针对上述问题，浙江大学鲜于运雷团队以天然螺旋藻（SP）为微纳机器人骨架，将携带金铈纳米酶（AuCe）的益生菌植物乳杆菌（LP）共组装成口服递送系统SP@LP@AuCe。该微纳机器人利用SP的螺旋形态、生物相容性和叶绿素自发荧光，实现胃酸保护、炎症部位长时滞留及实时成像；同时AuCe清除ROS、保护益生菌活性，LP重塑菌群并诱导巨噬细胞向抗炎表型极化，协同修复肠屏障、抑制炎症因子，最终恢复肠道微生态平衡，为IBD的精准与个性化治疗提供了新平台。该文章于2025年8月5日以《A Microalgae-Probiotic-Nanozyme Robot for Alleviating Intestinal Inflammation and Microbiota Dysbiosis》为题发表于《Advanced Materials》（DOI：: 10.1002/adma.202508754）。

研究示意图

（1）SP@LP@AuCe的合成与表征

AuCe纳米酶呈核-壳球形，平均直径22 nm（图1a）。LP@AuCe生物复合体中，AuCe均匀分布于LP表面，C、N、O、P、Au、Ce元素共定位（图1b–d）。50 µg mL⁻¹ AuCe与10⁸ CFU mL⁻¹ LP为最佳配比，该条件下LP生长曲线与对照无差异，表明AuCe对菌活性影响可忽略（图1e）。SP@LP@AuCe显微呈绿色，自发红色荧光；FITC-LP（绿）与SP（红）共定位，证实复合体形成（图1f–i）。UV–vis、FTIR光谱显示SP光学性质及结构保持不变（图1j,k）。动态光散射测得AuCe、LP、LP@AuCe、SP、SP@LP@AuCe水合粒径依次为20.91 nm、1.64 μm、2.04 μm、4.59 μm、5.25 μm；ζ电位-38.64 mV（SP）与4.58 mV（LP@AuCe）证实静电吸附（图1l,m）。AuCe对LP包覆率95.04%，LP@AuCe对SP包封率64.45%。SP@LP@AuCe对O₂•⁻清除率>60%，H₂O₂分解活性最高，协同SP自身抗氧化组分，总体SOD-与CAT-样活性优于AuCe单独体系（图1n,o）。

图1 SP@LP@AuCe的表征。（a）AuCe的TEM图像；（b）LP@AuCe的TEM图像；（c）LP@AuCe的SEM图像；（d）LP@AuCe的HAADF-STEM图像及元素分布图；（e）LP与LP@AuCe的生长曲线；（f）SP的明场图像；（g）SP的荧光图像；（h）SP@LP@AuCe的SEM图像；（i）SP@LP@AuCe的CLSM图像；（j）LP、SP、AuCe、LP@AuCe与SP@LP@AuCe的UV–vis光谱；（k）LP、SP、AuCe、LP@AuCe与SP@LP@AuCe的FTIR光谱；（l）AuCe、LP@AuCe、SP与SP@LP@AuCe的水合粒径；（m）AuCe、LP@AuCe、SP与SP@LP@AuCe的ζ电位；（n）AuCe、LP@AuCe、SP与SP@LP@AuCe的SOD活性；（o）AuCe、LP@AuCe、SP与SP@LP@AuCe的CAT活性

（2）SP@LP@AuCe 的环境耐受性和体内生物分布

SP@LP@AuCe经SGF、SIF、SCF处理后保留>80%原始SOD-及CAT-活性（图2a–f）；SP形态未变，SEM证实螺旋结构完整，LP与AuCe仍附着其表面（图2g）。经上述模拟液孵育后，SP@LP@AuCe内LP存活率显著高于LP及LP@AuCe组（图2h–k）。在氧化应激条件下，LP@AuCe清除ROS并协同SP提升LP存活与增殖（图2l–n）。DLS及ζ电位在模拟液前后几乎不变，表明整体稳定性（图2o）。体内荧光成像显示SP@LP@AuCe口服后1 h达峰，24 h清除；离体成像示30 min在胃、4 h至回肠/盲肠/结肠、8 h开始减弱，心肝脾肺肾膀胱无信号（图2p）。FITC标记显示SP@LP@AuCe较游离FITC-LP在小肠保留时间更长，8 h仍可见，24 h微弱；菌落计数证实8 h结肠LP留存量显著升高。

图2 SP@LP@AuCe的环境耐受与体内分布。（a–c）AuCe、LP@AuCe、SP及SP@LP@AuCe在SGF、SIF、SCF中的SOD活性；（d–f）同组样品在上述模拟液中的CAT活性；（g）SP经SGF、SIF、SCF处理后的明场与荧光图像；（h–k）LP、LP@AuCe及SP@LP@AuCe分别暴露于PBS、SGF、SIF、SCF后的活菌计数；（l）200 µM H₂O₂中不同组LP 2 h存活率；（m）无氧化应激及（n）200 µM H₂O₂存在下SP@LP@AuCe内LP的增殖曲线；（o）LP@AuCe与SP@LP@AuCe在模拟胃肠液中不同时间点的ζ电位；（p）小鼠灌胃SP@LP@AuCe后不同时间点离体胃肠道及主要器官（心、肝、脾、肺、肾）荧光成像（SP通道：Ex 605 nm/Em Cy5；LP通道：Ex 460 nm/Em FITC）

（3）体外抗氧化活性和抗炎作用

RAW264.7细胞经LPS诱导氧化应激后，SP@LP@AuCe处理组胞内ROS水平显著降低，流式及共聚焦均显示绿色荧光强度低于其余组（图3b–e）。SP@LP@AuCe降低MDA与MPO，提高CAT、SOD活性，恢复GSH水平与GSH/GSSG比值（图3f,g）。ELISA显示其下调IL-6、TNF-α并上调IL-10、TGF-β（图3h–k）。流式示CD86⁺ M1比例下降46.1%，CD206⁺ M2比例上升25.17%（图3l–n）；免疫荧光示CD206红色信号增强。细胞毒性实验表明SP@LP@AuCe在24 h及48 h内细胞活力接近100%。

图3 体外抗氧化与抗炎性能。（a）细胞水平抗氧化及抗炎作用示意图；（b）DCFH-DA染色RAW264.7细胞的流式分析；（c）不同处理后胞内ROS荧光强度定量；（d）DCFH-DA（绿）与Hoechst 33342（蓝）共染的共聚焦图像；（e）绿色荧光强度统计；（f）不同处理后细胞MDA含量；（g）不同处理后细胞MPO活性；（h–k）不同处理后RAW264.7细胞分泌的IL-6、TNF-α、IL-10及TGF-β水平；（l）不同处理后RAW264.7细胞CD86/CD206表达的流式分析及其（m）CD86、（n）CD206的定量统计

（4）SP@LP@AuCe 对 DSS 诱导的小鼠结肠炎的治疗作用

DSS诱导的IBD小鼠模型中，SP@LP@AuCe组体重下降最小、DAI最低（图4b,c）；结肠长度与对照相当，显著长于DSS组，脾指数最低（图4d–f）。DCFH-DA示该组结肠ROS水平最低（图4g,h）。

图4 DSS诱导小鼠结肠组织学评估。（a）不同组结肠H&E染色及放大图（b）不同组结肠IL-6、TNF-α、IL-10、TGF-β免疫组化染色；（c）不同组H&E切片结肠组织学损伤评分；（d–g）不同组结肠IL-6、TNF-α、IL-10、TGF-β定量；（h,i）ELISA定量不同组结肠occludin与ZO-1表达；（j）ELISA定量不同组血清DAO水平；（k–n）不同组结肠组织GSH活性、SOD活性、MDA含量与MPO活性

H&E示DSS组隐窝破坏、大量炎性浸润，SP@LP@AuCe组结构完整，组织学评分最低（图5a,c）。免疫组化示SP@LP@AuCe下调IL-6、TNF-α并上调IL-10、TGF-β（图5b,d–g）。ELISA示该组occludin、ZO-1表达升高，血清DAO降低（图5h–j）。氧化应激指标中，GSH、SOD升高，MDA、MPO下降（图5k–n）。主要器官H&E及血常规、生化指标无异常。

图5 DSS诱导小鼠结肠组织评估。（a）不同组结肠H&E染色及放大图，（b）不同组IL-6、TNF-α、IL-10、TGF-β免疫组化染色；（c）各组结肠H&E组织学损伤评分；（d–g）各组结肠IL-6、TNF-α、IL-10、TGF-β定量；（h,i）ELISA定量各组结肠occludin与ZO-1表达；（j）ELISA定量各组血清DAO水平；（k）GSH活性、（l）SOD活性、（m）MDA含量、（n）MPO活性于各组结肠匀浆

（5）SP@LP@AuCe 对结肠炎肠道菌群的调节作用

α多样性箱线图显示SP@LP@AuCe组Ace、Chao、Shannon、Simpson指数趋向对照（图6a–d）。Venn图表明该组与对照共享ASV 368个，DSS组独有907个（图6e）。PCoA与NMDS均将SP@LP@AuCe样本聚类于对照附近（图6f,g）。GMHI恢复至对照水平。门水平与属水平分析示，DSS组Proteobacteria 及Escherichia-Shigella 升高，SP@LP@AuCe组Akkermansia、Lachnospiraceae_NK4A136、norank_f_Muribaculaceae 、Lactobacillus 、Odoribacter丰度增加（图6h,i）。Circos图与LEfSe（LDA>3）进一步证实SP@LP@AuCe降低Enterobacteriaceae等致病菌，提升Lachnospiraceae等有益菌（图6j）。表型预测显示SP@LP@AuCe减少革兰阴性及潜在致病菌，恢复耐压厌氧有益菌（图6k–m）。

图6 SP@LP@AuCe对结肠炎肠道菌群的调控。（a–d）Chao、Ace、Shannon、Simpson α多样性箱线图；（e）各组物种ASV韦恩图；（f）PCoA主坐标分析；（g）NMDS非度量多维尺度图；（h）门水平菌群相对丰度；（i）属水平菌群相对丰度热图；（j）LEfSe差异菌群分支图；（k–m）BugBase预测的革兰阴性菌、潜在致病菌及耐压菌相对丰度

（6）小鼠短链脂肪酸、结肠指数和肠道菌群的相关性分析

SP@LP@AuCe组总SCFA及乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸含量均显著高于DSS组，戊酸与异戊酸仍低于对照（图7a–g）。RDA显示对照与乙酸、戊酸共聚，DSS远离该簇，SP@LP@AuCe向对照回归（图7h）。Akkermansia与丁酸、丙酸正相关，Muribaculum与乙酸负相关；Akkermansia亦与TGF-β正相关，Parabacteroides与TNF-α负相关，Muribaculum与ROS正相关（图7i,j）。Mantel检验示SP@LP@AuCe与抗炎因子IL-10、TGF-β及有益脂肪酸呈正相关，DSS与IL-6、TNF-α及组织损伤指标呈正相关（图7k,l）。

图7 短链脂肪酸、结肠指标与肠道菌群相关性分析。（a–g）结肠内容物总酸、乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、戊酸、异戊酸浓度；（h）菌群丰度与SCFAs的RDA图；（i）门水平菌群与SCFAs指标的相关热图；（j）门水平菌群与结肠指标的相关热图；（k,l）SCFAs指标及结肠指标与菌群结构的Mantel检验网络热图