Advanced Drug Delivery Reviews | 将细菌表面显示技术重新用于药物输送

细菌因其固有的适应性、遗传易处理性以及与人类微生物组和免疫系统接口的能力而成为治疗递送的多功能平台。本综述探讨了医学应用中细菌工程的演变，强调了细菌表面显示技术实现的药物递送策略。我们概述了表面展示的优势，例如与传统的细菌分泌和基于裂解的递送方法相比，增强定位、延长治疗活性和降低全身毒性。该综述详细介绍了革兰氏阴性和革兰氏阳性菌表面显示的关键生物学机制，包括外膜蛋白、分选酶介导的锚定和基于孢子的系统。我们还重点介绍了表面显示的细胞因子、纳米抗体和免疫调节蛋白在癌症治疗、疫苗开发、微生物组工程和动物健康方面的新兴应用。将细菌展示与偶联系统和生物传感器相结合的创新方法扩大了这些活体疗法在精确、反应灵敏和可编程干预方面的潜力。此外，我们提出了一个未来路线图，利用 AlphaFold 等计算工具和计算机筛选来合理识别最佳外膜锚，从而加速下一代表面显示平台的设计。尽管挑战仍然存在，包括监管障碍和微生物稳定性，但合成生物学的持续跨学科创新有望将工程细菌转化为临床上可行的治疗剂。 这篇综述将细菌表面展示定位为一种强大且未被充分探索的靶向药物递送方式，连接合成生物学、免疫工程和转化医学。

上。

微生物工程技术正越来越多地应用于不同的技术领域。然而，本综述重点介绍了工程微生物在药物传递中的当前及发展中的应用。基因工程活细菌正在成为治疗代谢紊乱、癌症、传染病和胃肠疾病的一种日益流行的治疗方式。所使用的卡通图是通过 BioRender 生成的。

通过SEC和TAT转运系统从细胞质转运到胞周隙。SEC转运大致可分为两条途径：SecA依赖途径和SRP依赖途径。SecA依赖途径最常见的是翻译后作用，而SRP依赖途径通常在翻译同时进行，但两者都有例外情况 [87–89]。相比之下，TAT系统则转运已经完全折叠的蛋白，这些蛋白在转运前需要在细胞质中装配或结合辅因子。OM：外膜；PP：胞周；IM：内膜

上面板（A）中展示的分泌系统通过两步转运途径转运底物，该途径依赖Tat或Sec途径将底物跨过内膜（IM），并依赖专用途径将底物跨过外膜（OM）运输。（B）下面板则通过一步方式将蛋白质从细菌胞质输送到细胞表面，无论是用于将蛋白质送到环境中，还是送入目标细胞[93,111]。具体来说，I型分泌系统（T1SS）利用ATP结合盒转运蛋白直接分泌到胞外空间。T2SS将蛋白质从周质运输到胞外空间，而T3SS则利用类似结构直接注入宿主细胞。T4SS可以将DNA运输到宿主细胞，这对致病性和水平基因转移非常重要[85–87,89,92,96,97,99,103,107,108,112–122]。这些示意图使用BioRender生成。

革兰氏阴性菌表面展示系统。Lpp-OmpA [143,151,152] 是最常用于大肠杆菌的展示系统之一，用于展示 scFv 抗体片段、细胞因子和酶，以创建活体生物治疗剂。冰核蛋白（INP）通常用于展示酶类，如有机磷酸酯水解酶和漆酶，用于生物传感器。YiaT [153] 和 OmpF [154] 通常用于展示抗原和其他细胞因子，用于免疫治疗。插图使用 BioRender 生成。

通过细菌外膜蛋白展示的抗诱饵IL18 (mDR-18) 可诱导强效抗肿瘤反应。示意图展示了在无致病E. coli中表面展示小鼠和人类细胞因子的策略，作为免疫治疗的有前景平台，其中E. coli展示抗诱饵IL18突变体（DR18）在体外以及在免疫功能健全的MC38和B16F10模型中最为有效，并在携带间皮瘤肿瘤细胞的NSG小鼠中联合CAR NK细胞治疗。图表改编自Yang等人，《自然生物技术》，2024 [171]。

在特定供体和受体细胞之间精确设计质粒接合。含有接合质粒的供体细胞依赖接合系统T4SSs与受体菌株维持接合。T4SS建立细胞间接触并介导DNA转移。将供体细胞工程化以在其表面展示抗原或纳米抗体（Nbs）可以增强与受体细胞的结合，从而促进接合效率的提高。图片改编自参考文献[193]

总结

细菌表面展示技术近年来在药物递送领域展现出巨大潜力。这篇综述系统梳理了该技术从传统分泌、裂解递送向表面展示递送的演进历程。传统细菌疗法依赖分泌或裂解方式释放治疗蛋白，但存在药物易扩散、半衰期短、局部浓度不足等局限。相较之下，细菌表面展示技术将治疗蛋白直接锚定于细菌外膜或细胞壁，实现稳定的局部递送，显著延长药物作用时间并降低系统毒性。

文章详细解析了革兰氏阴性菌（如外膜蛋白、自转运系统）与革兰氏阳性菌（如分选酶介导的LPXTG锚定、芽孢表面展示）的分子机制。值得一提的是，枯草芽孢杆菌芽孢因耐酸耐热、可口服，成为疫苗和酶制剂的理想递送载体。在应用层面，表面展示的细胞因子、纳米抗体等已在肿瘤免疫、黏膜疫苗、 microbiome 调控等前沿领域取得突破。将纳米抗体与细菌接合系统联用，还能实现特定菌群间的精准质粒转移，为原位编辑肠道菌群提供了新工具。未来，结合AlphaFold等AI工具理性设计外膜蛋白，有望进一步突破递送效率瓶颈，推动活菌疗法走向临床。

参考文献：

DOI: 10.1016/j.addr.2025.115701