《International Journal of Biological Macromolecules》：Dual–responsive microgel beads prepared from pectin–stabilized emulsions for the controlled release of synbiotics to ameliorate ulcerative colitis
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本研究设计了一种基于W1/O/W2双乳液系统的“蛋-盒”形微凝胶载体，通过苹果果胶-zein复合粒子（AZHPs）稳定内层乳液滴，外层由聚-L-赖氨酸和钙alginate形成三维网络保护层，实现益生菌在肠道靶向释放。体外实验表明微凝胶显著提高益生菌存活率，体内实验证实其能调节紧密连接蛋白（ZO-1、Claudin 1、Occludin）、降低炎症因子（IL-1β、IL-6、TNF-α），促进短链脂肪酸生成，并改善肠道菌群结构（Firmicutes增加，Bacteroidetes减少），有效缓解溃疡性结肠炎症状，为UC治疗提供新策略。
何贤|戴文新|梁少贤|秦云云|刘浩月|程康|何明宇|杨万水|秦新生
安徽医科大学公共卫生学院大数据与人口健康中心营养与食品卫生系，合肥，230032，中国
摘要
越来越多的证据支持合生元对溃疡性结肠炎的治疗效果。然而，如何在体内实现其靶向递送并达到有效剂量以产生治疗效果仍有待探索。为了进一步研究合生元在缓解溃疡性结肠炎中的潜在作用，本研究设计了一种具有双响应特性的“蛋盒”形状微凝胶微球，以实现合生元的靶向递送和精确释放。内部的“蛋”结构由苹果果胶-玉米醇溶蛋白混合颗粒（AZHPs）稳定的W1/O/W2双乳液系统构成，而由聚-L-赖氨酸（PLL）和海藻酸形成的致密网络则构成了保护性的“盒”外壳。我们研究了不同浓度AZHPs制备的W1/O/W2双乳液的物理化学性质。将合生元加载到W1/O/W2双乳液中后，再涂覆PLL和海藻酸制备成微凝胶珠。体外消化实验表明，微凝胶珠中的益生菌存活率显著高于自由状态。口服微凝胶珠通过调节紧密连接蛋白（ZO-1、Claudin 1和Occludin）、减少炎症因子（IL-1β、IL-6和TNF-α）以及促进短链脂肪酸的产生来缓解结肠炎。经过EPMB治疗后，肠道菌群中的厚壁菌门（Firmicutes）数量增加，拟杆菌门（Bacteroidetes）数量减少，合生元的干预成功恢复了肠道微生物群的多样性。这表明这种“蛋盒”形状的微凝胶珠为结肠炎的治疗提供了新的选择。
引言
溃疡性结肠炎（UC）是一种慢性炎症性肠病，其特征是粪便中存在血液和黏液[1]。虽然长期药物治疗常用于控制症状和并发症[2]，但其副作用、经济负担以及药物耐药性的出现仍然构成重大挑战[3]。因此，迫切需要更安全、更有效的UC治疗方法。UC与菌群失调有关，表现为有益细菌减少和有害细菌增加[4]。因此，通过细菌疗法恢复微生物平衡被视为一种有前景的UC治疗方法[5]。合生元结合了益生菌和益生元，通过协同作用增强宿主健康[6]。乳酸杆菌（Lactobacillus reuteri）作为一种益生菌，通过重新平衡微生物组和维持抗氧化活性来改善健康[7]。尽管具有潜力，但口服益生菌面临生产过程中存活率降低、胃酸灭活和肠道内活性低等问题[8]。纳米载体（如脂质体[9]、纳米颗粒[10]和胶束[11]）的进步显著提高了益生菌的稳定性和生物利用度。微胶囊化技术因其提供的增强保护、可控释放和材料多样性而备受关注。目前，常用的益生菌微凝胶珠壁材料包括基于碳水化合物的材料（如海藻酸、卡拉胶、壳聚糖等）、基于蛋白质的材料（如乳清蛋白、酪蛋白、大豆蛋白等）以及这两类的复合系统。制备技术包括挤出、乳化、喷雾干燥和微流控[12]。W1/O/W2双乳液微胶囊化可以保护益生菌免受胃酸、酶和胆盐的损害，从而提高其在胃肠道中的存活率[13]。这些乳液能够实现靶向、持续的药物释放，具有生物相容性和生物降解性，并且药物封装方式多样[14]。此外，用作乳化剂的蛋白质-多糖聚合物能够增强结构稳定性，使益生菌能够承受复杂的消化环境[15,16]。在我们之前的研究中[17]，使用W1/O/W2双乳液开发的具有双响应特性的“蛋盒”结构微凝胶珠显示出向结肠靶向递送的显著潜力。多个内部双乳液滴构成了“蛋”结构，而外部的PLL-海藻酸-Ca交联形成了三维网状凝胶层，起到了“盒”的保护作用。
本研究旨在设计通过W1/O/W2双乳液加载合生元的微凝胶珠以缓解UC。该系统具有pH敏感性和酶触发双重响应特性。通过体外实验研究了影响益生菌在“蛋盒”形状微凝胶珠中封装性质及其结肠靶向释放能力的因素。我们建立了DSS诱导的UC大鼠模型，比较实验前后病理变化和肠道微生物群的变化，从而评估该系统在缓解结肠炎症状方面的有效性。这种疗法为UC提供了一种创新的辅助治疗选择。
材料
苹果果胶（AP，干基果糖醛酸含量≥65%，酯化度=70.4%）、海藻酸钠（SA，分子量=216.12 g/mol，甘露糖醛酸/古洛糖醛酸比例=1:1，Aladdin）、玉米醇溶蛋白、聚-L-赖氨酸（PLL，分子量=1–3 × 10^7 Da）、低聚果糖（FOS，聚合度为3至7）和聚甘油聚蓖麻油酸酯（PGPR）均购自上海源业生物科技有限公司（上海，中国）。硫酸葡聚糖钠（DSS，分子量=3.6–5.0 × 10^4 Da）购自大连美仑。
苹果果胶（AP）、玉米醇溶蛋白及苹果果胶-玉米醇溶蛋白混合颗粒（AZHPs）的特性
图1A的结果显示，玉米醇溶蛋白纳米颗粒具有光滑的球形表面和均匀的粒径，而苹果果胶纳米颗粒则呈现粗糙的层状结构。混合后，由于苹果果胶的粘附特性，AZHPs的粒径增大[18]，形成了具有不明显边缘的“核-壳”结构。
AZHPs的形成主要受非共价相互作用驱动，包括静电相互作用和氢键的共同作用。
结论
本研究证实，静电相互作用和氢键是AZHPs稳定油水界面的主要机制。在3%的浓度下，AZHPs能够在油水界面形成致密、高强度的界面膜，其稳定的锚定作用进一步确保了W1/O/W2双乳液的整体稳定性。在此基础上，添加PLL进一步填充了由Ca^2+桥接的海藻酸形成的三维网络中的空隙。
<红it作者贡献声明>
何贤：撰写初稿、软件开发、方法设计、实验实施、数据管理。
戴文新：撰写初稿、软件开发、数据管理。
梁少贤：撰写初稿、软件开发。
秦云云：方法设计、实验实施、数据管理。
刘浩月：方法设计、实验实施、数据管理。
程康：方法设计、实验实施。
何明宇：方法设计、实验实施。
杨万水：撰写修订与编辑、数据可视化、验证、监督。
秦新生：撰写：
伦理声明
所有动物均适应标准实验室条件（雄性，通风房间，25 ± 1°C，60 ± 5%湿度，12小时光照/黑暗周期），并可自由获取标准饮用水和食物（SCXK (Zhe) 2024-0001）。所有实验均遵循ARRIVE（动物研究：报告体内实验）指南、1986年《动物操作（科学程序）法》及相关指南进行，并得到了实验室动物伦理委员会的批准。
<声明利益冲突>
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
<致谢>
本研究得到了安徽省自然科学基金（KJ2021A0223）、国家自然科学基金（82373673）、安徽医科大学公共卫生学院大数据与人口健康中心项目（JKS2022018）、安徽医科大学研究生创新研究与实践项目（YJS20230155）以及安徽医科大学本科生早期接触科学研究培训项目的财政支持。
