基于工程化细菌的活性生物材料研究及其医学应用

近年来，面向生物医学领域的重大需求，越来越多的研究人员利用天然来源的细胞、细菌等活性高分子材料进行生物医学应用，在许多疾病的诊断和治疗上显示出巨大潜力. 随着化学生物技术的发展，研究人员开始聚焦于开发基于细菌及其衍生物的疾病诊疗体系[1,2]. 许多细菌在研究中显示出了优越的治疗特性，例如沙门氏菌的肿瘤靶向能力和抗肿瘤活性[3,4]、乳酸杆菌调节肠道菌群平衡的能力[5,6]以及枯草芽孢杆菌的显著抗菌活性[7,8]等. 尽管细菌的这些特性在疾病诊断治疗中显示出了广阔的应用前景，但细菌的高致病性和免疫原性可能会导致其在医学应用中产生副作用[9]. 例如：细菌的强免疫原性可能导致其在体内循环中被快速清除，并存在诱发免疫系统疾病的风险[10]；细菌的杀伤效果对正常细胞和肿瘤细胞均有损伤，这有可能导致正常组织产生严重不良反应. 这些缺点极大限制了细菌疗法的临床应用. 另外一方面，细菌在递送过程中遇到的生物学挑战也限制了细菌递送技术的临床转化. 胃内的强酸环境不利于细菌的存活[11]，胃肠道的快速运输缩短了益生菌在肠道上的保留时间，限制了细菌的黏附与生长[12]，部分细菌制剂在递送过程中还存在细菌泄露的风险. 因此，找到“扬长避短”的方法以发挥细菌的优越特性是细菌疗法的关键. 为了提高细菌的诊断治疗效果并降低其副作用，研究人员尝试通过人工手段对目标细菌进行改造. 近年来，随着跨学科研究的发展，研究人员将微生物研究整合到生物学、化学、工程学和材料科学等领域，基于细菌的活性生物材料研究便应运而生[13~16]. 通过物理、化学技术和基因工程编辑对细菌进行改造，尤其是对细菌单个细胞的修饰和封装，可以维持细菌的生存和繁殖能力、精准定植并获得更高的生物安全性，这也为细菌疗法开辟了一个全新的领域[17,18].

本文系统总结了基于物理、化学修饰和基因工程编辑的工程化细菌在疾病诊断和治疗方面的研究进展，包括生物成像、疾病治疗以及组织修复与再生等(图1)，并介绍了工程化细菌的临床研究进展. 此外，本文还进一步讨论了工程化细菌在医学应用上的优缺点.

Fig. 1  Schematic illustration of engineered bacteria system decorated with physicochemical and bioengineered strategies for disease diagnosis and treatment.

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1 工程化细菌的构建

细菌工程化一般是根据细菌的表面结构与特征，通过物理、化学技术和基因工程编辑对细菌的细胞膜进行改性. 该领域的研究大多集中于细菌表面的电荷状态、化学基团、抗原和蛋白质，通过静电吸附、形成官能团、疏水相互作用、目标基因的靶向修饰等手段对细菌进行多样化的改造，从而充分发挥细菌的优越特性并赋予其新的功能.

1.1 物理与化学修饰

细菌细胞壁中的磷壁酸含有大量强酸性的磷酸基团，而大多数细菌的细胞膜带负电荷，因此通过在材料中加入阳离子聚合物或进行质子化处理使其带正电，便可经静电相互作用将聚合物吸附在细菌表面，从而为细菌改性提供了一种可行方案[19]. Wang等先用带正电荷的阳离子聚合物修饰减毒沙门氏菌，修饰后的细菌不仅可抓取并携带抗原，还可进一步将瘤内抗原转移至肿瘤边缘，从而增强抗肿瘤免疫响应[20]. Zhao等将含银量子点通过静电相互作用加载到双歧杆菌上，修饰的细菌可穿透肿瘤组织并逆转免疫抑制肿瘤微环境，抑制原位乳腺癌肿瘤的生长[21]. Wei等通过静电作用将包封抗肿瘤药物的聚乳酸-乙醇酸的纳米颗粒修饰在大肠杆菌表面，达到激活抗肿瘤免疫的效果[22]. Cao等通过静电作用在大肠杆菌的表面修饰了一层由二油酰磷酸和胆固醇自组装的脂质膜，涂膜的细菌生存率得到明显改善，可以免受胃酸环境刺激，为益生菌的口服治疗疾病提供了可行途径[23].

细菌的表面带有特定的化学基团氨基，可分别与羧基、醛基生成酰胺键、亚胺键. 因此，选择带有羧基、醛基的功能性材料，通过生成化学键结合在细菌表面，可实现细菌的表面化学修饰[24,25]. Cai等采用超声乳化法合成表面带有羧基的光敏剂，通过形成酰胺键结合在鼠伤寒沙门氏菌表面，利用细菌的厌氧靶向能力将光敏剂递送到肿瘤的缺氧区域. 光热处理后的细菌可以杀伤肿瘤细胞，同时清除肿瘤和瘤内细菌[26]. Chen等合成了负载光敏剂亚甲基蓝(MB)的结晶沸石咪唑酸盐框架(ZIF-90@MB) (图2(a))，通过ZIF的醛基可将光敏剂修饰在表面沉积钯纳米颗粒的希瓦氏菌MR-1上(图2(b)). 修饰的希瓦氏菌通过厌氧靶向性到达肿瘤部位后，在肿瘤的酸性环境下，细菌与带醛基的材料形成的亚胺键会发生水解，从细菌表面脱落的光敏剂在光照下释放单线态氧破坏线粒体，使其ATP合成受阻，下调了热休克蛋白(HSP70和HSP90)的表达，最终影响肿瘤细胞的耐高温性. 另一方面，细菌表面沉积的钯吸收近红外光产生热量，杀死肿瘤细胞(图2(c))[27]. 这两项研究都提出了一种细菌介导的厌氧靶向策略，用于诊断和根除深部或晚期实体瘤.

Fig. 2  (a) Synthetic procedure of ZIF-90/MB; (b) Synthetic procedure of engineered Shewanella oneidensi; (c) Mechanism of tumor targeting and photothermal tumor ablation of PTB@ZIF-90/MB upon laser irradiation (Reprinted with permission from Ref.‍[27]; Copyright (2020) Wiley-VCH GmbH).

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一些细菌通过自发氧化还原反应靶向环境中的金属离子，并通过生物酶促反应将其转化为金属元素，这种生物矿化反应也常用于细菌的化学修饰，且不会影响细菌的生存能力[28,29]. Fan等对大肠杆菌MG 1655进行了双重修饰：先对细菌进行转染使其表达质粒治疗性蛋白肿瘤坏死因子-α (TNF-α)，接着通过生物矿化反应对细菌表面修饰上光热转化材料金纳米颗粒. 编程的大肠杆菌经口服后被转运到内部微循环中，靶向肿瘤区域并快速定植. 经光热处理后诱导TNF-α的表达，最终导致肿瘤细胞死亡[30]. 此外，有研究把金属有机骨架(MOF)与细菌相结合以构建自驱动生物反应器. Wang等先用生物相容性的聚烯丙胺盐酸盐修饰非致病性希瓦氏菌，使细菌表面带正电荷，然后用透明质酸包裹负载抗癌药物阿霉素的MOF. 带正电的希瓦氏菌与带负电的MOF通过静电相互作用，构建了一种基于细菌-MOF生物杂交的自驱动生物反应器(SO@MDH) (图3(a))，经主动靶向后定植在肿瘤区域内，同时进一步通过乳酸代谢促进化疗，从而抑制肿瘤生长(图3(b)) [31].

Fig. 3  (a) Synthesis of the self-driven bioreactor SO@MDH biohybrid; (b) The effect of cyclic lactate catabolism-mediated metabolic therapy (Reprinted with permission from Ref.[31]; Copyright (2021) American Chemical Society).

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细菌外膜是一层特殊的脂质双分子层，因而可以通过疏水相互作用在细菌表面修饰生物活性高分子材料. 其中，聚乙二醇共轭磷脂和含胆固醇的疏水烷基链是常用的两亲性聚合物. 在与细菌接触后，其疏水端的烷基链可以通过疏水相互作用自发锚定在细菌的外膜中[32,33]. Jia等通过将阴离子光敏剂原卟啉与胆固醇修饰的聚乙二醇聚合物连接得到两亲性聚合物Chol-PEG-PpIX. 聚合物中的胆固醇部分极大地促进了原卟啉在细菌表面的富集，实现光调节以破坏细菌外膜通透性，最终导致细菌死亡[34]. 由于细菌表面被带负电荷的脂质双层膜包裹，因此可以利用静电和疏水双重作用来对细菌进行表面修饰. 代表性的研究是Wang等开发了一种具有“多合一”性质的“智能”试剂. 该试剂主要以乙二醇壳聚糖为主链，同时共轭上荧光标记的聚乙二醇-胆固醇两亲性聚合物. 通过胆固醇部分和细菌膜之间的疏水相互作用，以及带正电的乙二醇壳聚糖与带负电的细菌膜静电相互作用，试剂可以广泛用于染色所有哺乳动物、真菌和细菌的细胞[35].

1.2 生物工程改造

随着合成生物学与微生物学的学科交叉融合与发展，细菌在生物医学上的应用取得了显著成效. 不同于物理、化学方法修饰策略，生物工程技术修饰的细菌的生物相容性和安全性更高. 在本节中，我们将讨论几种应用于细菌或细菌衍生物的新兴生物工程策略.

基因工程技术是对生物体基因组的特定目标基因进行修饰，因此，该技术兼具可操作性与可设计性. 通过基因工程对细菌进行改造，使其表达靶向、黏附、释放特定物质等不同的功能，可实现更广泛的生物医学应用[36]. Joshi课题组开发了一种活性生物材料疗法，具体来说是对大肠杆菌 Nissle菌株进行编程，使其产生纳米纤维. 经口服后，被改造的细菌会靶向上皮的黏膜层，并与胃肠道黏液结合填充发炎区域，保护其免受肠道微生物和环境因素的影响. 这种基于益生菌原位产生治疗性蛋白质基质的研究为胃肠道疾病开发了一个治疗平台[37]. Harimoto等开发了一种可遗传编码的微生物封装系统. 该系统首先设计了一种新的荚膜多糖系统iCAP，通过调控iCAP系统对大肠杆菌Nissle 1917表面进行编程以赋予动态化功能，控制细菌在人体血液中存活的时间. 在小鼠肿瘤模型中经验证发现，这种动态递送策略使细菌的最大耐受剂量增加了10倍，并成功杀死了体内癌细胞[38]. Pan等使用大肠杆菌MG1655，通过质粒转染细胞溶解素A (ClyA)，接着对工程大肠杆菌表面进行化学修饰上放射增敏剂(图4(a))，随着靶向肿瘤后过表达ClyA调节肿瘤细胞周期，最终实现联合放射增敏杀伤乳腺癌(图4(b))[39].

Fig. 4  (a) Synthesis of the bacteria-mediated nanosystem for radiotherapy-sensitizing effect; (b) Mechanism toward breast carcinoma (Reprinted with permission from Ref.[39]; Copyright (2022) American Chemical Society).

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考虑到细菌的强免疫原性会导致其被免疫系统清除，目前有研究报道利用天然细胞膜对细菌进行封装，可以保护细菌逃脱免疫攻击并增强细菌的治疗效果[40]. 基于红细胞膜的低免疫原性和长循环特性，Cao等采用机械挤出技术制备出红细胞膜包裹大肠杆菌Nissle 1917，进而生成隐形细菌(CMCB)，CMCB可以维持细菌固有的生物活性与增殖能力. 与未包膜的细菌相比，注射CMCB的安全性更高、治疗效果更好. 同时，其在正常器官的积累量较低，可改善细菌在疾病部位的定植能力[41]. 该策略可为其他类型的细胞膜包被益生菌的研究提供强有力的支撑. 此外，红细胞可通过生物素-亲和素(Biotin-Streptavidin)的高亲和能力与细菌结合成复合物. Alapan等利用红细胞吸附载有抗癌药物阿霉素分子和超顺磁性氧化铁的纳米颗粒，再与大肠杆菌MG1655结合制备多功能生物混合微游泳器，这种研究策略可实现针对性的药物递送[42]. 作者同时提出，红细胞作为生物混合微生物中的自体载体，其在稳定性、变形性、生物相容性和生物降解性等方面均优于合成载体材料. 无论是膜包衣还是结合方法，都为生物混合细菌的递送系统提供了一种有前途的组合策略.

细菌生物膜具有物理黏附和化学屏障的双重功能，利用生物膜包裹细菌可以保护细菌免受物理刺激. Wang等用生物膜包被枯草芽孢杆菌，显著提高了口服利用度，提高细菌对胃肠道的抵抗力和黏附性[43]. 细菌外膜囊泡(OMV)是革兰氏阴性细菌释放的脂质双层外膜囊泡. 作为纳米级的球形载体，OMV的直径范围为50~250 nm，并含有细菌的多种成分，包括脂质、蛋白质、肽聚糖和核酸等. OMV具有免疫刺激能力，易于修饰且可负载药物，因而被广泛应用于疫苗和生物治疗药物的研究[44~46]. 同时，OMV还继承了母体细菌的肿瘤组织的趋向性，可作为靶向肿瘤治疗的理想载体[47]. 基于此，Pan 等提取可表达靶向多肽LyP1的大肠杆菌外膜囊泡(LOMV)，并用LOMV包封阻断免疫检查点程序性死亡-1 (PD-1)质粒以得到LOMV@PD-1，通过静脉注射可靶向肿瘤组织，提高免疫检查点阻断癌症疗法[48]. Zou等设计了一种基于细菌外膜囊泡与源于肿瘤的细胞膜杂交成的混合囊泡系统(mTOMV) (图5)，该囊泡系统有效靶向肿瘤区域并激活同源肿瘤中的适应性免疫，通过“双管齐下”的策略抑制肿瘤的生长和转移[49]. 基于OMV与细胞膜相似的脂质双分子层结构具有穿透角质层透皮递送药物的优势. Peng等收集了源于转基因大肠杆菌的外膜囊泡，并用整合素肽αvβ3靶向配体和吲哚菁绿共轭外膜囊泡，从而形成I-P-OMVs. 应用于黑色素瘤部位后，I-P-OMVs能够穿透皮肤并靶向黑色素瘤区域，近红外刺激触发诱导热疗效应并分泌单线态氧，迅速清除原发性黑色素瘤球体并诱导黑色素瘤细胞凋亡[50]. 该囊泡系统的生物相容性良好，制备程序简单便捷，具有巨大的临床应用潜力.

Fig. 5  Hybrid vesicles from bacteria outer membrane and tumor cell membrane to enhance innate immune response (Reprinted with permission from Ref.[49]; Copyright (2021) American Chemical Society).

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细菌之间存在交互协同作用，因此，基于组合细菌疗法的级联效应可提高化学生产效率与生物利用度，同时提升治疗效果. 近年来，新引入的3D打印平台可以将细菌嵌入到具有高度生物相容性的3D打印油墨中，打印出同时包含2种益生菌的“活材料”，用于降解污染物并产生医学上相关的细菌纤维素[51,52]. Chen等构建了同时含有保加利亚乳杆菌(LDB)和鼠李糖乳杆菌(LGG)的双益生菌梯度递送系统(图6(a)). 进入肠道后，先释放的LGG在减少肝脏胆汁酸合成的同时促进胆汁酸排泄，而被海藻酸钙微球固定的LDB通过多种机制主动聚集胆汁酸. 研究发现，LGG-LDB组装系统可以通过调节肠-肝轴有效预防胆汁淤积性肝损伤(图6(b)) [53]. Zheng等通过微流控技术将3种细菌封装在海藻酸钙凝胶球中，在凝胶表面聚合一层聚多巴胺纳米膜，成功构建了一个基于3种不同细菌(埃希氏杆菌属、芽孢杆菌属及肠杆菌属)的人工生态系统. 这3株细菌可通过级联反应将尿素和肌酐高效转化成氨基酸[54]. 以上研究说明，选择合适的聚合物有利于放大组合细菌间的级联效应.

Fig. 6  The synthesis procedure of dual probiotics-incorporated living materials (Reprinted with permission from Ref.‍[53]; Copyright (2022) Wiley-VCH GmbH).

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2 工程化细菌的生物医学应用

2.1 疾病诊断

细菌可自主感知生理信号，并能响应周围环境(包括宿主)的变化. 因此，细菌有望为一些疾病的风险预测、诊断和术后康复提供参考依据. 例如，厌氧细菌可对肿瘤部位的趋向性进行肿瘤特异性成像，同时瘤内缺氧与免疫抑制微环境使细菌能够在肿瘤内增殖，实现肿瘤内细菌的长时程成像. 然而，常用的大肠杆菌成像的缺点在于其会产生蓝移发射光谱，波长峰值范围为470~490 nm，并非最适合体内成像的波长. 因此，表达荧光素酶的重组大肠杆菌可用于体外和体内细菌跟踪，为细菌辅助癌症治疗的研究提供光学靶向肿瘤的应用平台[55]. 工程化的大肠杆菌可将目标基因靶向递送至肿瘤区域，通过基于光开关的光声成像方法抑制血液背景噪音，从而实现肿瘤内细菌的精准定位与光声成像[56,57]. 由于可以间隔距离施加磁力，磁性材料对胃肠道手术特别有用. 将其与工程细菌结合形成的磁性活水凝胶可附着到腹部皮肤并定位驻留，从而抵抗肠道中的蠕动，摄入的水凝胶可维持细菌活性长达7天，用于检测胃肠道出血[58].

在生物传感设备中，以细菌为主导的生物传感器被广泛用于分析物的检测与定量. 这是由于细菌不仅可以快速感知体内复杂的生理环境，还可以自我复制有利于生物传感器的信号放大. Courbet等构建了一种基于工程大肠杆菌的信号放大生物传感器，用于检测人类尿液和血清中的临床相关生物标志物. 该工程细菌集成了多个转录本，可以同时检测和分析多个生物标志物，提高了诊断测试的稳定性和准确性[59]. 同时，把细菌生物传感器封装在载体中，摄入后便可以实现生物体内的实时监测. Mimee等开发了一种配备微电子器件和基因工程细菌的微胶囊，工程大肠杆菌以微创方式检测血液中的出血标志物(血红素)并产生荧光信号，随后激活相邻的电子电路以产生无线信号[60]. 由此可见，生物工程细菌和电子设备的结合为疾病诊断提供了新型的监测模式.

2.2 疾病治疗

细菌可以直接用于治疗疾病，也可以用作药物、基因疗法的载体. 基于工程细菌的癌症疗法引起了人们越来越浓厚的兴趣[61]. 其中，脑胶质瘤由于存在血脑屏障严重限制了治疗药物随着循环血液进入肿瘤所在的大脑，而脑膜炎奈瑟菌含有Opca的外膜侵袭蛋白，可以特异性富集在中枢神经系统中[62]. 基于该想法，Dong等通过脑膜炎奈瑟菌的Opca蛋白设计了一种仿生纳米治疗系统(图7(a))，穿过血脑屏障将化疗药物渗透到肿瘤组织中. 这种仿生纳米治疗系统在治疗胶质母细胞瘤方面表现出巨大的潜力(图7(b)) [62]. 此外，兼性厌氧菌沙门氏菌VNP20009在全身注射后可以选择性定植到肿瘤中，但是I期临床试验显示VNP20009的抗肿瘤作用较弱. 因此，Chen等设计了沙门氏菌联合光热疗法来提高抗肿瘤的特异性和有效性. 其过程是，通过氧化和自聚合在VNP20009上涂覆一层聚多巴胺，然后通过尾静脉注射到荷瘤小鼠体内. 聚多巴胺包被的VNP20009靶向实体瘤的缺氧区域，在光调节下光热剂会导致局部温度升高，最终杀死周围的肿瘤细胞. 这种组合疗法在单次治疗下显示了优越的抗癌效果，并抑制肿瘤复发及转移[63]. 非侵入性大肠杆菌已成为一类相对安全的生物载体，常用于将质粒DNA递送到哺乳动物细胞中. Zhu等结合化学和基因工程方法，将表达毒素质粒pET28a-PE66转染到大肠杆菌BL21中，接着通过静电和疏水相互作用将ROS敏感的阳离子共轭聚电解质包被在细菌表面. 工程细菌联合化疗和光动力疗法，可实现更为精准和个体化的抗肿瘤效果[64].

Fig. 7  (a) Preparation of biomimetic nanotherapeutic system; (b) Schematic diagram of the nanotherapeutic system to treat glioblastoma (Reprinted with permission from Ref.[62]; Copyright (2022) Wiley-VCH GmbH).

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胃肠道定植的微生物构成了一个庞大的生态系统，肠道微生物与宿主的平衡关系一旦打破，势必会引发多种疾病[65]. 因此许多研究通过调节肠道菌群平衡来治疗胃肠道疾病. Pan等将单宁酸和铁离子组成的超分子涂层在益生菌的表面，保护益生菌免受细胞摄取和抗生素的杀伤. 涂层的益生菌可以定植在左氧氟沙星治疗的大鼠胃肠道内，减轻胃肠道炎症并改善左氧氟沙星等抗生素治疗引起的相关性腹泻[66]. 然而，复杂的胃肠道环境，如胃中的强酸、胆汁酸和肠道中不同的酶，均不利于益生菌的生存. 基于此，Liu等设计了一种双层包衣策略，采用单宁酸和肠溶L100对大肠杆菌 Nissle 1917进行封装. 包衣的益生菌对恶劣的胃肠道环境表现出强抵抗力，pH响应性的外层肠溶L100在肠道中选择性地释放大肠杆菌，从而延长细菌在肠道中的保留时间，对结肠炎具有优异的预防和治疗效果[67].

益生菌通过分泌大量代谢物和抗菌剂来创造独特的局部微环境，这些代谢物和抗菌剂亦适合细菌的生存[68]. 罗伊氏乳杆菌作为代表性的益生菌，常被用作伤口愈合及组织再生的载体[69]. Vågesjö等用编码CXCL12的质粒转染罗伊氏乳杆菌，将其作为载体开发了一种可持续释放趋化因子CXCL12的系统，用于慢性伤口的治疗[70]. CXCL12可以将糖尿病小鼠伤口的巨噬细胞重编程为抗炎表型，然后用于组织修复. 同时，罗伊氏乳杆菌产生的乳酸可以降低伤口的局部pH值，防止CXCL12的降解并延长其生物利用度. 分别在急性伤口、下肢缺血、糖尿病小鼠伤口以及人类皮肤活检标本中验证了该工程细菌加速伤口愈合的独特功效. Ming等用甲基丙烯酸改性的透明质酸水凝胶包裹罗伊氏乳杆菌，该活菌水凝胶显示出了优越的抗菌效果和加速伤口愈合的能力[71].

3 临床研究

近年来，工程化细菌用于不同实验动物模型的研究为细菌疗法的临床转化提供了可行性. 目前FDA已经批准了几株减毒的活菌或死菌疫苗，包括用于预防肺结核和癌症治疗的牛型结核分枝杆菌卡介苗、用于霍乱的霍乱弧菌Vaxchora疫苗[72,73]. 如表1所示，在全球范围内，基于工程化细菌治疗肿瘤的研究在各种临床试验中也取得了巨大的成功. 同时，天然存在的益生菌和粪便微生物群移植用于预防治疗各种胃肠道疾病的临床研究也颇见成效[74,75].

Table 1  Clinical investigation of bacteria-based therapies.

Bacteria Administration Clinical trials. Gov identifier Indication Clinical trial stage Ref.

Staphylococcus hominis Transdermal NCT03151148 Atopic dermatitis Phase 1/2 [76]

Salmonella typhimurium Oral NCT01099631 Unresectable hepatic spread Phase 1 [77]

Oral NCT01033409 Pneumonia Phase 1 [78]

Intravenous NCT00004988 Cancer Phase 1 [79]

Intratumoral NCT00004216 Unspecified adult solid tumor Phase 1 [80]

Oral NCT04589234 Metastatic pancreatic cancer Phase 2 [81]

Oral NCT03762291 Multiple myeloma Phase 1 [82]

E. coli Intramuscular NCT03168412 Hepatitis E CDA approval [83]

Oral NCT02144948 Diabetes mellitus type II Phase 3 [84]

Cholera vaccine Oral STN:125597 Cholera FDA approval [73]

Listeria Intravenous NCT03190265 Pancreatic cancer Phase 2 [85]

Lactic acid bacteria Oral NCT00613795 Pneumonia Phase 3 [86]

Lactobacillus Vaginal NCT02766023 Bacterial vaginosis Phase 2 [87]

Vaginal NCT00305227 Urinary tract infection Phase 2 [88]

Oral, rectal NCT00729872 Ulcerative colitis Phase 1/2 [89]

Oral NCT01773967 Gastroenteritis Phase 2/3 [90]

Fecal microbiota transplantation Colonoscopy NCT02743234 Clostridium difficile infection Phase 3 [91]

Colonoscopy NCT02424175 Sclerosing cholangitis Phase 1/2 [92]

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尽管大量研究证明工程化细菌在不同实验动物模型中的治疗效果显著，但是细菌在人体组织中的吸收、分布、代谢和排泄方面也存在差异. 因此，细菌疗法在动物试验中取得的数据并不能完全反映其对人体的影响. 总之，确定系统化的临床前研究标准将有助于细菌疗法从实验室阶段安全有效地转化到临床阶段.

4 总结与展望

随着研究的深入，工程化细菌已经在许多难治性疾病上显示了出色的治疗效果，如癌症、胃肠道疾病和免疫缺陷病等. 工程化细菌既可以用作治疗剂，也可作为治疗性药物的递送载体，因而具有广阔的应用前景. 然而，与传统药物不同，活细菌可以在体内增殖，且在不同患者体内增殖的规模也存在差异，这会导致递送细菌的剂量变得不可控制. 此外，细菌因体内脱靶效应所引发的毒副作用亦不可忽视. 因此，如何在提高细菌疗法的安全性的同时，增强其靶向性与治疗效果，是细菌疗法走向临床应用转化的关键.

在今后的细菌递送治疗研究中，一方面结合化学和生物学技术对细菌进行改造，或利用基因工程敲除细菌的特定基因，在疾病诊疗有效性与安全性之间取得平衡. 另一方面，需要进一步探讨细菌如何与人体相互作用，推进工程化细菌对各种疾病治疗的临床转化.