近日，山东大学脑与类脑科学研究院、济南微生态生物医学省实验室李新钢教授和张迪研究员团队在国际顶级期刊《Journal of Nanobiotechnology》（IF=12.6，中科院一区）在线发表题为《交变磁场响应型工程化益生菌通过肠-脑轴调节用于焦虑症治疗》的研究成果。该工作构建了一种可在交变磁场（AMF）控制下释放γ-氨基丁酸（GABA）的工程化益生菌，首次实现通过肠道对大脑的“无创、远程、可逆”调控，为焦虑障碍提供了全新治疗方案。

焦虑障碍每年影响超过3亿人，严重的焦虑障碍可导致自杀，对个人和社会造成严重后果。因此，迫切需要治疗手段来解决焦虑障碍。作为神经系统中的关键组成部分，迷走神经的传入神经占迷走神经的80%，可将信号从各个内脏器官传递到大脑，使其成为焦虑症治疗干预的潜在靶点。

越来越多的证据表明，神经及精神类疾病的发生与肠道微生物失调密切相关。肠道与大脑之间通过神经、内分泌、免疫等多种途径进行双向交流和调节的复杂网络，即肠-脑轴，与焦虑症的发生发展密切相关。胃肠道迷走神经传入神经是肠道和大脑之间主要和直接的神经连接，长期以来一直被认为是肠脑轴的核心。胃肠道迷走神经传入神经已被证明可通过孤束核参与调节多种高级脑功能，包括情绪和焦虑。γ-氨基丁酸 （GABA） 是一种常见的抑制性神经递质，对中枢神经系统有重要的调节作用，能减轻紧张、焦虑情绪，并有助于改善睡眠质量，可由肠道微生物产生。此外，位于胃肠道粘膜下层的胃肠道迷走神经传入神经末梢表达大量的GABA受体，因此，通过肠道细菌介导的胃肠道迷走神经传入神经抑制可调节焦虑样行为。

目前，工程化益生菌菌因其能够实现体内高效靶向递送、生物活性因子的持续稳定产生以及设计灵活性的优势，已被广泛用于靶向药物递送，包括癌症、肠道炎症和代谢性疾病等。纳米材料对工程细菌的修饰促进了多功能菌株的发展，实现了精确的时空控制，提高了生物利用度。因此，纳米材料修饰工程菌的多功能性在胃肠神经支配迷走神经传入的神经调控方面具有巨大潜力。

在本研究中，团队构建设计了一种纳米材料辅助的工程化益生菌系统，该系统在交变磁场（AMF）刺激下控制释放GABA，基于对胃肠道迷走神经传入神经的调节以实现抗焦虑作用。该系统由三个模块构成：含有温敏质粒pBV220-pRpL-GadABC的大肠杆菌Nissle 1917（EcN），可通过温度调节释放GABA；磁性Fe3O4纳米颗粒，可将磁信号转化为热信号，从而在交变磁场刺激下诱导GABA的可控产生和释放；以及聚去甲肾上腺素（poly-NE）层，可保护EcN免受环境攻击并增强其粘膜粘附。该工程化益生菌作为一种双功能活体生物治疗剂，可同时调节焦虑神经网络并维持肠道微生物群稳态。该纳米材料辅助的工程细菌系统为肠脑轴调节提供了一种有效且可控的方法，并为情绪障碍提供了一个潜在的治疗策略。

本研究构建了一种基于交变磁场响应的工程益生菌系统，实现了从肠道远程、非侵入性地调控中枢神经系统功能，为焦虑等精神疾病的治疗开辟了新途径。这种基于肠道原位实现大脑调控的策略，不仅为精神疾病的细菌疗法提供了思路，也为开发更多肠道-脑交互相关疾病的治疗方法提供了重要参考。

该研究由济南微生态生物医学省实验室与山东大学齐鲁医院合作完成。济南微生态生物医学省实验室助理研究员王雪珺为第一作者，李新钢教授、张迪研究员为通讯作者。该研究工作得到了泰山学者专项基金（tsqn202211283）、山东省自然科学基金（ZR2023QH322、ZR2019ZD33）、济南微生态生物医学省实验室研究项目（JNL-202203Q）、国家自然科学基金（82071512）和山东省实验室项目（SYS202202）的支持。

全文链接：https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12211363/