《International Journal of Pharmaceutics: X》：Recent advances in plant protein-based nanomaterials for the delivery of antimicrobial agents
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细菌感染的日益流行以及抗菌药物耐药性（antimicrobial resistance, AMR）的严峻挑战，已显著削弱了传统抗生素治疗的疗效。纳米医学提供了一种可行的替代方案，通过精巧的药物递送系统实现增强的治疗效果并减少副作用。近几十年来，植物源蛋白因其天
细菌感染的日益流行以及抗菌药物耐药性（antimicrobial resistance, AMR）的严峻挑战，已显著削弱了传统抗生素治疗的疗效。纳米医学提供了一种可行的替代方案，通过精巧的药物递送系统实现增强的治疗效果并减少副作用。近几十年来，植物源蛋白因其天然丰富、可生物降解和优异的生物相容性而在众多纳米材料中脱颖而出，在开发抗菌纳米药物递送系统方面引起了广泛关注。本文全面综述了源自四种关键植物蛋白——即大豆分离蛋白（soy protein isolate, SPI）、玉米醇溶蛋白（zein）、麦醇溶蛋白（gliadin）和豌豆分离蛋白（pea protein isolate, PPI）——的抗菌纳米颗粒的开发与应用的最新进展。同时阐明了这些植物蛋白与多糖、聚合物、金属离子及其他功能剂在纳米颗粒形成过程中的协同效应。此外，分析了阻碍植物蛋白基纳米药物递送系统临床转化的主要挑战及未来发展方向。总体而言，本综述为从事纳米技术、生物材料和抗菌治疗交叉领域的研究人员提供了系统而深入的参考。
**研究背景与意义**
细菌感染的日益流行与抗菌药物耐药性（AMR）的不断加剧，已严重削弱传统抗生素治疗的临床疗效。大肠杆菌（Escherichia coli）、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）等常见病原体再次成为严峻的临床挑战。病原体通过组织侵袭、酶解和毒素分泌等机制破坏宿主防御系统，引发的疾病涵盖肠炎、痢疾、下呼吸道感染乃至脓毒症。面对耐药微生物感染（如肺炎、结核病和院内感染），传统治疗手段日益受限，亟需开发新型治疗策略。
纳米医学因其能够将治疗剂递送至体内特定部位从而最大化疗效并最小化副作用而成为有吸引力的抗菌治疗途径。纳米载体包括无机和有机两大类。无机纳米载体（量子点、金属纳米颗粒、介孔二氧化硅纳米颗粒、磁性纳米材料等）因缺乏生物可降解性和潜在生物毒性而在临床应用中受到限制。有机纳米载体中的天然聚合物纳米载体（如壳聚糖、淀粉和植物蛋白）具有优异的生物相容性、可生物降解性和成本效益，被认为是极具前景的纳米递送平台。自FDA批准首个蛋白基纳米颗粒——紫杉醇白蛋白纳米粒（Abraxane?）以来，蛋白纳米载体系统受到广泛关注。然而，动物源蛋白的潜在免疫反应风险限制了其广泛应用。植物蛋白纳米颗粒因伦理可接受性、低成本、丰富性和可再生性而成为动物蛋白的可行替代方案。植物蛋白具有更好的疏水性，可形成稳定的纳米颗粒，避免使用有毒交联剂，并防止人畜共患病原体的传播。通过聚合物接枝等修饰技术，植物蛋白基纳米颗粒还可获得更好的生物可降解性、主动靶向性、控释能力和生物膜穿透能力。因此，本综述旨在总结大豆分离蛋白（SPI）、玉米醇溶蛋白（zein）、麦醇溶蛋白（gliadin）和豌豆分离蛋白（PPI）在抗菌纳米载体的设计与制备中的最新进展，并讨论植物蛋白与其他功能组分之间的相互作用、安全性问题以及植物蛋白基纳米系统的抗菌机制。
**关键技术方法概述**
本综述为系统性综述，未涉及原始实验研究。作者系统梳理了四大类植物蛋白（SPI、zein、gliadin、PPI）基抗菌纳米材料的制备方法，主要包括：反溶剂沉淀法（antisolvent precipitation）、自组装法（self-assembly）、乳化法（emulsification）、去溶剂法（desolvation）、静电纺丝（electrospinning）、pH驱动法、高压均质法、喷雾干燥法等。同时总结了植物蛋白与多糖、合成聚合物、金属离子及活性小分子（如大蒜素、百里酚、香芹酚、肉桂醛、多酚和精油等）的相互作用策略，包括共价交联（美拉德反应、酶催化交联）和非共价相互作用（静电吸引、疏水缔合、氢键）。综述还比较了各制备方法在重现性和可放大性方面的优劣。
**研究结果**
**1. 大豆分离蛋白（SPI）基纳米材料**
SPI是从大豆中提取的高纯度植物蛋白（蛋白质含量>90%），含20余种氨基酸，分子结构兼具亲水和疏水区域，具有可生物降解性、生物相容性、无毒性、经济性和成膜性。SPI可通过化学（戊二醛或钙离子交联、pH变化诱导结构展开与重折叠、美拉德反应糖接枝）、物理（热聚集、高压均质、超声、静电纺丝）和酶法（胰蛋白酶、胃蛋白酶等部分水解）三类技术制备纳米颗粒。化学修饰因共价键合在长效抗菌递送系统中更具适用性，而物理修饰（如静电纺丝）适合快速释放系统。在抗菌应用方面，SPI可负载大蒜素、百里酚、没食子酸、槲皮素、白屈菜精油、姜黄素等多种抗菌剂，也可与金属纳米颗粒（Ag NPs、ZnO NPs、CuO NPs、TiO2、MgO）复合构建协同抗菌系统，应用于食品抗菌包装、伤口敷料、止血海绵和抗菌粘合剂等场景。
**2. 玉米醇溶蛋白（zein）基纳米材料**
Zein是玉米的主要储藏蛋白，富含非极性氨基酸，包括α-、β-、γ-和δ-四种亚型。α-zein占主导地位（75–85%），具有强疏水性并主导zein的自组装。Zein的醇溶性使其可通过反溶剂沉淀（如乙醇/水系统）形成纳米颗粒。其两亲性使其成为多功能载体——疏水区域可包封疏水性药物，亲水表面通过氢键稳定多糖复合物。Zein可与环丙沙星、头孢他啶、妥布霉素、庆大霉素等抗生素组合增强抗菌效果，也可负载香芹酚、百里酚、姜黄素、白藜芦醇、小檗碱等植物化学物。在金属-zein纳米材料方面，ZIF-8与zein交联制备的纳米颗粒对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和分枝杆菌具有良好的抗菌效果。Zein还可制备为薄膜、纳米纤维和Pickering乳液等形式，实现持续抗菌活性。
**3. 麦醇溶蛋白（gliadin）基纳米材料**
麦醇溶蛋白是小麦面筋蛋白的醇溶性组分，为线性链单体，主要通过分子内二硫键稳定，分子量25.60–88.82 kDa。基于其独特的线性单体链结构和两亲性，gliadin已成功制备为多种功能性抗菌纳米材料，用于包封疏水性抗菌剂（如克拉霉素和肉桂醛）和金属纳米颗粒（如Ag和ZnO）。Gliadin可通过反溶剂沉淀、pH辅助组装（最佳条件为pH 3.0）、溶剂乳化-蒸发法和静电纺丝等方法自组装形成胶体纳米颗粒。Gliadin与酪蛋白复合纳米颗粒可显著降低两性霉素B的毒性并维持释放长达96小时。在抗菌应用方面，负载克拉霉素和奥美拉唑的gliadin纳米颗粒对幽门螺杆菌具有更高的抗菌效率；gliadin可作为Pickering稳定剂用于柠檬桉精油递送；与肉桂醛交联的薄膜具有显著增强的抗菌性能；ZnO/gliadin纳米球通过ROS介导的细胞死亡对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌发挥抗菌作用；gliadin@Ag NPs对大肠杆菌和MRSA显示出强效活性。
**4. 豌豆分离蛋白（PPI）基纳米材料**
PPI主要包含白蛋白（水溶性，18–25%）和球蛋白（盐溶性，55–80%），球蛋白可进一步分为豆球蛋白（11S）和伴豆球蛋白（7S）。PPI的球蛋白结构富含疏水核心和亲水表面，使其能够通过疏水相互作用包封亲脂性活性物质或通过氢键与多糖形成复合物。PPI基纳米颗粒通常采用反溶剂沉淀、高压均质、纳米沉淀、pH驱动法等方法合成。在抗菌应用方面，PPI可与多酚和金属离子结合形成生物活性蛋白-多酚-铁复合物（如PPI-EGCG-Fe3?复合物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有良好的抗菌效果）；PPI/支链淀粉静电纺丝纳米纤维含大蒜素可有效抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌；负载蜂胶提取物的PPI纳米颗粒对革兰氏阳性菌具有优异抗菌效果；PPI膜中掺杂牛至精油纳米乳液可有效抑制沙门氏菌。
**5. 植物蛋白纳米载体的蛋白性质与制备方法**
植物蛋白纳米颗粒的形成和药物包封受蛋白质结构、溶解度、疏水性和等电点（pI）的协同调控。蛋白质的两亲性结构为负载疏水性药物提供了分子基础。醇溶性蛋白（zein和gliadin）适合通过反溶剂沉淀制备纳米颗粒，而SPI和PPI依赖pH驱动的自组装。疏水残基含量直接决定疏水性药物的负载能力。等电点是静电稳定性的主要决定因素。各制备方法（去溶剂法、自组装法、乳化法、反溶剂沉淀法）在重现性和可放大性方面各有优劣。
**6. 植物蛋白与其他物质的相互作用**
植物蛋白与多糖、合成聚合物和金属离子形成的杂化纳米载体可克服单一植物蛋白纳米颗粒的缺点（低载药量、稳定性差、缓释性能不理想），并整合其他物质的优势赋予纳米颗粒多功能特性。蛋白-多糖相互作用通过共价连接（美拉德型糖基化、酶介导交联）和非共价相互作用（静电吸引、疏水缔合、氢键）形成杂化复合物，可改善机械稳定性、物理化学稳定性和生物相容性。蛋白-聚合物相互作用中，PEG化是最广泛使用的方法，可提高稳定性并降低免疫系统识别。蛋白-金属相互作用通过组氨酸咪唑和半胱氨酸硫醇残基形成金属-配体复合物，为金属导向的蛋白自组装提供了基础。功能组分的合理选择及其与植物蛋白基质相互作用的适当调控对于平衡胶体稳定性、释放行为、抗菌功效和生物安全性至关重要。
**讨论与结论**
本综述系统总结了大豆分离蛋白（SPI）、玉米醇溶蛋白（zein）、麦醇溶蛋白（gliadin）和豌豆分离蛋白（PPI）四种植物蛋白基纳米材料在制备策略、物理化学性质和抗菌应用方面的最新进展。四种植物蛋白递送载体各具特色：SPI具有丰富的反应基团、优异的乳化性能和适中的水稳定性，可负载亲水和疏水性药物，但易受离子强度和pH变化影响；zein易于递送疏水性抗菌剂并具有胃抵抗能力，但在水溶液中不稳定且依赖乙醇；gliadin具有固有的膜破坏抗菌活性和良好的内聚性，但水稳定性更差且具有免疫原性；PPI具有低过敏率、低价格和生产灵活性，但含硫氨基酸含量有限且疏水性低。综合比较，SPI基纳米材料在抗菌应用转化方面最具前景。植物蛋白基纳米系统的抗菌机制主要包括负载活性成分的直接抗菌效应（诱导氧化应激、抑制细菌分裂和能量代谢、抑制生物膜形成或拮抗细菌外排泵）和载体介导的补充抗菌效应（纳米尺寸效应、生物粘附能力、静电相互作用增强膜通透性、生物膜穿透能力、刺激响应性释放）。安全性评价涉及细胞毒性、血液相容性、免疫原性和过敏原性以及金属特异性毒性等方面。尽管植物蛋白基纳米系统在抗菌剂递送方面展现出巨大潜力，但仍面临稳定性与可放大制备、批次间变异、安全性问题和标准化评价方法等挑战。在纳米技术、材料科学和生物工程的跨学科合作下，整合多种抗菌策略和精准智能药物递送可能成为植物蛋白基抗菌纳米系统的热点研究方向。
