甘露糖接枝亚麻籽蛋白/乙基纤维素纳米颗粒用于α-亚麻酸的主动靶向递送:共组装机制、巨噬细胞靶向作用及抗炎活性

《Food Bioscience》:Mannose-grafted flaxseed protein/ethyl cellulose nanoparticles for active targeted delivery of α-linolenic acid: Co-assembly mechanism, macrophage targeting, and anti-inflammatory activity

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年08月15日 来源:Food Bioscience 6.2

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  摘要α-亚麻酸可通过调节巨噬细胞极化来发挥抗炎作用;然而,由于其水溶性差、化学稳定性低,且在炎症部位积累不足,极大限制了其实际应用。本研究通过甘露糖接枝亚麻籽蛋白与乙基纤维素的共组装,制备出了新型主动靶向纳米颗粒(gFP-ECNPs)。多光谱分析及粗粒化分子动力学模拟表明,疏水相

  

摘要

α-亚麻酸可通过调节巨噬细胞极化来发挥抗炎作用;然而,由于其水溶性差、化学稳定性低,且在炎症部位积累不足,极大限制了其实际应用。本研究通过甘露糖接枝亚麻籽蛋白与乙基纤维素的共组装,制备出了新型主动靶向纳米颗粒(gFP-ECNPs)。多光谱分析及粗粒化分子动力学模拟表明,疏水相互作用和氢键驱动了这种共组装过程。ALA被包裹在疏水核心中,同时保持了蛋白质的构象,封装效率高达94.22%。此外,gFP-ECNPs能在模拟胃液中保护ALA,显著提高其在模拟肠道液中的生物利用度(66.95%)。细胞实验验证了gFP-ECNPs能特异性靶向RAW264.7细胞。这种靶向摄取有效抑制了活性氧的产生以及促炎细胞因子(IL-1β、IL-6和TNF-α)的积累,同时提升了IL-10的水平。总体而言,gFP-ECNPs对活性巨噬细胞的有效靶向为设计疏水性生物活性物质的递送平台提供了实用框架和机制依据。

引言

炎症是免疫系统抵御外部威胁和内部损伤的首要防御机制。这一过程由涉及免疫细胞和炎症介质的复杂网络调控(Medzhitov, 2021)。作为先天免疫的重要组成部分,巨噬细胞凭借其独特的表型可塑性参与整个炎症过程的调控。根据微环境信号的不同,它们主要极化为两种功能状态:M1表型会促进炎症反应,而M2表型则有助于组织修复和免疫抑制(Peng等人,2024)。但在炎症性肠病等情况下,M1与M2之间的动态平衡会被打破,此时巨噬细胞会持续处于M1极化状态。这种持续的激活会导致促炎介质过度产生,氧化应激加剧,进而加重局部组织损伤,形成慢性炎症微环境(Deng, Jia, Liu, He, & Liu, 2025)。因此,近年来,利用活性成分将巨噬细胞极化向M2表型已成为炎症治疗和免疫调节研究的重要方向。
天然脂质信号分子在调控细胞功能、氧化状态及免疫反应中起着重要作用(Morris, Gevezova, Sarafian, & Maes, 2022)。其中,α-亚麻酸因其独特的结构特征及其代谢产物的生物活性,在营养科学、免疫学及药物递送研究领域一直备受关注(P. Zhu, Fan, Yan, & Li, 2024)。作为一种必需的ω-3脂肪酸,ALA对维持人体健康至关重要。但人体无法自行合成ALA,必须通过食物摄入。富含ALA的食物包括奇亚籽、核桃、紫苏和亚麻籽,藻类中也含有ALA;野生沙丁鱼等鱼类所含的ALA量则非常少(P. Zhu, Fan, Yan, & Li, 2024)。据认为,ALA可通过多种机制促使巨噬细胞极化向M2表型,包括参与脂质介导的信号通路、调节膜脂组成、影响代谢重编程以及减轻氧化应激。此外,ALA的抗炎作用还可能与降低促炎介质水平、减轻氧化损伤以及调节多种酶和信号通路的活性有关(P. Zhu等人,2024;Tie, Chen, & Tan, 2024)。Zhu等人(2020)发现,在急性肺损伤炎症的小鼠模型中,摄入ALA可抑制促炎介质的分泌,同时增加抗炎细胞因子的含量,从而发挥良好的抗炎效果。不过,由于ALA的物理化学性质存在诸多限制,如易氧化、热稳定性差、水溶性低、体内吸收效率有限,且难以靶向免疫细胞,其在生物系统中的应用仍受到诸多制约(P. Zhu等人,2024)。这些限制使得难以在体内维持具有治疗意义的ALA浓度,进而限制了其在炎症调节和免疫治疗领域的应用潜力。同样,这些因素也导致ALA难以在整个治疗过程中保持足够的药物浓度,进一步限制了其在炎症调控和免疫治疗中的实用价值。
为克服ALA的固有不稳定性,研究人员开发了多种纳米载体(如脂质体、聚合物纳米颗粒和乳剂),用以保护活性脂质成分并提升其生物利用度。然而,传统递送系统主要依靠被动积累,无法满足巨噬细胞靶向递送的实际需求(Hussain, Khan, Siddique, Altamimi, & Ramzan, 2025;J. Liu, Wan, Lyon, & Hu, 2020)。因此,利用在巨噬细胞上高表达的甘露糖受体(CD206)作为靶点,是一种实现主动细胞靶向的有效策略。通过在递送系统表面修饰甘露糖,可以特异性触发受体介导的内吞作用,从而显著提高巨噬细胞的摄取效率(Colino, Lanao, & Gutierrez-Millan, 2020;Heinrich, Martina, & Prakash, 2020)。不过,小分子甘露糖无法直接作为独立的载体壁材料。因此,将甘露糖接枝到蛋白质上,不仅能显著增强其与目标受体的结合能力,还能为活性成分构建稳定的载体壁结构。亚麻籽蛋白因其出色的生物安全性和营养价值,非常适合用于这种糖基化处理(Kaushik等人,2016;Sharma & Saini, 2022)。但蛋白质基质在胃肠道中仍易被酶降解,因此在该系统中加入乙基纤维素十分必要。作为稳定剂,EC能够显著提升靶向递送系统的结构稳定性及其可控释放特性。作为一种疏水性、生物相容性的多糖衍生物,EC因其优异的无毒性、阻水性能、良好的成膜能力、可控的缓释效果以及机械强度,被视为递送系统的理想载体壁材料(Al-Musawi等人,2023;Y. Yang, Xie, Liu, Kong, & Wang, 2020)。但目前现有的ALA递送系统主要侧重于提升其物理化学稳定性和生物利用度,而对巨噬细胞识别及递送方面的研究相对较少。此外,甘露糖接枝的亚麻籽蛋白与乙基纤维素之间的共组装行为,以及它们形成稳定载有ALA的纳米结构的机制,目前仍不完全清楚。更重要的是,这类复杂系统是否能在保持甘露糖介导的巨噬细胞识别的同时,进一步提升ALA的稳定性和生物利用度,这一问题也尚未得到系统研究。
基于上述情况,本研究提出了一种复合纳米载体系统(gFP-ECNPs),该系统由甘露糖糖基化的亚麻籽蛋白与乙基纤维素协同构成,旨在提升ALA的稳定性与利用效率,并实现巨噬细胞靶向递送。本研究通过测定粒子大小、ζ电位、荧光光谱、红外光谱和圆二色光谱,以及分析封装效率和结构特征,对gFP-ECNPs进行了表征。此外,还利用粗粒化分子动力学方法动态追踪纳米颗粒的自组装过程,为所提出的自组装机制提供了进一步的支持。最后,在体外环境中评估了gFP-ECNPs的抗氧化性能、甘露糖介导的靶向作用以及抗炎效果。预计这一递送平台的开发将在炎症和免疫调节领域带来应用前景。从实际应用角度而言,gFP-ECNPs可作为预分散的水性浓缩液,添加到液态或半固态食品中,如发酵乳制品、植物基产品以及乳化饮料。ALA的包封可以提高其在水相中的分散性,减少其与氧气及周围食品基质的直接接触,从而避免因氧化而产生的不良风味。

章节节选

材料

ALA购自中国荷泽的中合金源生物技术有限公司。FP购自中国西安的康多普生物技术有限公司。EC购自中国上海的McLean生化科技有限公司。D-甘露糖购自中国北京的Solarbio科技有限公司。RAW264.7细胞购自中国上海的上海细胞库。RAW264.7细胞专用培养基则购自武汉的BOSTER生物技术有限公司。

粒子大小、多分散性指数及ζ电位

粒子大小、多分散性指数和ζ电位是评估纳米递送系统物理特性、胶体稳定性及制剂质量的关键参数(Guo等人,2025)。如图1a所示,随着gFP-ECNPs中ALA负载浓度的增加,纳米颗粒的平均粒子大小呈上升趋势。gFP-ECNPs-0的粒子大小为109.5纳米。而当ALA浓度升高到2%(w/v)时,粒子大小显著增大至

结论

本研究通过甘露糖接枝亚麻籽蛋白与乙基纤维素的协同共组装,成功制备出一种新型主动靶向纳米级递送系统(gFP-ECNPs),有效解决了ALA化学稳定性差和生物利用度低的问题。多光谱分析及粗粒化分子动力学模拟表明,疏水相互作用与氢键的协同作用推动了纳米颗粒的形成,从而使ALA能够被稳定递送。gFP-ECNPs实现了较高的

关于写作过程中使用生成式AI及AI辅助技术的声明

作者声明,生成式AI和AI辅助工具仅用于提升手稿的可读性和语言质量。所有输出内容均在作者的监督和控制下生成,最终内容也经过了作者的仔细审核和修改。

CRediT作者贡献说明

Chenchen Yang:方法学。Xuan Ma:方法学。Pengyu Zhu:写作——初稿撰写、方法学、概念设计。Jinwei Li:项目管理、资金获取。Aiguo Luo:写作——审阅与编辑。Liuping Fan:写作——审阅与编辑、监督、概念设计

未引用参考文献

Guo等人,2025;Liu等人,2024;Tarhini等人,2018;Zhang等人,2025。

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的利益冲突。

资金支持

本研究得到了新疆自治区重点研发计划项目的资助(编号:2025B04044-003)。

利益冲突声明

作者声明不存在任何已知的、可能影响本文研究结果的财务利益冲突或个人关系。
Pengyu Zhu|Xuan Ma|Chenchen Yang|Liuping Fan|Aiguo Luo|Jinwei Li
中国无锡214122,江南大学食品科学与技术学院
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