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综述：细菌幽灵：一种前景广阔的生物医学应用新工具细菌与人类健康的关系是多方面的。近年来，旨在利用细菌进行疾病防控的研究取得了重大进展。细菌幽灵（Bacterial Ghosts, BGs）是通过去除革兰氏阴性菌的遗传物质、核糖体和细胞质成分后产生的空细胞结构，仅保留外膜结构。尽管如此，它们保留了亲本细菌的表面抗原和结构完整性，使其具有高免疫原性，并能引发体液、细胞和粘膜免疫反应。此外，细菌幽灵作为一种多功能载体，能够在其耐用的囊泡框架内包裹各种物质，如药物、蛋白质、基因和酶。由于其优异的载药效率、位点特异性递送精度、固有的免疫刺激效应和低毒性特征，细菌幽灵在靶向药物递送系统开发中展现出巨大潜力。与其他药物递送系统相比，细菌幽灵因其保留的细胞包膜结构而具有显著优势。这种结构完整性本身作为一种生物增强剂，可放大免疫系统的激活，同时实现靶向运输，以分子精度将治疗剂引导至指定细胞，并将生物活性物质专一地递送至预定的细胞靶点。本文强调了细菌幽灵作为前沿疫苗平台和多用途递送载体的潜力。作为生物医学科学领域的一项突破性进展，细菌幽灵有望成为医学研究进展的重要推动力，积极重塑治疗干预和预防保健解决方案的发展。 本文系统性地综述了细菌幽灵（Bacterial Ghosts, BGs）的优点、原理及其在医学领域的应用。其独特的结构和功能使其成为一种多功能生物材料，能够增强免疫应答、诊断准确性、药物靶向性、生物利用度和安全性。 BGs的优势 作为创新的生物材料，细菌幽灵具有多重优势，包括保留天然结构和抗原性、高效的药物递送能力、优异的生物相容性和安全性、易于表面修饰和功能化、可规模化生产以及多功能性。 BGs的高载量能力 细菌幽灵宽敞的内部空间允许包裹大量药物或其他生物活性物质。其高载量有助于减少药物在体内的分布体积，从而最大限度地减少对非靶组织的影响，提高治疗安全性。这种多功能性使得设计多功能治疗方案成为可能，例如将化疗药物和免疫调节剂共同装载到同一细菌幽灵中，以实现化疗与免疫治疗的联合，从而改善治疗效果。 BGs的特异性靶向能力 作为天然细菌衍生物，细菌幽灵对专业抗原呈递细胞（Antigen-Presenting Cells, APCs），特别是树突状细胞和巨噬细胞，表现出固有的靶向能力。其表面暴露的病原体相关分子模式（Pathogen-Associated Molecular Patterns, PAMPs），特别是脂多糖（Lipopolysaccharides, LPS），与免疫细胞上的Toll样受体（Toll-like Receptors, TLRs）进行特异性分子串扰，有效触发APCs的成熟和激活，显著增强其抗原呈递能力。基因工程允许在细菌幽灵表面展示肿瘤抗原特异性单克隆抗体或高亲和力肽，从而实现通过抗体-受体或肽-受体相互作用的靶向递送。 BGs外膜的可生物降解性 由LPS、肽聚糖、蛋白质等组成的细菌幽灵外膜可被身体酶和细胞机制降解，减少长期副作用。将膜改造为对特定酶敏感可实现局部药物释放。通过自然降解途径、酶降解及其固有的生物相容性，细菌幽灵可以在体内安全分解，进一步减少长期使用可能引起的副作用。 BGs的广泛适用性 细菌幽灵不仅在药物和疫苗递送方面，而且在基因治疗和疾病诊断方面也显示出巨大潜力。其空壳结构是携带治疗基因的理想载体，可通过表面功能化的细菌幽灵递送至靶细胞。在诊断方面，细菌幽灵可被设计成超灵敏的生物传感器，用于捕获疾病生物标志物，或用作分子水平成像的纳米探针，提高诊断的特异性和分辨率。 BGs的药物释放可控性 细菌幽灵的调控释放主要取决于其独特的结构特征，以及外部因素，如pH、温度、酶活性。将pH低插入肽（pH-Low Insertion Peptides, pHLIPs）连接到细菌幽灵表面可实现酸性肿瘤微环境的特异性靶向。温度敏感聚合物与细菌幽灵结合可在体温下快速释放胰岛素，同时在室温下保持稳定性，为糖尿病治疗提供便捷给药方法。类似地，温控表达系统可产生有效的幽灵疫苗。通过工程化使细菌幽灵对pH、温度、酶、光或磁场做出反应，可实现精确、可控的释放，提高疗效并减少副作用。 BGs与靶细胞的生物相容性 细菌幽灵由无遗传物质的天然细菌结构组成，与人体细胞和组织具有良好的相容性，降低了免疫排斥风险。其完整的细胞壁和多样化的TLR激动剂表面谱使其能被APCs高效识别，引发针对细菌幽灵及其携带抗原的强大免疫反应。特别是益生菌株，如大肠杆菌Nissle 1917（Escherichia coli Nissle 1917, EcN），尤其安全有效。细菌幽灵保留了关键抗原，能够引发强大的体液、细胞和粘膜免疫反应，使其可作为有效的疫苗或疫苗载体。研究表明，基于细菌幽灵的疫苗接种比灭活细菌疫苗效果更佳，这显示了其在免疫治疗和先进疫苗开发中的潜力。 BGs的制备方法 不同于胞外囊泡（Extracellular Vesicles, EVs）作为细菌分泌的天然副产品，细菌幽灵是通过工程化裂解和内容物排出产生的空心细胞残余物。制备方法包括基因工程、化学诱导和物理技术，每种方法都有不同的机制和应用。优化条件和开发新型裂解剂可以提高细菌幽灵的效率和纯度，扩展其在药物递送、疫苗、生物传感和环境保护等领域的应用。 基因工程方法——噬菌体裂解基因表达 该方法通过在细菌内表达噬菌体裂解基因（如来自噬菌体ΦX174的裂解基因E），在细菌细胞膜上形成孔道，导致细胞成分向外排出，最终形成称为细菌幽灵的空壳状结构。该方法保持了细菌表面的天然结构和抗原性，特别适用于疫苗开发和药物递送应用。主要步骤包括：表达载体构建、细菌转化、诱导表达、裂解与收集。 化学诱导 β-丙内酯（Beta-Propiolactone, BPL）作为一种强效化学裂解剂，与细菌细胞壁内的蛋白质和核酸发生特异性相互作用，破坏细胞壁完整性，导致细胞内容物泄漏，进而形成细菌幽灵。氢氧化钠（NaOH）也可通过损害细菌细胞壁和膜的结构完整性，诱导细胞物质释放和细菌幽灵形成。该方法的步骤包括细菌悬液制备、添加BPL/NaOH、裂解与收集。 物理方法 超声波通过机械振动和空化效应破坏细菌细胞壁和膜，促进细胞内容物释放和细菌幽灵产生。该方法简单直接，适用于小规模实验室制备。高压均质机则利用强大力量破坏细菌细胞壁和膜，排出细菌细胞内容物，产生细菌幽灵，适合大规模生产过程。步骤包括细菌悬液制备、细胞裂解、细菌幽灵收集。 BGs的应用 因其特殊性质和优势，细菌幽灵是一种可广泛应用于基因治疗、药物递送、疫苗开发和疾病诊断的生物材料。 BGs在疫苗开发中的应用 细菌幽灵的出现已成为新型疫苗研发的重要焦点。与灭活疫苗相比，细菌幽灵具有机制优势。其完整外膜保留了完整的PAMPs谱，增强了抗原呈递和免疫激活。这种结构支持整合的先天信号、强大的APC成熟、CD8+T细胞交叉启动，并能产生具有强Th1免疫的高亲和力抗体。相比之下，灭活过程通常会改变蛋白质结构，损害PAMP信号传导。因此，细菌幽灵更能模拟自然感染，支持更平衡、更有效的免疫防御。细菌幽灵可作为疫苗载体引入外源抗原，也可作为佐剂提高疫苗的免疫原性和有效性。从细菌幽灵制备到疫苗配方的转化仍需大量研究努力。细菌幽灵为新型疫苗开发提供了新模型，不仅可用于预防多种传染病，还可提高疫苗效力并简化生产过程。 BGs作为药物递送载体的应用 细菌幽灵利用其中空结构和完整外膜，可作为智能药物递送平台。药物通过被动或主动方法装载。其天然大小和表面成分使其能够被动靶向免疫细胞或病灶部位，而表面修饰则可实现主动靶向。在靶点，药物可通过特定触发因素（如pH、酶）或通过缓释方式释放。该系统将生物学特性与工程设计相结合，实现精确高效的治疗。EcN是目前研究最深入的细菌幽灵递送载体之一。细菌幽灵可通过多种方式产生抗肿瘤效应，例如作为癌症疫苗，通过工程化细胞纳米囊泡编码肿瘤新抗原。此外，细菌幽灵还可利用肿瘤微环境中某些特殊营养物质的释放来吸引细菌的特性，实现靶向递送。在肿瘤学之外，细菌幽灵在其他领域也显示出益处，如用于治疗心脏病。细菌幽灵具有优异的化学物质、蛋白质和核酸承载能力，在药物递送领域日益重要，具有广泛的医疗应用价值和重要的科学研究价值。 BGs在疾病诊断中的作用 细菌幽灵在疾病诊断方面具有巨大潜力，特别是通过优化成像技术。研究人员已成功开发出将磁性纳米颗粒与细菌幽灵集成的智能肿瘤靶向微型机器人系统，显著增强了肿瘤组织的对比度，有助于早期诊断。此外，通过工程化改造细菌幽灵的表面性质，可掺入特定的成像剂，实现特定组织或细胞的精确可视化。该方法对于早期疾病诊断和治疗监测具有重要价值。同时，细菌幽灵在作为抗原检测载体和生物传感器开发方面也具有巨大应用前景。 BGs在基因治疗中的作用 细菌幽灵可容纳大量DNA、RNA或其他生物活性分子。这种高载量能力使其能够携带大量且复杂的基因序列，满足基因治疗的不同需求。例如，通过转染两种质粒，可修饰大肠杆菌以同时表达裂解回路和CD47NB，从而刺激抗肿瘤免疫并促进肿瘤消退。此外，通过将一些转染促进剂添加到细菌幽灵表面，可改善细胞内吸收和基因表达。当与脂质体结合时，细菌幽灵可有效地将治疗性基因转移到靶细胞中。细菌幽灵在基因治疗中的应用是一个新颖且令人兴奋的领域，为多种疾病的治疗提供了创新方法。 挑战与未来展望 细菌幽灵代表了一个范式转换平台，具有重新定义生物医学应用的潜力。然而，要实现临床转化和广泛应用，仍需应对诸多挑战，包括：可重复性和标准化问题，物种和菌株限制，与残留促炎成分相关的安全问题，潜在的基因水平转移风险，免疫原性对递送应用的双刃剑效应，以及相关的生物伦理和生物安全考量。未来工作将侧重于通过先进的材料工程完善细菌幽灵的性能，并系统评估其在多种疾病中的治疗潜力。最终目标是将其设计成精确引导、生物相容的递送平台，以推进临床转化，并利用时空控制策略解决未满足的医疗挑战。 |
