上海交大刘尽尧团队：手性涂层介导的细菌与界面相互作用

凭借在体内不同微环境（特别是在肠道和肿瘤）中的固有定植能力，细菌作为活体试剂被广泛用于微生物治疗。上海交通大学刘尽尧研究员团队报道了手性表面修饰的细菌与粘蛋白、肿瘤细胞和致病菌之间的手性选择性依赖相互作用，通过改变细菌表面聚合物涂层的手性，实现了其对肠道粘蛋白和多种肿瘤细胞的粘附以及对致病菌的高效抑制，揭示了细菌与不同生物界面的表面手性依赖相互作用，为发展高效活体细菌药物提供了新的思路。

微生物广泛存在于人的口腔、鼻腔、胃肠道、皮肤等组织器官中，对维持人体健康起着至关重要的作用。随着肠道微生物组研究的逐步深入，人们认识到肠道微生物组失衡会对宿主的代谢和免疫稳态产生负面影响。例如，肠道微生物群的破坏可能导致多种疾病的发生，如炎症性肠病、肥胖、糖尿病和癌症。另一方面，近年来的研究发现，各种类型的实体肿瘤都有丰富的细菌定植，肿瘤的发生、发展甚至其治疗效果都与肿瘤微生物群密切相关。例如，据报道，特定细菌在肿瘤部位的定植能够延缓肿瘤生长，并与常规治疗方式发挥协同抗肿瘤作用，因为这些细菌本身及其代谢物可以激活人体免疫系统产生保护性免疫。因此，积极调节相应菌群的平衡对疾病治疗具有重要意义。

鉴于细菌在不同生物界面的固有定植能力，特别是在肠道和肿瘤中，它们被广泛用于菌群调控。根据细菌的种类和生物学功能，细菌既可以作为药物递送载体，也可以用作活体生物药物，以抑制致病菌并恢复健康的微生物组成。为了达到令人满意的治疗效果，细菌在特定部位的有效定植是治疗效果的关键，而这在很大程度上依赖于细菌与环境生物界面的相互作用。迄今为止，基于外源性功能基元的表面修饰已被广泛应用于调节细菌与周围环境的相互作用。除此之外，近年来许多研究表明，手性纳米材料在细胞粘附、增殖、分化、细胞吞噬、基因编辑，甚至疾病诊断和治疗方面都体现出了明显的手性选择性。因此，他们推测给细菌修饰上具有手性表面结构的涂层可能为通过调整细菌-宿主界面相互作用以实现细菌的最佳定植和增强治疗效果提供一种极具吸引力的新策略。

近日，上海交通大学刘尽尧研究员团队报道了利用合成聚合物通过界面自组装在细菌表面构建手性涂层(图1)。通过不同手性氨基酸接枝的聚乙烯亚胺(PEI)合成了一系列具有不同手性的PEI衍生物，该手性聚合物能够通过静电相互作用在细菌表面自组装，从而形成稳定的手性涂层。有趣的是，被手性PEI衍生物包被的细菌与粘蛋白、肿瘤细胞和致病菌之间有着表面手性依赖的选择性相互作用。他们发现，与L-和DL-PEI聚合物涂层包裹的细菌相比，D-手性PEI衍生物包裹的细菌不仅对肠粘蛋白的粘附能力大幅度增加，而且对不同类型的肿瘤细胞(包括4T1、Caco2、B16-OVA和CT26细胞系)也具有显著增强的粘附能力。此外，手性涂层包被的益生菌可通过调节其涂层手性，选择性地抵抗金黄色葡萄球菌(SA)和铜绿假单胞菌(PA14)等致病菌，具有改善定植和正向调节肠道和肿瘤菌群的潜力。这项工作揭示了细菌与不同生物界面的表面手性依赖相互作用，为发展高效活体细菌药物提供了新的思路。

图1. 自组装手性聚合物包被细菌的制备示意图及其介导的细菌与粘蛋白、肿瘤细胞和致病菌之间的手性选择性相互作用

论文第一作者为上海交通大学分子医学研究院博士后蒋和金，通讯作者为上海交通大学刘尽尧研究员，共同通讯作者为曹浈萍副研究员和罗会龙博士后。详见：Hejin Jiang, Rui Liu, Ying Liu, Huilong Luo*, Zhenping Cao*, Jinyao Liu*. Chiral Coating-Mediated Interactions of Bacteria with Diverse Biointerfaces. Sci. China Chem., 2023, doi.org/10.1007/s11426-023-1880-8。该文将收录于2023 Emerging Investigator Issue。

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