综述：snoRNAs在癌症中的生物学作用及潜在临床价值

本综述创新性地提出以藻蓝蛋白（PC）作为多糖水凝胶（菊粉IN/脱乙酰化魔芋葡甘聚糖DKGM）的多功能核心组分，通过酶响应机制实现益生菌（EcN）的结肠靶向递送。PC兼具结构强化（氢键交联）、酶触发释放（结肠胰蛋白酶降解）和营养预消化三重功能，显著提升胃酸保护率（94.8–96.6?%）和贮藏稳定性（28天存活率≥81.1?%）。该平台具备食品基质适配性、释放时长可调（2–20?h）与冷藏稳定性，为肠道健康功能食品开发提供新范式。

　　

Abstract

益生菌对维持肠道菌群平衡和促进人类健康至关重要，但其功效取决于足够活菌在结肠的成功递送。本研究开发了一种创新酶响应水凝胶平台，以藻蓝蛋白（PC）作为多糖基质中的多功能组分（IP：40%?w/v菊粉和3%?w/v PC；DP：14%?w/v脱乙酰化魔芋葡甘聚糖和1%?w/v PC）封装大肠杆菌Nissle 1917（EcN）。与传统系统不同，PC发挥三重功能：通过氢键增强结构、通过结肠特异性胰蛋白酶降解实现酶触发释放，以及提供固有益生元营养。PC作为网络中的动态牺牲连接器，实现靶向孔暴露和可编程益生菌释放（可通过调节多糖浓度从2至20?小时调控）。该水凝胶提供卓越的胃保护（94.8–96.6?%存活率）和延长的益生菌贮藏稳定性（28天后存活率≥81.1?%）。该平台对食品基质（乳制品、糖果）的适应性，以及浓度可调释放和冷藏稳定性，显示出巨大商业潜力。研究进一步突出其优异益生元特性、精确结肠特异性及经济简便的制备工艺，表明其在改善肠道健康的功能性食品中具有重大潜力。

Introduction

益生菌作为膳食补充剂被广泛应用，在预防和治疗多种胃肠道疾病中发挥重要作用。大肠杆菌Nissle 1917（EcN）是少数革兰氏阴性益生菌菌株之一，可刺激黏蛋白生成、增强肠道屏障功能、调节肠道免疫、抑制炎症反应并抑制病原体生长。然而，口服益生菌递送的功效依赖于确保足够数量的活细胞到达肠道目标区域。先前研究表明，最低剂量10⁶?CFU/g的益生菌才能产生健康益处，但该数量在胃肠道传输过程中易降解，并在贮藏期间受环境因素失活。另一关键挑战是现有递送方法无法实现目标部位的精确益生菌释放。鉴于益生菌从摄入到肠道到达的过渡时间为6至9?小时，递送系统必须促进智能响应释放以最大化其健康促进效果。因此，开发有效递送系统以增强恶劣环境下益生菌稳定性并实现结肠控释至关重要。

先前研究已建立多种利用多糖的益生菌封装策略。例如，Chu等使用海藻酸钠（SA）和银耳多糖开发多孔水性微环境以递送益生菌。基于多糖的水凝胶封装展示高效性和可调理化性质，为益生菌保护提供有前景的平台。天然多糖如菊粉（IN）、魔芋葡甘聚糖（KGM）和SA因其生物相容性和结构多样性成为优选水凝胶基质。然而，多糖水凝胶的多孔结构可能通过允许流体渗透和益生菌提前释放而损害胃稳定性。具体而言，KGM易吸收过多水分，导致弹性降低、结构坍塌和水凝胶强度减弱。为解决该限制，脱乙酰化魔芋葡甘聚糖（DKGM）通过部分去除KGM链上的乙酰基团生产。由于乙酰基在调节吸水和凝胶过程中起关键作用，其部分去除增强水凝胶网络形成并改善弹性。此外，实现结肠特异性释放同时防止上胃肠道提前释放仍是关键挑战。Liu等表明将大豆分离蛋白（SPI）加入凝胶多糖水凝胶可增加网络密度和机械强度，突出复合系统的潜在益处。结合物理保护和益生元营养的复合多糖-蛋白系统可协同增强肠道益生菌定植。然而，除水凝胶保护外，目标部位的精确释放对益生菌在特定区域发挥有益效果至关重要。蛋白酶响应组分的战略整合可通过阻塞孔洞同时促进酶触发释放来增强多糖网络。蛋白质如藻蓝蛋白（PC）和SPI易被消化酶降解，同时作为孔填充剂并提供显著营养益处。此外，耐蛋白酶多糖网络有助于在胃肠道传输期间维持结构稳定性，通过孔内捕获蛋白质的蛋白水解促进益生菌智能释放。因此，基于筛选试验和模拟胃肠道消化测试，我们假设用蛋白质（如PC）修饰多糖（DKGM或IN）将有效填充水凝胶基质孔洞，该修饰预计增强结构稳定性并实现胰蛋白酶响应释放以靶向递送至结肠。

本研究开发了使用DKGM、IN和PC的结构增强智能响应水凝胶用于益生菌EcN的结肠靶向递送。PC的整合促进结构优化，增强封装效率和胃抵抗性。此外，酶触发释放机制在模拟结肠条件下保持EcN存活率。流变学评估、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）确认增强网络存在并证明益生元多糖和PC提供的双营养供应。我们的结果表明，加入PC改变多糖水凝胶结构，产生具有双营养供应、智能响应行为和控释功能的多功能益生菌递送系统。DKGM-PC和IN-PC水凝胶分别呈现果冻状和酸奶状质地，表明其适用于多样化应用。此外，制备过程经济高效且适合大规模商业生产，从而为益生菌、多糖和蛋白质在功能性食品中的应用提供新机遇。

Section snippets

Materials

源自菊苣的IN（纯度≥95%，DP 23–60，分子量1.24×10⁴?Da）购自臻味元食品配料有限公司（广东，中国）。KGM（纯度≥90%，分子量1.35×10⁶?Da）购自康森魔芋科技有限公司（湖北，中国）。PC（纯度≥98%）购自TCI发展有限公司（上海，中国）。SA（粘度200–500?mPa·s）源自沪试化学有限公司（上海，中国）。右旋糖酐（Dex，分子量40?kDa）和

Protective efficacy of DKGM/IN hydrogels for EcN

图1a显示IN和KGM在12?小时呈现显著更高OD_600nm值（P?w/v KGM水凝胶内EcN存活率显著高于其他KGM浓度（P?

Conclusions

本研究建立了以PC作为多糖水凝胶中多功能协调剂的独特酶响应益生菌递送平台。该方法通过利用PC的三重角色（结构强化、酶触发释放和营养补充）从根本上区别于传统多糖-蛋白系统。通过设计PC修饰基质（IP：40%?w/v IN和3%?w/v PC；DP：14%?w/v DKGM和1%?w/v PC），我们创建了可编程益生菌释放网络，其释放动力学可通过多糖浓度精确调控（2至20?小时）。该平台提供卓越胃酸保护（94.8–96.6?%存活率）和延长室温及冷藏贮藏稳定性（28天后存活率≥81.1?%）。智能酶触发机制确保精确结肠特异性释放，从而增强益生菌肠道定植和功能功效。此外，PC和多糖的协同作用提供双营养供应，进一步促进肠道健康。水凝胶的食品兼容质地（果冻状或酸奶状）和经济高效制备突显其大规模商业应用的巨大潜力，为下一代功能性食品开发设立新标准。

CRediT authorship contribution statement

Sijing Yuan: 撰写初稿、可视化、方法学、形式分析、数据策管。 Shuning Xue: 验证、方法学、调查。 Jingchao Kang: 验证、调查、形式分析、数据策管。 Xiang Li: 可视化、调查、形式分析。 Xuejiao Wang: 撰写评审编辑、监督、方法学。 Xiaomei Xiang: 撰写评审编辑、可视化、验证。 Xianchao Feng: 撰写评审编辑、监督、资源、资金获取。

Declaration of competing interest

作者声明无已知可能影响本工作的竞争经济权益或个人关系。

Acknowledgements

本研究得到国家自然科学基金（32172143）、陕西省重点产业创新链农业领域（2024NC-ZDCYL-04-20）和陕西省重点研发计划（2024NC2-GJHX-26）支持。作者衷心感谢西北农林科技大学食品科学与工程学院仪器共享平台协助。