钙离子介导的蛋白质-肽共组装纳米载体增强姜黄素肠道渗透性与生物利用度研究

【编辑推荐】针对疏水性药物姜黄素(Cur)口服生物利用度低、肠道屏障穿透难的瓶颈问题，研究人员创新性构建了钙离子(Ca2+)介导的酪蛋白(CN)-蛋清肽(EWP)共组装体系(EWP-Ca2+-CN-Cur)。该策略通过熵-焓协同效应重构非共价相互作用，形成63 nm超小纳米球，显著提升Cur的细胞摄取、黏液穿透及肠上皮转运效率，同时展现缓释特性和抗炎潜力，为功能性成分递送系统设计提供了新范式。

　　

在功能性食品和药物递送领域，疏水性活性成分的低生物利用度始终是亟待突破的科学难题。以姜黄素(Curcumin, Cur)为例，这种具有抗氧化、抗炎和抗肿瘤活性的天然化合物，因水溶性极低(logP 3.29)和肠道吸收障碍，其口服生物利用度不足1%。传统递送系统往往难以兼顾载药量、稳定性和穿透肠黏膜-上皮双重屏障的能力。更棘手的是，蛋白质纳米载体在保持生物活性和穿透效率方面存在固有局限，这促使科学家们寻求更精巧的组装策略。

针对这一系列挑战，中国某研究团队在《Food Hydrocolloids》发表的研究中，开创性地提出钙离子(Ca²⁺)介导的蛋白质-肽融合共组装新策略。该工作以食品源酪蛋白(Casein, CN)和蛋清肽(Egg white peptide, EWP)为构建基元，通过Ca²⁺的"分子桥梁"作用，成功制备了粒径仅63 nm的载Cur纳米球(EWP-Ca²⁺-CN-Cur)。研究发现，Ca²⁺不仅通过熵-焓协同效应驱动组装过程，还能诱导分子内交叉β片层(cross-β sheets)压缩，实现载药稳定性与穿透性的双重优化。动物实验显示，该体系使Cur的肠道吸收效率提升3倍以上，并展现出显著的抗炎效应，为功能性成分精准递送提供了全新解决方案。

研究团队运用多尺度技术手段揭示了组装机制：通过等温滴定量热法(ITC)解析Ca²⁺介导组装的热力学参数；粗粒化分子动力学模拟阐明组分间相互作用模式；荧光猝灭实验证实Cur的封装位点。体外采用Caco-2细胞模型评估穿透性，体内通过BALB/c小鼠和SD大鼠验证吸收增强效果，并检测血清炎症因子变化。

Construction of co-assemblies for encapsulating Cur
研究发现，单纯EWP对Cur的包封率(EE)不足5%，而CN-Cur体系可达70.3%。引入Ca²⁺后，三元体系EE提升至89.7%，且形成的纳米球粒径分布更均一。ITC显示Ca²⁺通过电荷屏蔽效应增强疏水相互作用，同时形成静电盐桥稳定组装体。

Mechanistic insights into Ca²⁺-mediated assembly
分子模拟揭示Ca²⁺优先与CN的磷酸丝氨酸残基结合，诱导EWP的谷氨酸/天冬氨酸残基发生构象重排。这种重构使组装体内部疏水核心密度增加，为Cur提供更多结合位点，同时表面亲水区扩展利于黏液渗透。

Enhanced cellular uptake and transport
共组装体在Caco-2细胞中的Cur内化效率较游离Cur提高6.8倍。跨上皮电阻(TEER)实验证实其能可逆打开紧密连接，促进旁路转运。在肠黏液穿透实验中，63 nm粒径的纳米球较200 nm对照组穿透深度增加2.3倍。

In vivo pharmacokinetics and anti-inflammatory effects
大鼠药代实验显示，共组装体使Cur血药浓度-时间曲线下面积(AUC_0-24h)提升328%，半衰期延长至8.7小时。DSS诱导的结肠炎模型中，治疗组血清IL-6和TNF-α水平分别降低62%和57%。

这项研究的重要意义在于：首次阐明Ca²⁺通过熵-焓协同调控蛋白质-肽多级组装的分子机制；创制出兼具高载药量和小尺寸特性的纳米载体；证实食品源组分构建的递送系统可突破生物利用度瓶颈。该策略为口服递送系统设计提供了新思路，同时拓展了农产品加工副产物(如蛋清肽)的高值化应用途径。研究者特别指出，这种金属离子介导的模块化组装方法，可推广至其他疏水性功能因子的递送系统构建，在精准营养干预和慢性病防治领域具有广阔前景。