗敏感。 此外，常用的鼠伤寒沙门氏菌VNP20009是一种携带msbB缺失的嘌呤营养缺陷型突变体，该底盘细菌已在各种小鼠模型中进行了广泛研究，并已通过临床试验的安全性评估。 另一方面，提高底盘细菌的肿瘤靶向特异性对于改善其作为治疗递送系统的性能至关重要。这对于兼性厌氧菌尤其重要，因为这些微生物可以在正常的含氧组织中繁殖并造成组织损伤。因此，提高兼性厌氧菌的肿瘤靶向特异性对于它们作为治疗递送系统的性能至关重要。
其中一种策略是通过在细菌表面展示肿瘤结合模块来增强细菌的肿瘤结合能力。这些结合模块，要么是合成的结合蛋白，要么是天然的细菌粘附素，通常针对在癌细胞中过度表达的表面标志物，如αvβ3整合素、硫酸乙酰肝素和肿瘤相关抗原。这些肿瘤结合模块的表面展示导致细菌定植的改善和工程菌在肿瘤中的富集。
另一种已采用的策略是使用肿瘤特异性表达系统，以确保细菌介导的治疗传递的安全性。在这些系统中，有效载荷的表达受诱导型启动子的调节，这些启动子响应于TME信号，包括缺氧和酸中毒或直接递送至肿瘤部位的放射治疗。
在其他情况下，研究人员还将材料科学和合成生物学结合起来，开发出细菌介导的光热疗法来治疗癌症。 在其中一些系统中，金纳米颗粒(AuNPs)通过生物矿化涂覆在细菌表面。这些细菌经过基因工程改造，可在对热的反应中表达抗肿瘤分子。在给药细菌细胞并定位于肿瘤中后，部署近红外(NIR)激光来杀死肿瘤细胞。在NIR照射下，AuNPs吸收透皮光子并将其转化为局部热量，这也激活了细菌中肿瘤抑制分子的表达，导致细胞死亡，同时产生的热量。 已经证明，在光诱导下，应用含有AuNPs的生物矿化大肠杆菌细胞，在小鼠乳腺癌模型中表达TNF-α，在小鼠结肠癌模型中表达ClyA，从而导致显著的肿瘤消退。 4 细菌衍生颗粒传递药物 除了活细菌疗法外，细菌衍生的非染色体颗粒，如细菌膜影(BGs)、微细胞和膜囊泡(MVs)也被用作药物输送载体。  Shen H, et al. Adv Drug Deliv Rev. 2022 这些颗粒比细菌细胞小，其中一些达到纳米颗粒的大小，几乎与纳米晶体（<100 nm）相当。与相对均匀组装的纳米晶体和其他纳米材料相比，细菌衍生的颗粒在它们的组成和划分方面是不同的。此外，由于缺乏基因组DNA，这些颗粒无法复制，但仍保留了细菌细胞的部分结构和功能。  Shen H, et al. Adv Drug Deliv Rev. 2022 以下将简要总结颗粒的性质、它们的生产方法和它们的潜在应用。 细菌膜影 (BGs)
BGs是细菌的空细胞包膜，主要通过以下两种方法产生： 1）在革兰氏阴性菌中通过φX174噬菌体裂解蛋白E介导的温和裂解，已经证明，蛋白质E在革兰氏阴性菌中的重组表达导致细菌细胞裂解和BGs的产生； 2）革兰氏阳性菌中通过化学还原方案产生，因为蛋白质E在革兰氏阳性菌中的表达导致细胞死亡而不裂解。 蛋白E是一种由91个氨基酸组成的多肽，可通过寡聚作用穿透细菌内外膜的跨膜通道。在电子显微镜下，在蛋白E介导的大肠杆菌裂解过程中，观察到直径从40到200 nm不等的E裂解隧道。在高分辨率扫描电子显微镜中，在 E 裂解通道外观察到排出云，表明细胞质内容物快速排出。
由于E裂解隧道融合了内膜和外膜，从而封闭了细菌的周质。使BGs具有以下性质： 🔹 不含细胞质成分； 🔹 保留了细胞形态和大多数表面结构，包括外膜和内膜，以及坚硬的肽聚糖层； 🔹保存了天然细菌的免疫原性元件，包括LPS、单磷酰脂A和鞭毛； 🔹 Toll样受体（TLR）识别免疫原性元件，因此来自病原菌的BGs也能够触发先天免疫反应。
由于BGs不具有感染风险，其固有的佐剂特性使其成为通用的疫苗和佐剂候选物。 此外，在细菌中表达的重组膜蛋白也与完整的膜结构一起保存在BGs中。通过外源抗原蛋白与膜锚定蛋白的重组融合，BGs可以被设计成在其外膜或内膜上展示所选择的抗原蛋白。通过这种方式，BGs可以作为载体将外来抗原运送给抗原呈递细胞，并刺激针对特定病原体的免疫反应。因此，这些重组BGs正在被评估为针对更广泛范围的传染病的候选疫苗。 这些BGs保留了高活性的免疫原性元件，并对致病性天然菌株提供了显着的保护作用。此外，来自这些细菌的BGs也正在被探索用于运送其他病原微生物的重组抗原。 微细胞
微细胞是在异常细胞分裂过程中产生的纳米大小的细菌细胞(100到400nm)。在各种细菌中，操纵细胞分裂介质或Min系统会导致产生微细胞。 例如，在大肠杆菌中，三种蛋白质，即MinC，MinD和MinE，协同调节细胞分裂隔膜的正确定位，其中原核同源微管蛋白FtsZ形成环状结构(Z环)并启动细胞分裂。在一些分裂细胞中，minCDE基因的缺失导致在非染色体的两极出现错位的Z-环，最终导致细胞分裂后形成微细胞。
微细胞从亲本细胞中继承了大部分细胞成分，含有完整的肽聚糖细胞壁、细胞膜、核糖体、蛋白质、RNA和质粒DNA，但没有染色体。结果，微细胞不能复制，但它们在微型上类似于正常细胞并维持大多数细胞功能。
与BGs一样，微细胞也被探索为候选疫苗和佐剂，因为它们在刺激宿主先天免疫方面具有很高的效率。微细胞优于BGs，因为它们的尺寸更小，具有完整的膜细胞功能，并且在革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌中产生。除了存在于BGs和微细胞中的表面抗原外，后者还具有功能性的分泌系统。 除了候选疫苗，微细胞也被认为是纳米颗粒，并已在各种研究中被评估为癌症治疗的药物输送容器。 细胞膜囊泡
细菌膜囊泡 (BMVs) 是细菌衍生的基于脂质的球形纳米颗粒，甚至比微细胞 (20至400nm) 还要小。 根据囊泡膜的来源，BMVs可进一步分为： ▪ 外膜囊泡(OMVs) ▪ 爆炸性外膜囊泡(EOMVs) ▪ 外-内膜囊泡(OIMVs) ▪ 细胞质膜囊泡(CMVs) 源自革兰氏阳性和革兰氏阴性菌的细菌膜囊泡  Shen H, et al. Adv Drug Deliv Rev. 2022 典型的OMVs是在革兰氏阴性细菌中通过外膜的气泡形成的，并且富含周质蛋白。 在噬菌体衍生的内毒素存在下，肽聚糖层的降解将导致细菌细胞的爆炸性裂解，从而产生双层OIMVs和EOMVs。 革兰氏阳性细菌不具有外膜层，通过内毒素介导的气泡细胞死亡产生CMVs
在所研究的多种细菌物种中，发现OIMVs特异性包裹DNA，包括质粒和染色体DNA，而EOMVs包含任意内容。CMVs包含一系列细胞质内容物。
鉴于脂质体的药物递送系统的最新进展，LNPs和 BMVs作为替代药物传递载体引起了极大的兴趣。 也有通过电穿孔将治疗性siRNAs装载到OMVs中，并系统地将其注射到荷瘤小鼠体内，从而导致靶向基因沉默和显著抑制肿瘤的生长。 除了癌症，BMVs还被用于治疗炎症性疾病。源自肠道共生多形拟杆菌的OMVs被设计用于封装和递送重组人角质形成细胞生长因子-2 (KGF-2)，用于治疗小鼠模型中的结肠炎。OMVs的包封显示在消化系统的传代过程中稳定了KGF-2 结 语 基于细菌的药物输送系统来靶向多种疾病通常比传统的药物输送方法具有一些优势。 对这些药物输送系统的进一步改进，如加入感官模块，通过确保仅在疾病状态下采取有针对性的行动，提高了它们的安全性和有效性。 此外，通过利用某些细菌的天然肿瘤定植能力，可能具有广泛治疗有效载荷的有效抗癌疗法。 最后，细菌衍生的非染色体颗粒为高度可定制的药物输送系统提供了一个平台，该系统可以系统地给药，特别是作为疫苗或辅助治疗。 基于工程益生菌的疗法已经在进行临床试验。这些治疗剂通常通过粘膜或皮肤给药局部应用。为了确保基于细菌的药物输送系统的成功临床转化，需遵循各种健康监管。 总之，基于细菌的药物输送系统凭借其良好的安全性、方便的给药途径、高定制潜力和优越的疗效，有望满足患者的医疗需求，并开创药物输送的新时代。 |
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