《Food Research International》：Hydroxypropyl-β-cyclodextrin as a co-delivery vehicle for synergistically enhancing fucoxanthin oral bioavailability through dual regulation of SR-B1 and ABCB1 transporters
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本研究采用HPβCD载体包埋Fucoxanthin和Isoquercitrin，通过高压均质化技术制备递送系统。实验证明IQ通过增强SR-B1表达并抑制ABCB1活性，显著提高FUCO跨肠屏障转运效率。体内研究表明，该系统使FUCO的口服生物利用度提升3.28倍，验证了“载体包埋-转运体调控”双策略的有效性。
冯高|李书琼|黄家宝|杨茜|罗宇|李燕|王燕|李丹|刘益翔
福建厦门集美大学海洋食品与生物工程学院，邮编361021，中华人民共和国
摘要
羟丙基-β-环糊精（HPβCD）作为一种有效的载体，能够提高难溶性活性物质的输送效果。在本研究中，通过高压均质化（HPH）技术制备了一种基于HPβCD的递送系统，该系统能够包裹海洋类胡萝卜素岩藻黄质（FUCO）和转运调节剂异槲皮素（IQ）。Caco-2单层细胞模型实验表明，IQ显著增强了FUCO在肠道屏障中的转运。这种效应源于IQ的协同作用：它促进了依赖于B型清道夫受体1（SR-B1）的内吞作用，同时抑制了ATP结合盒转运蛋白B1（ABCB1）介导的外排作用。在最佳的IQ/FUCO摩尔比（1:2）下，SR-B1的表达增加了1.3倍，ABCB1的表达减少了70.7%，FUCO的跨膜转运增加了14.5倍。在优化条件下，HPβCD对FUCO的包封效率达到了88.7%。傅里叶变换红外光谱（FTIR）、电子显微镜观察和X射线衍射（XRD）证实了FUCO和IQ被包裹在HPβCD的疏水腔内。体内实验显示，基于HPβCD的递送方式显著提高了FUCO的口服生物利用度，使其在肝脏中的暴露量增加了3.28倍。同时，肠道中SR-B1的表达增加了1.5倍，ABCB1的表达减少了20%。这项工作验证了一种“载体包封-转运调节”双重策略，结合了HPβCD的包封作用和IQ对关键转运蛋白（SR-B1/ABCB1）的调节作用，为海洋来源的营养保健品的开发提供了一种新的方法。
引言
β-环糊精（β-CD）及其衍生物由于其独特的腔结构，在构建营养递送系统中展现出巨大的潜力。其外表面的亲水羟基基团赋予了良好的水溶性，而疏水内腔环境则有利于疏水分子的包封（Zheng等人，2024年）。在这些衍生物中，2-羟丙基-β-环糊精（HPβCD）因具有高水溶性、显著的包容能力和广泛的工业应用性而成为研究最深入、应用最广泛的β-环糊精衍生物（Garnero等人，2010a年）。HPβCD通过引入羟丙基基团破坏了β-CD分子内的氢键，从而显著提高了其母体化合物的水溶性较差的问题，并增强了安全性和生物利用度（Li等人，2021年）。值得注意的是，HPβCD的腔体积比天然β-CD更大，为需要协同作用的多种营养物质的同步包封提供了优越的空间平台，使其成为公认的理想疏水分子载体（Kurkov & Loftsson，2013年；Loh等人，2016年）。
类胡萝卜素是维持正常生理代谢和预防疾病的关键萜类营养素（Peng等人，2024a年）。它们尤其以其强大的抗氧化活性而闻名（Róvero Costa等人，2019年）。然而，类胡萝卜素的口服生物利用度普遍较低，这主要是由于其水溶性差和复杂的肠道吸收机制（Peng等人，2024b年）。具体来说，其通过肠道上皮的吸收效率受到膜转运蛋白的严格调控。吸收依赖于诸如分化簇36（CD36）、Niemann-Pick C1样1（NPC1L1）和B型清道夫受体1（SR-B1）等转运蛋白（Liu等人，2023年；Mapelli Brahm等人，2018年；Moussa等人，2011年）。相反，外排过程由ATP结合盒（ABC）转运蛋白介导。主要的转运蛋白包括ABCB转运蛋白B1（ABCB1）、乳腺癌抵抗蛋白（BCRP）和多药耐药相关蛋白2（MRP2）等（Moia等人，2020年）。因此，开发增强肠道类胡萝卜素吸收和改善口服生物利用度的策略仍然是一个重要挑战，这需要针对相关的肠道上皮转运蛋白进行调控。
值得注意的是，膳食黄酮已被证明能够有效调节肠道上皮转运蛋白的表达和功能，从而影响脂溶性物质的吸收。例如，槲皮素、山柰酚和柚皮素能够剂量依赖性地抑制ABCB1外排泵的活性；特别是槲皮素显著上调SR-B1的表达，同时抑制ABCB1的表达，从而显著提高了番茄红素的生物利用度（Jiahua等人，2019年；Jiang & Hu，2012年；Mitsunaga等人，2000年；Tinoush等人，2020年）。这些发现为利用特定的食物成分来调节转运蛋白和改善类胡萝卜素的肠道吸收提供了重要见解。岩藻黄质（FUCO）是一种来自褐藻的天然类胡萝卜素，具有多种功能性生物活性，包括抗氧化、抗炎、抗肿瘤、抗肥胖和神经保护作用，使其在功能性食品和营养保健品应用中具有巨大潜力（Chen等人，2023年；Nurcahyanti等人，2023年）。然而，其分子结构中含有七个共轭双键、一个5,6-单环氧基和一个烯丙基键，虽然赋予了生物活性，但也导致了其水溶性差和口服生物利用度低的问题（Yuan等人，2023年）。
基于这些证据，我们提出了一个创新假设：以FUCO为模型化合物，通过将食物来源的黄酮类化合物异槲皮素（IQ）和FUCO包裹在HPβCD的腔内，构建了一个协同递送系统。由于高压均质化（HPH）能够促进宿主-客体分子间的相互作用，并有助于IQ和FUCO进入HPβCD的疏水腔，因此在本研究中采用了这种技术。核心策略是利用IQ剂量依赖性地调节肠道上皮转运蛋白SR-B1（促进吸收）和ABCB1（抑制外排）的表达和功能，从而协同增强FUCO的肠道吸收和转运。随后，使用HPβCD作为载体平台来包裹这两种化合物，这一点通过电子显微镜成像和多光谱结构表征得到了证实。最后，进行了体内实验，全面评估了结合食物来源转运调节剂（IQ）的HPβCD递送方法的效果。本研究建立了一种基于HPβCD的递送策略，结合了食物来源的转运调节剂，为类胡萝卜素的口服递送提供了一种有效的方法。
材料
FUCO（A1732，纯度98%）、IQ（A0439，纯度98%）和HPβCD（B0264）标准品购自成都MUST生物技术有限公司（中国成都）。岩藻黄质醇（FXOH，#72723，纯度98%）、amarouciaxanthin A（AXA，#54758，纯度98%）、甲醇（#400306895）和乙腈（#400643855）购自Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）。3-(4,5-二甲基噻唑-2-基)-2,5-二苯四唑溴化物（MTT，A600799）购自Amresco公司（俄亥俄州索伦）。
FUCO的细胞内积累和外排行为
本节比较了FUCO自由形式与IQ-FUCO复合物胶束在Caco-2细胞中的时间依赖性细胞内积累和外排情况。首先研究了FUCO的细胞摄取和外排动态随时间的变化（图1A），发现存在时间依赖性模式。通过MTT测定法评估的细胞毒性显示，在所有测试浓度下（FUCO胶束：5–10 μmol/L；IQ-FUCO胶束：FUCO 10 μmol/L，IQ 5–75 μmol/L），细胞活力均保持在90%以上，表明几乎没有细胞毒性（图1B1
结论
为了合理设计高效的FUCO口服递送系统，本研究首先确定了影响FUCO跨肠道上皮转运的关键转运蛋白。然后，将FUCO与膳食黄酮类化合物IQ结合使用，以增强其吸收效果。随后，使用HPβCD高效地包裹了IQ和FUCO，生成了稳定的、水溶性的HPβCD–IQ/FUCO复合物。通过Caco-2细胞单层模型实验，进一步验证了这一效果。
CRediT作者贡献声明
冯高：撰写初稿、软件应用、方法设计、实验实施、数据分析、概念构思。李书琼：方法设计、实验实施、数据分析、概念构思。黄家宝：验证结果、软件应用、方法设计、实验实施。杨茜：方法设计、实验实施、数据分析。罗宇：方法设计、实验实施。李燕：软件应用、方法设计。王燕：方法设计、数据分析。李丹：撰写、审稿与编辑、监督。
未引用的参考文献
Borel和Desmarchelier，2018
Chen等人，2018
Harrison，2012
Reboul等人，2005
Thomas, Ramkumar, Golczak和von Lintig，2023
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了福建省自然科学基金（项目编号2025J02025）和国家自然科学基金（项目编号32372256）的支持。
