部分水解自组装角蛋白纳米颗粒的pH响应性重构及其在生物分子封装中的应用

本研究针对角蛋白(Keratin)因二硫键导致的稳定性限制问题，开发了通过5%水解度(DH)部分水解结合pH调控制备角蛋白纳米颗粒(KNPs)的新策略。结果表明，5% DH KNPs具有pH触发的结构转换特性(pH 2.0开放态→pH 7.0闭合态)，对胰岛素和白藜芦醇的负载效率>93%，并能部分抵抗胃肠酶降解，为生物活性物质递送提供了可持续的纳米载体解决方案。

　　

角蛋白作为动物副产品中丰富的生物聚合物，因其优异的生物相容性、可降解性和低毒性，被视为极具潜力的生物分子递送载体。然而，其分子内二硫键赋予的过度稳定性反而制约了实际应用——这种刚性结构限制了载药能力和环境响应性。如何通过可控改性打破这种"稳定性的桎梏"，同时保留角蛋白的天然优势，成为研究者亟待解决的难题。

针对这一挑战，研究人员开发了"部分水解结合pH调控"的协同策略。通过精确控制5%水解度(DH)，成功将废弃羽毛角蛋白转化为粒径约123 nm的球形纳米颗粒(KNPs)，其溶解度提升至94.5%。这些纳米颗粒展现出智能的pH响应行为：在胃酸环境(pH 2.0)下呈现"开放态"利于载药，在中性环境(pH 7.0)转为"闭合态"实现保护。实验证实其对胰岛素和白藜芦醇的封装效率超过93%，并能部分抵抗胃肠蛋白酶降解，细胞毒性测试显示良好的生物安全性。相比之下，过高水解度(≥10% DH)会导致β-折叠结构增加和疏水基团暴露，引发颗粒聚集并削弱pH响应能力。该研究发表于《Biomacromolecules》，为开发可持续的纳米递送系统提供了新思路。

关键技术包括：1) 采用碱性水解调控不同DH(5%-15%)；2) 动态光散射(DLS)表征KNPs粒径；3) 圆二色谱(CD)分析二级结构变化；4) 体外模拟胃肠液评估载药保护效果；5) MTT法检测细胞毒性。

【KNPs的制备与表征】
通过控制NaOH浓度实现5%-15% DH的精确调控。5% DH样品自组装形成均一球形颗粒，Zeta电位-28.7 mV，粒径分布指数(PDI)0.21，显著优于高DH组。傅里叶变换红外光谱(FTIR)显示保留天然角蛋白的α-螺旋特征峰。

【pH响应性结构转换】
圆二色谱证实5% DH KNPs在pH 2.0时α-螺旋含量降低15%，β-转角增加；pH恢复至7.0后结构可逆重组。这种"分子开关"特性源于水解产生的游离巯基(-SH)的氧化还原敏感性。

【载药与保护性能】
5% DH KNPs对胰岛素(93.4±2.1%)和白藜芦醇(95.7±1.8%)的包封率最高。体外模拟显示，与游离药物相比，KNPs包裹的胰岛素在肠液中保留率提高2.3倍，白藜芦醇生物可及性增加1.8倍。

【生物安全性】
人结肠癌细胞(Caco-2)培养实验表明，200 μg/mL 5% DH KNPs处理48小时后细胞存活率仍保持>90%，LD₅₀值达1.2 mg/mL，远高于治疗所需浓度。

该研究创新性地证明，适度水解(5% DH)可巧妙平衡角蛋白的稳定性和功能性——既削弱二硫键的过度束缚，又保留足够的结构完整性以实现智能响应。这种"绿色制造"的KNPs不仅为生物活性物质递送提供了新载体，更开辟了农业废弃物高值化利用的新途径。未来通过表面修饰进一步优化靶向性，这类源自天然材料的纳米颗粒有望在精准营养递送和口服给药领域发挥重要作用。