利用肠-免疫-关节轴:口服微藻基温敏微球增强类风湿关节炎关节腔治疗

Harnessing the gut-immune-joint axis: Oral microalgae-based thermoresponsive microspheres enhance intra-articular therapy for rheumatoid arthritis.

作者信息Ruoxi Wang, Aiying Tong, Kangyu Jin, Runchang Yu, Donghu Lin, Di Yang, Xiaoyang Liu, Jiarong Cui, Jiahua Niu, Yulin Cui, Haishuang Zhu, Min Zhou
PMID41716676
发布时间2026-02-10
DOI10.1016/j.bioactmat.2026.01.037

实验完整度

包含体外细胞模型、CIA小鼠模型、FMT实验、16S rDNA测序和代谢组学分析,并进行功能验证和机制验证。

主要模型

Caco-2肠上皮细胞 RAW 264.7巨噬细胞 IEC-6小肠上皮细胞 CIA小鼠模型 Balb/c裸鼠

重点核对

CIA小鼠模型采用雄性DBA/1小鼠,6-8周龄,于第0天和第21天分别用含完全弗氏佐剂和不完全弗氏佐剂的牛II型胶原免疫 CG@GelMA口服剂量为300 μL,含1.4 × 107 CV细胞/mL和2 mg/mL GPS,每日一次 TAA关节腔注射剂量为5 μL 2 mg/mL,于第30、36、42、48天进行 FMT实验使用200 mg/mL粪便悬浮液,每两天一次,从第25天至第49天 抗生素处理使用链霉素2.5 mg/mL、氨苄青霉素0.3 mg/mL、粘菌素0.3 mg/mL,通过无菌饮用水给予

摘要

类风湿关节炎(RA)是一种慢性自身免疫性疾病,主要由异常免疫反应错误攻击滑膜关节引起,导致炎症和关节损伤。新出现的证据表明,肠道屏障完整性受损和肠道菌群失衡在驱动RA发展、促进全身性炎症和加重关节病变中起关键作用。本文提出一种协同治疗策略,同时针对全身性肠-免疫轴和局部关节炎症。该策略将关节腔内注射曲安奈德(TAA)与口服包裹小球藻(CV)和人参多糖(GPS)的温敏微球(命名为CG@GelMA)相结合。微球在体温下发生温度诱导的凝胶化,从而促进胃转运并在肠道中实现延长药物释放。口服CG@GelMA通过增强紧密连接蛋白表达和发挥抗炎作用恢复肠道屏障功能,而关节腔内TAA协同缓解滑膜炎症、改善运动功能并保护骨和软骨完整性。此外,联合疗法引发优异的免疫调节,其特征是调节性T细胞增加、Th17细胞减少,以及全身细胞因子向白细胞介素-10升高和白细胞介素-17降低转变。值得注意的是,这种全身性免疫调节由CG@GelMA介导的肠道生态系统重塑驱动,该重塑富集了有益菌群(如乳杆菌属),减少了潜在致病菌属(如埃希菌-志贺菌属),并且重要的是,显著增加了肠道内免疫调节代谢物(包括几种短链脂肪酸(SCFAs))的水平。粪便微生物群移植(FMT)和清除研究明确证实肠道菌群是这些治疗效果的核心介质。总之,这些发现强调了一种协同组合策略,该策略将微生物群驱动的全身性免疫调节与有效的局部抗炎作用相结合,为RA和其他系统性炎症性疾病的治疗提供了一条有前景的途径。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
能否通过口服递送小球藻和人参多糖的温敏微球(CG@GelMA)调节肠道菌群和肠屏障功能,并与关节腔注射曲安奈德(TAA)协同治疗类风湿关节炎?
核心机制
CG@GelMA通过重塑肠道菌群,富集产短链脂肪酸(SCFA)的有益菌(如乳杆菌属),抑制促炎菌属(如普雷沃菌科_UCG-001、另枝菌属、毛螺菌科_NK4A136_group),增加肠道SCFA水平,增强肠屏障功能,进而促进全身免疫向抗炎表型转变(Treg增加、Th17减少、IL-10升高、IL-17降低),并与TAA协同减轻关节炎症。
主要证据
体外实验证明CG@GelMA保护肠上皮屏障(TEER和FD4通透性),抑制炎症因子和氧化应激;CIA小鼠模型中,CG@GelMA+TAA显著减轻关节炎评分、骨侵蚀和软骨损伤,恢复肠道紧密连接蛋白表达和肠道长度,调节脾脏Treg/Th17比例和血清IL-10/IL-17;16S rDNA测序显示肠道菌群重塑,SCFA(乙酸盐、丙酸盐、丁酸盐等)水平升高;FMT实验证实粪菌移植可减轻关节炎,而抗生素或热灭活菌群消除这些益处。
研究意义
该研究提出了一种将关节腔局部治疗与口服肠道调节相结合的协同策略,为RA及其他与肠道菌群失调相关的系统性炎症性疾病提供了潜在的治疗途径。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

制备和表征CG@GelMA微球

构建负载小球藻(CV)和人参多糖(GPS)的温敏GelMA微球,并评估其形态、光学性质、电荷、结构、胃肠道响应性和释放行为。

使用微流控系统(ELF-MS-1000)制备CG@GelMA,其中水相包含GelMA、光引发剂LAP、CV和GPS,油相为含Span 80的液体石蜡;在37°C下生成液滴,经UV交联形成微球;使用SEM、光学/荧光显微镜、UV-vis、荧光光谱、Zeta电位、FTIR表征;在模拟胃液(SGF)、模拟肠液(SIF)和模拟结肠液(SCF)中评估溶胀、降解和GPS释放。

2

体外肠屏障保护实验

评估CG@GelMA对CIA小鼠粪上清(FSN)诱导的肠上皮屏障损伤的保护作用。

使用Caco-2单层和Caco-2/RAW264.7共培养模型;FSN刺激Caco-2细胞和巨噬细胞;预处理CV、GPS、Blank@GelMA或CG@GelMA;检测紧密连接蛋白(Claudin-1、Occludin、ZO-1)表达、TEER、FD4通透性。

3

体外抗氧化和抗炎实验

评估CG@GelMA在LPS刺激的IEC-6细胞中的抗氧化和抗炎作用。

使用IEC-6细胞,LPS刺激,检测ROS水平(DCFH-DA染色)、细胞活力(Calcein-AM/PI和CCK-8)、促炎细胞因子(IL-6、IL-1β、TNF-α)mRNA表达;以及CV、GPS、CV+GPS、Blank@GelMA、CG@GelMA的ROS清除能力(超氧阴离子、过氧化氢、羟基自由基)。

4

体内胃肠道示踪和分布实验

评估CG@GelMA在体内的胃肠道转运、滞留和降解特性。

使用Balb/c裸鼠口服CV、FITC或CV/FITC@GelMA,在多个时间点进行活体荧光成像(IVIS Spectrum),离体器官成像,SEM分析肠道内容物,粪便荧光监测。

5

关节炎敏感/抗性分型及肠屏障关联分析

探讨肠屏障功能障碍与关节炎易感性和进展的关系。

在CIA小鼠中,根据临床评分将小鼠分为敏感型和抗性型;在day 20和day 50测量血清FITC-dextran、zonulin水平,小肠和结肠长度,回肠组织H&E、PAS染色,免疫荧光检测紧密连接蛋白。

6

联合治疗评估(CG@GelMA联合TAA)

评估口服CG@GelMA联合关节腔注射TAA对CIA小鼠的治疗效果。

CIA小鼠随机分为Control、CG@GelMA、TAA、CG@GelMA+TAA组;从day 25开始口服CG@GelMA,day 30开始关节腔注射TAA;监测关节炎评分、后爪照片、步态分析;day 48测量肠通透性;day 50处死,进行关节组织学、Micro-CT、肠道组织学、免疫荧光、RT-qPCR、血清细胞因子和脾脏Treg/Th17流式分析、粪便16S rDNA测序。

7

FMT验证肠道菌群作用

验证CG@GelMA的治疗效果是否由肠道菌群介导。

从CG@GelMA处理的小鼠收集粪便进行FMT,移植到CIA小鼠,设FMT组、ABX+FMT组(抗生素处理)和FMT(Inactivated)组(热灭活);评估关节炎评分、Micro-CT、步态、脾脏免疫、肠道组织学和通透性。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
ELF-MS-1000微流控系统Engineering for Life--
甲基丙烯酰化明胶----
光引发剂LAP----
司盘80----
液体石蜡----
小球藻Guangyu Biological Technology--
人参多糖Shanghai Macklin Biochemical Co., Ltd--
SU-70扫描电子显微镜Hitachi--
UV-2600紫外可见分光光度计Shimadzu--
RF-6000荧光分光光度计Shimadzu--
Nano-ZS90 Zeta电位仪Malvern Instruments--
DMEM培养基----
胎牛血清AiTing--
青霉素-链霉素Gibco--
人胰岛素----
RAW 264.7细胞系Procell--
Caco-2细胞系Pricella--
IEC-6细胞系ATCC--
Transwell小室Corning--
Millicell ERS-2电阻仪Millipore--
荧光素异硫氰酸酯-葡聚糖(4 kDa)Sigma-Aldrich--
SpectraMax iD5酶标仪Molecular Devices--
Claudin-1抗体Abnova--
Occludin抗体Abcam--
ZO-1抗体Abcam--
DAPIServicebio--
Hoechst 33342YEASEN--
DCFH-DAYEASEN--
Calcein-AM/PISolarbio--
CCK-8试剂盒YEASEN--
硝基四氮唑蓝----
水杨酸----
IVIS Lumina LT Series III成像系统PerkinElmer--
Living Image 4.5软件----
完全弗氏佐剂----
不完全弗氏佐剂----
牛II型胶原----
FITC-葡聚糖----
小鼠Zonulin ELISA试剂盒UpingBio--
TRAP染色试剂盒Servicebio--
番红O/固绿染色试剂盒Servicebio--
Pannoramic MIDI数字切片扫描系统----
脱钙剂Servicebio--
小鼠调节性T细胞染色试剂盒MultiSciences (Lianke)--
小鼠Th17染色试剂盒MultiSciences (Lianke)--
TRIzol试剂Invitrogen--
ABScript III RT预混液(含gDNA去除剂)ABclonalRK20429
2×通用SYBR Green快速qPCR预混液ABclonal--
QuantStudio™实时荧光定量PCR系统Applied Biosystems--
Qubit双链DNA高灵敏度检测试剂盒----
曲安奈德----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
微球制备与表征
微流控系统型号、GelMA浓度、CV和GPS用量、紫外交联参数、微球粒径范围、释放实验条件
阅读提示:详见Materials and Methods 2.1节及结果3.1节
体外细胞实验
细胞系来源、培养条件、FSN制备方法、处理浓度和时间、TEER和FD4检测条件
阅读提示:详见Materials and Methods 2.2-2.5节
CIA诱导及治疗实验
小鼠品系、年龄、免疫方案、分组、给药剂量和时间点、关节炎评分和步态分析方法、组织学和影像学评估
阅读提示:详见Materials and Methods 2.12和2.13节及结果3.6节
FMT实验
FMT粪便来源、剂量、频率、抗生素组合及浓度、热灭活条件、评估时间点
阅读提示:详见Materials and Methods 2.17节及结果3.9节
肠道屏障和免疫分析
FITC-dextran剂量和测量时间、zonulin检测方法、紧密连接蛋白染色和定量、流式细胞术方案、16S rDNA测序方法和数据分析
阅读提示:详见Materials and Methods 2.8-2.10, 2.14-2.16节及结果3.7-3.8节