综述：用于肠道微生物群调节剂的蛋白质基微纳运输载体：递送策略的进展与肠道健康益处

本综述系统阐述了蛋白质基微纳载体（如明胶、酪蛋白、乳清蛋白等）在递送天然GM（Gut Microbiota）调节剂（益生菌、生物活性植物化学物、肽类）中的创新策略，重点分析了其通过改善稳定性、生物利用度和靶向递送性能，在缓解肠道菌群失调（Dysbiosis）、增强肠道屏障完整性（如ZO-1、MUC-2表达）、调节免疫反应（如NF-κB、TLR4通路）及促进有益微生物生长（如Bifidobacterium、Lactobacillus）等方面的机制与健康效益，为下一代微生物群靶向疗法的开发提供了理论与实践基础。

　　

1 Introduction

人类肠道微生物群（Gut Microbiota, GM）由细菌、古菌、噬菌体、病毒和真菌组成，在消化、营养吸收、代谢、免疫调节和神经信号传导中扮演关键角色。其中厚壁菌门（Firmicutes）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、放线菌门（Actinobacteria）和变形菌门（Proteobacteria）占总GM的90%以上。GM通过免疫细胞互作和产生短链脂肪酸（SCFAs）等代谢物，维持能量平衡、肠道屏障功能及抗炎抗癌效应。GM生态系统破坏即肠道菌群失调（Dysbiosis），与腹泻、炎症性肠病（IBD）、肥胖、2型糖尿病和结直肠癌等相关。

天然GM调节剂包括益生菌、生物活性植物化学物、膳食纤维和肽类，可通过抗氧化、抗炎活性、抑制病原菌和调节免疫稳态来恢复微生物平衡。然而，这些调节剂在严酷胃肠道环境中的稳定性、生物利用度及结肠靶向释放能力不足，限制了其有效性。蛋白质基微纳运输载体凭借生物相容性、可降解性、黏膜黏附性和刺激响应性，成为克服递送屏障、提升治疗性能的创新平台。

2 Mechanism of natural GM modulators in promoting gut health

2.1 Role of bioactive compounds

生物活性物质通过改变微生物组成、调节代谢物生产和调控免疫系统促进肠道健康。类黄酮（如槲皮素、姜黄素、白藜芦醇）和蛋白肽经蛋白质纳米载体递送后，可促进有益菌（如Bifidobacteria、Lactobacilli、Faecalibacterium、Akkermansia）生长，抑制有害菌（如Enterococcus faecalis、Escherichia-Shigella）。它们通过影响细菌酶、破坏细胞壁和膜及改变细菌通讯来抑制病原菌，例如儿茶素可抑制细菌DNA旋转酶和二氢叶酸还原酶。此外，这些化合物可作为微生物代谢的底物产生SCFAs，降低结肠pH，辅助有益菌生长。它们还通过调节NF-κB和MAPK信号通路下调促炎细胞因子产生，减少肠道炎症并保护肠道屏障紧密连接完整性。

2.2 Role of probiotics

益生菌通过增强微生物多样性、促进有益菌和抑制病原菌种类来调节GM。益生菌处理增加Bifidobacterium、Lactobacillus、Bacillus和Eubacterium丰度，减少Enterococcus、Fusobacterium和Pseudomonas。该调节增强预生物发酵过程，增加SCFAs生产，从而改善肠道稳态和屏障完整性。益生菌通过产生抗菌物质（如细菌素、有机酸）对抗病原微生物，例如Bacillus物种产生芬芥素（fengycins）抑制Staphylococcus aureus。在屏障和免疫方面，益生菌刺激黏蛋白分泌，上调紧密连接蛋白（如ZO-1、occludin），加强上皮凝聚力，减少迁移和通透性。免疫调节效应包括抗原呈递细胞激活、调节性T细胞扩增、Th1/Th2反应平衡及抗炎介质（如IL-10和TGF-β）生产增加，最终减轻黏膜炎症和改善宿主-微生物组稳态。

3 Gelatin-based transporters

3.1 Chemical and functional properties of gelatin

明胶是一种通过酸、碱或酶处理胶原部分水解得到的多肽聚合物，含18种氨基酸包括甘氨酸、脯氨酸和羟脯氨酸。作为两性聚电解质和两亲大分子，明胶可与带相反电荷生物聚合物相互作用并在脂-水界面吸附。酸水解明胶（A型）等电点（PI）为pH 7.0–9.5，碱水解明胶（B型）PI为pH 4.7–5.2。明胶具生物相容性、可降解性、成膜和成胶能力，但电解质状态、高疏水性、pH变化和热处理影响其黏度和胶凝能力。与其它生物聚合物交联可改善其物理化学稳定性。

3.2 Delivery performance and gut health improvements of gelatin-based transporters

明胶作为生物活性化合物和益生菌控释载体被广泛探索。例如，明胶与羧甲基纤维素复合提高了玉米黄质的热稳定性，实现持续胃释放和最大肠道递送。更先进的设计如“Janus”结构纳米粘土微凝胶采用微流控技术靶向肠道黏膜定植Pediococcus pentosaceus Li05，其中聚多巴胺纳米颗粒（PDA）增强黏膜黏附延长结肠滞留时间。活性氧（ROS）敏感多巴胺涂层明胶纳米颗粒（Gel/DA-NPs）有效递送槲皮素，在DSS诱导小鼠中改善上皮形态、减少凋亡、促进增殖、调节炎症细胞因子和诱导M2巨噬细胞极化，缓解溃疡性结肠炎（UC）。超分子脂质体-微凝胶复合物（SLMC）与Bacillus subtilis孢子（BSSs）和地塞米松（DEX）结合，恢复肠道稳态，增加Firmicutes和Lactobacillus，减少毒性Proteobacteria，促进色氨酸代谢物释放，并通过阻断TLR4-NF-κB通路加速疾病恢复。

4 Casein-based transporters

4.1 Chemical and functional properties of casein

酪蛋白是哺乳动物乳中相关磷蛋白家族，具两亲性可形成胶束作为天然乳化剂。其包括αS1-酪蛋白、αS2-酪蛋白、β-酪蛋白和κ-酪蛋白，PI约pH 4.6，在胃中形成凝胶缓慢释放氨基酸。尽管在pH波动、矿物质失衡、高温或酶作用下易降解，酪蛋白仍广泛用于食品、制药和医疗保健。

4.2 Delivery performance and gut health improvements of casein-based transporters

乳铁蛋白与β-酪蛋白复合（2:1比率）增强胃条件下蛋白稳定性，改善肠道运输和生物活性。pH驱动自组装制备姜黄素/蛋清肽聚集体（Cur/EWP）和姜黄素/蛋清肽/酪蛋白/季铵壳聚糖复合物（Cur/EWP/CA/QC）治疗DSS诱导UC，两者展示出色胶体稳定性和生物相容性，形成均匀球形颗粒（156–300 nm）。Cur/EWP/CA/QC显示延长GI滞留和更强黏膜黏附，实现持续释放和增强系统吸收。体内实验证明其协同疗效：减少结肠缩短、疾病活动指数和组织学损伤，抑制促炎细胞因子（TNF-α、IL-1β、IL-6），增加IL-10，增强肠道通透性，刺激免疫反应，上调紧密连接蛋白（ZO-1、MUC-2），富集有益菌（Akkermansiaceae、Lactobacillaceae）和增加SCFA生产。酪蛋白磷酸肽（CPPs）与壳寡糖系统通过Amadori型和TGase催化反应增强Caco-2细胞钙吸收，调节GM组成和增加丁酸盐等微生物代谢物。Saccharomyces boulardii（SB）用单宁酸/Mg²⁺复合物和CPP涂层后改善GI稳定性和抗氧化活性，在DSS结肠炎模型中减少上皮损伤和炎症，富集有益 taxa（Muribaculaceae、Lactobacillus、Bifidobacterium），抑制病原属（Alistipes、Escherichia-Shigella），增强紧密连接蛋白表达。酪蛋白基系统也改善生物利用度差的多酚稳定性与递送，如EGCG封装到酪蛋白/磺丁基醚-β-环糊精纳米颗粒（TCNPs）实现高封装效率（95%）、强抗氧化活性和模拟GI条件下持续释放。

5 Whey protein-based transporters

5.1 Chemical and functional properties of whey protein

乳清蛋白（WP）是奶酪生产副产品，含β-乳球蛋白（40%–50%）、α-乳白蛋白（12%–15%）、免疫球蛋白（8%）和牛血清白蛋白（5%）。β-乳球蛋白（18 kDa）属脂钙蛋白家族可结合小疏水分子，α-乳白蛋白（14 kDa）作为疏水脂质、维生素和代谢物载体。WP具良好生物相容性、乳化、成胶和封装特性，作为抗氧化剂、免疫调节剂、病原菌抑制剂和GM阳性调节剂。但其在PI附近或高温下溶解性差、功能特性弱，对热处理、pH变化、盐和消化酶敏感。与生物聚合物静电相互作用、糖基化、美拉德反应和湿热处理可改善WP物理化学稳定性和功能性。市售WP形式包括乳清蛋白浓缩物（WPC, 70%–80%蛋白）、乳清蛋白分离物（WPI, 90%蛋白）和乳清蛋白水解物（WPH, >90%蛋白）。

5.2 Delivery performance and gut health improvements of whey protein-based transporters

WP及其衍生物是结肠特异性递送生物活性物的有前途载体，并与封装化合物协同增强肠道健康。例如，钴胺素（维生素B₁₂）与β-乳球蛋白或α-乳白蛋白复合提高稳定性10%–30%，模拟胃消化中稳定性增加19.7%（腺苷钴胺素）和2.2%（氰钴胺素），结肠消化研究显示增强生物利用度和有利GM调节（增加Bacteroidetes和Firmicutes，减少Proteobacteria）。WP/低聚果糖微胶囊递送黑豆皮花青素，展示更强抗氧化活性、GI稳定性和发酵潜力，促进Faecalibacterium和Akkermansia生长，刺激SCFA生产（乙酸和丙酸）。WPI/半乳寡糖（GOS）结合物修复免疫抑制小鼠肠道屏障功能和免疫器官完整性，调节GM组成，富集Lactobacillus，激活NFκB介导免疫反应。WPI/银耳多糖稳定乳液递送厚朴酚（magnolol），增强稳定性、结肠递送和生物黏附，减少DSS诱导结肠炎症状，保存上皮结构，调节GM组成偏向Lactobacillaceae和Firmicutes。海藻酸钠（ALG）/WPI和ALG/果胶/WPI珠系统保护递送益生菌Lactobacillus plantarum（LP），具高封装效率（>99%），在模拟胃消化中保护LP，肠相释放LP。WPI原纤维和多层多糖微胶囊封装Lactiplantibacillus plantarum（LBP）改善存活率（冻干后90.16%）、GI稳定性和结肠细胞黏附（比未涂层原纤维高8.5倍）。电喷雾微胶囊由WPC与多糖（如HPMC、葡聚糖、海藻糖、β-环糊精）制备，在环境压力下提供进一步保护，与EGCG作为预生物共递送增强益生菌存活和抗氧化活性，WPC/β-环糊精微胶囊提供最大稳定性。

6 Soy protein-based transporters

6.1 Chemical and functional properties of soy protein

大豆蛋白是流行植物蛋白，含所有人体发育必需氨基酸，包括大豆蛋白浓缩物（SPC）和分离物（SPI），由两种关键球蛋白组成：大豆球蛋白（11S）和β-伴大豆球蛋白（7S），占总蛋白>70%。11S（约30%大豆蛋白）具紧凑结构，加热形成纳米凝胶，自组装成纳米颗粒，与维生素B₁₂形成稳定复合物增加生物利用度。7S（三聚体，~180 kDa）含疏水区域有效封装疏水生物活性物，形成稳定纳米颗粒包载维生素D₃和姜黄素，增强水溶性、热、光和氧化稳定性及生物利用度。大豆蛋白具强乳化、成胶和成膜能力，适合制造微纳载体，其两亲性允许封装和递送多种生物活性化合物，热诱导变性、交联和pH响应结构变化促进控释运输器应用，与活性化学品或多糖伴侣的静电和氢键相互作用帮助构建稳健运输器。

6.2 Delivery performance and gut health improvements of soy protein-based transporters

SPI有效增强多酚胃肠道递送并有利调节GM。SPI美拉德型糖基化改善茶多酚再分散性、应力稳定性、DPPH清除和生物可及性；所得纳米颗粒增加Bacteroides，降低Firmicutes/Bacteroides比率，指示潜在肠道益处。大豆脂蛋白纳米颗粒（SLP）负载姜黄素（封装效率77.13%）改善姜黄素生物可及性（肠相76.14%），体内增加Bifidobacterium，降低Firmicutes/Bacteroidetes比率，支持Cur-SLP用于肠道健康和IBD管理候选。高黏附双层微胶囊用于结肠递送LBP KLDS1.0386（LP）和缓解DSS诱导IBD，单个LP细胞用单宁酸-Fe³⁺（TA-Fe）纳米涂层修饰，然后与大豆分离蛋白/黄原胶复合层（SX）通过氢键结合。SX层保护LP免受胃损伤，TA-Fe层促进结肠定植。在DSS结肠炎中，LP@TA-Fe/SX保存上皮结构和隐窝形态，下调促炎细胞因子（IL-1β、IL-6、IL-8、TNF-α、IFN-γ），增加IL-10，恢复屏障标志物（ZO-1、occludin-1、MUC2）。在属水平，Escherichia–Shigella被抑制，而产SCFA抗炎Lachnospiraceae_NK4A136_group增加。大豆蛋白也工程化成混合递送系统，如大豆7S蛋白（7S）与膳食磷酸钙（CaP）开发7S/CaP益生菌片共递送Lactobacillus rhamnosus，该制剂保护益生菌免受胃应激，实现控释肠道释放，改善结肠递送，恢复黏液分泌，加强紧密连接（occludin、ZO-1），富集有益细菌（属Lacticaseibacillus、种L. rhamnosus），从而缓解DSS小鼠结肠炎。果胶-大豆蛋白水凝胶封装Lactobacillus delbrueckii改善抗生素诱导腹泻、体重减轻和抑郁样行为，效应与结肠Lactobacillus和Bifidobacterium定植增加相关。豆壳多糖/SPI（SHP/SPI）基高内相乳液（HIPEs）作为有前途益生菌载体，在1.8% SHP时显示减小液滴尺寸、改善结构稳定性和高封装效率（99.3%），达成递送效率71.1%。体外和体内研究确认改善益生菌存活和定植，具显著巴氏灭菌后存活力，强调其在功能食品中结肠靶向益生菌递送潜力。

7 Zein-based transporters

7.1 Chemical and functional properties of zein

玉米醇溶蛋白（Zein）来自玉米内核胚乳，属醇溶蛋白类，因独特分子结构和氨基酸组成（含亮氨酸20%、脯氨酸10%、丙氨酸12%和谷氨酰胺~20%）具两亲性，不溶于水但溶于 aqueous ethanol（>70%）。Zein醇溶蛋白按溶解性和结构分α-、β-、γ-和δ-zein醇溶蛋白，其中α-zein（分子量19–22 kDa）占总组成75%–85%。Zein特性受蛋白浓度、pH、温度和离子强度影响，水解和糖基化改善其水溶性。具无定形结构，玻璃化转变温度165°C，热稳定性高达280°C，出色成膜、乳化、稳定和自组装特性。PI约pH 6.8，在pH < 6.0带正电荷，pH > 7.0带负电荷，促进混合物中静电相互作用，与壳聚糖、海藻酸钠、黄原胶和果胶等多种多糖形成复合物保护口服递送敏感分子。作为动物蛋白替代品，Zein基运输器因无毒、生物相容性、可生物降解性和贡献靶向释放特性近期受到食品和营养剂行业关注。

7.2 Delivery performance and gut health improvements of zein-based transporters

Zein通过去溶剂化和静电纺丝等方法易形成纳米颗粒，成为结肠靶向递送有前途辅料。例如，槲皮素负载Zein纳米球（NS）和纳米胶囊（NC）展示类似物理化学特性，但NS显示更优肠道相互作用和大鼠槲皮素生物利用度显著增强（57% vs NC 26%，比对照高>10倍）。Zein-琥珀酸改性环糊精纳米纤维改善姜黄素稳定性，实现靶向结肠释放，上GI道释放最小（5.9%–15.7%）。涂层Zein纳米颗粒与Mesona chinensis多糖进一步增强姜黄素生物利用度和生物活性，包括ROS介导肿瘤细胞凋亡。其他体外研究显示类似功效用于Zein/GA纳米载体递送沙棘黄酮醇和Zein/亚麻籽胶寡糖递送芹菜素，值得进一步体内验证。Zein-多糖运输器也开发用于益生菌递送，Zein/可溶性大豆多糖纳米颗粒（ZPS）提高Bacillus subtilis在模拟消化、巴氏灭菌和存储中存活力>3倍。ZPS涂层益生菌减少潜在有害细菌种群（Escherichia-shigella），同时改善微生物多样性、GM组成和有益细菌丰度（Muribaculaceae、Romboutsia、Bifidobacterium、Lactobacillus）。Muribaculaceae（Bacteroidetes目下细菌科）通过产生SCFAs和调节肠道屏障功能及免疫反应对维持宿主健康起积极作用。Bifidobacterium和Lactobacillus作为GM组分，通过拮抗有害细菌和缓解IBD起有利作用。Romboutsia lituseburensis补充与通过GM调节改善内皮功能相关。Zein基系统在小鼠模型中展示疾病修飾潜力，Zein/Mesona chinensis多糖无定形纳米颗粒（CR-NPs）通过反溶剂沉淀和水蒸发基交联合成，共同递送白藜芦醇和姜黄素用于DSS诱导UC靶向治疗。CR-NPs显著减少DSS诱导体重减轻、便血、结肠缩短、黏膜损伤、隐窝结构紊乱和肠道炎症。在属水平，增加Ruminococcus、Oscillospira和Coprococcus丰度（有益细菌用于SCFAs生产），减少有害细菌包括Shigella、Clostridium和Sutterella。随后增加SCFAs如乙酸、丙酸、丁酸和戊酸生产，并调节花生四烯酸、亚油酸和色氨酸代谢。蛋清肽–Zein/硫酸软骨素纳米颗粒增强槲皮素结肠靶向，促进紧密连接修复，富集有益细菌（Lachnospiraceae、Muribaculum、Akkermansia），抑制病原 taxa。

8 Other protein-based transporters

许多研究探索替代蛋白制造先进口服运输器，仅少数转化为体内应用。近期牡蛎肽和西班牙鲭鱼蛋白用于创建先进运输器进行体内使用。西班牙鲭鱼蛋白/果胶结合物稳定Pickering乳液封装姜黄素在DSS诱导结肠炎小鼠中展示积极效应，通过控制炎症因子表达、减少肠道通透性、增加肠道黏膜紧密连接蛋白表达和改善 microbiota 失调。牡蛎肽/壳寡糖/铁复合物在缺铁性贫血（IDA）小鼠模型中检查，口服铁复合物改善铁吸收、增加血锌含量、减少IDA诱导器官异常、氧化应激和结肠炎症，恢复IDA诱导GM失调。体内研究 on protein-based运输器显示降低氧化应激、肠道炎症和GM disorders的鼓舞人心结果，但一些因多步合成程序、长合成时间和严格反应条件可能不可行商业生产，建议临床使用前更多研究精简制造过程而不妥协运输器靶向和功能品质。

9 Current challenges and possible solutions of protein-based transporters

蛋白质基运输器遇重大挑战限制其治疗功效和临床应用。主要障碍包括：过程控制——蛋白质因高机械应力、pH变化和温度波动易变性或分解，存储和处理中可能发生不利结构和功能变化，因此制造蛋白质基运输器全过程应维持温和加工条件；GI不稳定性——蛋白质基纳米颗粒非常易受酶降解，可能在PI附近pH或高离子强度聚集，需要额外修饰稳定性，例如Zein和PPI纳米颗粒分别用WPI/羧甲基纤维素和岩藻多糖-季铵壳聚糖复合物稳定，不仅增强载体稳定性还改善控释和靶向递送芹菜素和翼柄紫檀芪。运输器从循环系统快速清除可能因不足黏膜通透性、肾小球过滤、吞噬作用和非特异靶向诱导治疗失败，研究设计时必须考虑；免疫原性——一些载体聚合物如聚乳酸和聚乳酸-羟基乙酸共聚物可能激活意外免疫反应和产生炎症副产物，损害治疗功效和健康安全，乳清蛋白在工业/热加工和存储中自发糖化可能增强免疫原反应，抗消化表位来自蛋清、牛奶和小麦面筋蛋白可能构成过敏风险，因此应实施无/低毒性风险蛋白质基配方于运输器；重现性——蛋白质基运输器大规模生产中出现重现性挑战，因为蛋白质特性变化（如分子量、纯度、稳定性等）可负面影响运输器功能特性和递送性能，因此需要精确控制制造、配方和存储，连同使用尖端分析技术全面表征，需要过程优化和标准化稳定策略改善可重复性和放大操作。

10 Commercial potential of protein-based transporters

蛋白质基递送车辆过去十年吸引大量学术关注并展示巨大商业前景。潜在商业前景包括：功能性食品产品——蛋白质基运输器可增强营养药品和/或益生菌稳定性、生物利用度和控释/pH响应释放，因此可应对功能强化食品物品开发关键挑战，例如封装功能成分的蛋白质纳米复合物或水凝胶可引入酸奶、饮料和烘焙食品，保护活性成分加工和存储中不影响产品口味或质地；营养物精确递送——蛋白质载体提供平台设计个性化膳食配方，如糖尿病患者低血糖零食、维持肠道健康益生菌丰富食品和运动员性能导向蛋白棒；靶标特异性递送——凭借与特定组织和细胞相互作用能力，蛋白质基运输器有希望治疗肠道 disorders 和代谢疾病，并可结合预生物-益生菌策略达成协同效应；商业应用——至今大多数蛋白质基运输器用于肠道 disorders 仍处于临床前阶段，仅少数白蛋白基治疗学如化疗药“Abraxane^?”（含白蛋白纳米颗粒/紫杉醇）和一些白蛋白结合药物如“布洛芬”（抗炎）、“华法林”（抗凝）和“艾塞那肽”（抗高血糖剂）获批治疗代谢 disorders，此类治疗学商业可用性说明蛋白质基运输器可行性，而且蛋白质基治疗学持续投资预期推动市场扩展和拓宽临床应用。

11 Conclusions and future directions

本综述证明蛋白质基微纳运输器构成递送天然GM调节剂的多功能有前途平台，其固有生物可降解性、生物相容性、可调颗粒大小、易表面功能化和保护易损货物免酸酶降解能力，实现多酚、肽和益生菌增强稳定性、靶向释放和改善生物利用度。临床前研究一致指示此类载体可缓解菌群失调、促进有益微生物类群、增加短链脂肪酸生产、加强上皮屏障完整性和调节黏膜免疫反应。

尽管这些进展，若干关键障碍限制转化潜力。关键技术挑战包括复杂胃肠道环境中生理不稳定性、不足菌株或组织特异性靶向、潜在免疫原性、批间变异性和有限长期安全数据。而且，实验表征和结果指标异质性阻碍跨研究比较和功效系统评估。新兴策略采用包括理性表面工程（黏膜黏附配体、受体靶向基序）、蛋白酶和酸抗性肽基序、混合蛋白-多糖组装和刺激响应设计，将帮助解决这些限制。此外，整合先进制造（GMP兼容过程、可扩展封装技术）、定量多组学和机制研究（宏基因组学、代谢组学、宿主转录组学）和标准化安全评估将对临床转化至关重要。计算工具和AI引导设计可加速载体架构优化和预测宿主-微生物组响应，而微纳机器人学提供主动精确递送长期前沿。

总之，蛋白质基运输器具强大潜力转化天然GM调节剂成临床相关营养药品和治疗学。未来研究应聚焦载体优化、靶向特异性和全面临床验证以完全实现这些系统在肠道健康管理中的潜力。