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Nature重磅!叶海峰团队研发智能益生菌可以感知高血糖,并根据需要释放GLP-1

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大家这两年肯定都被 GLP-1 药物(如司美格鲁肽)刷过屏。这类药物虽然效果显著,但在临床与科研视角下仍存在不少局限。其本质是通过高浓度的药物注射来维持长效血药浓度,不仅容易引发恶心、呕吐等胃肠道副作用,长期使用还可能导致肌肉量流失。此外,若剂量把控不当或联合其他降糖药使用,患者随时面临低血糖的风险。

为了解决这一难题,2026 年 8 月 12 日,华东师范大学生命科学学院、上海尚思自然科学研究院叶海峰教授团队在 Nature 上发表了一项极具启发性的研究:Glucose-responsive probiotics for glycaemic modulation in mice and monkeys。他们开发了一款名为 GIFT的智能活体药物系统,实现了动态血糖管理。


该系统的核心逻辑在于将感知与治疗功能整合于一体。平时在肠道内待命,血糖正常时不工作。一旦进食引发血糖飙升,它便能精准感应并原位合成 GLP-1 帮身体降糖。当血糖恢复到正常范围后,它又会自动关停表达。

基于 HexR 的智能感应回路

在分子回路的设计上,研究团队选用安全性良好的益生菌株大肠杆菌 Nissle 1917(EcN)作为底盘细胞,并构建了基于 HexR 蛋白的葡萄糖响应开关。当肠道内缺乏葡萄糖时,HexR 阻遏蛋白会紧密结合在特异性启动子上,从而切断后方的基因通路,使 GLP-1 保持静默状态。

而当宿主进食导致葡萄糖进入细菌内部后,细胞内的代谢过程会将葡萄糖转化为 KDPG 分子。KDPG 与 HexR 结合后会诱导其发生构象改变并从启动子上脱落,从而解除阻遏,启动 GLP-1 的大量合成与分泌。随着血糖逐渐降低,KDPG 浓度随之下降,HexR 便会重新结合到启动子上关闭表达,形成一套严密的闭环负反馈回路。


物理包衣工程与肠道防护

除了基因回路的设计,活体生物药(LBP)在消化道中的递送也是关键难点。为了防止益生菌在胃酸环境下灭活或过快被肠道蠕动排出,研究团队采用 FDA 批准的单宁酸与泊洛沙姆 188 为细菌挂上一层防护包衣。实验表明,这一物理工程化改造将益生菌在肠道内的有效定植与活性窗口从 8 小时大幅延长至 36 小时。

动物模型验证

在动物模型的效能验证中,GIFT 展现出了非常扎实的数据。对于摄入高糖饮食的糖尿病小鼠,口服 GIFT 能够显著平抑餐后血糖高峰。在自发性 2 型糖尿病的非人灵长类(猴)模型中,单次口服给药即可维持约 3 天的动态血糖调控。


在与司美格鲁肽的头对头对比实验中,连续给药 2 个月后,司美格鲁肽组小鼠出现了明显的瘦体重(肌肉量)下降,而 GIFT 组不仅维持了肌肉质量,甚至出现了轻微增长;同时,在联合胰岛素使用时,GIFT 组未发生低血糖事件。长期给药还进一步改善了小鼠的体脂率、甘油三酯及总胆固醇等代谢指标,并展现出肝肾保护作用。

这种“感知-响应”型的活体诊疗器件代表了智能递药系统的重要发展方向。它将原本依赖患者人工调控的给药过程,转为了由肠道内工程化菌株自主完成的动态平衡。

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10909-6

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