《Food Research International》：Design and evaluation of pectin-based nanoparticles for overcoming biological barriers as insulin carriers with oral administration potential
编辑推荐：
•人们制备了基于果胶的纳米颗粒，用作口服胰岛素递送载体。•这类纳米颗粒能在胃液中保护胰岛素，并在中性pH环境下释放胰岛素。•酯化程度适中的果胶纳米颗粒具有最佳的上皮细胞转运效果。•通过细胞摄取以及可逆的连接结构开放，可进一步提升胰岛素的转运效率。•与亚临界水处理相比，酯化程度的控
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人们制备了基于果胶的纳米颗粒，用作口服胰岛素递送载体。
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这类纳米颗粒能在胃液中保护胰岛素，并在中性pH环境下释放胰岛素。
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酯化程度适中的果胶纳米颗粒具有最佳的上皮细胞转运效果。
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通过细胞摄取以及可逆的连接结构开放，可进一步提升胰岛素的转运效率。
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与亚临界水处理相比，酯化程度的控制对胰岛素的上皮细胞转运影响可能更大。
引言
糖尿病是一种日益严重的公共卫生问题，预计到2050年全球患病人数将超过13亿（Ong等人，2023年）。对于1型糖尿病患者而言，胰岛素在控制血糖方面依然不可或缺（Snaith等人，2025年）。然而，传统的胰岛素治疗仍主要依赖反复注射，这种方式不仅痛苦、不便，还会降低患者的治疗依从性（Wang、Sun和Mu，2024年；Zheng等人，2025年）。因此，口服胰岛素是一种极具吸引力的非侵入性替代方案，但其临床应用却因极低的胃肠道吸收率而受到限制。
胰岛素口服生物利用度低是由于存在多种连续的生物屏障。在胃部，酸性环境及蛋白水解酶会在胰岛素到达肠道之前使其变性或降解（Wang等人，2024b年）。在肠道腔内，黏液层由于其致密、含水量高且带负电的黏蛋白网络，会进一步阻挡并清除大分子物质（Ahmad等人，2024年；Wu等人，2017年）。即便穿透了黏液层，胰岛素还必须通过跨细胞或旁细胞途径穿过肠道上皮细胞（Xiao等人，2020年）。胰岛素分子体积较大、亲水性强且带有电荷，这些特性都会阻碍其被动跨细胞扩散，而紧密连接则限制了蛋白质的旁细胞转运（Gonschior等人，2022年）。因此，一种有效的口服递送载体应当能够在胃部保护胰岛素，穿透黏液层，与上皮细胞发生相互作用，同时提升转运效率，且不会造成不可逆的屏障损伤。
为克服这些障碍，人们研究了包括聚合物纳米颗粒、金属有机框架以及共价有机框架在内的各种纳米颗粒递送系统。与无机或基于框架的递送载体相比，多糖纳米颗粒具备生物相容性、可生物降解性，且制备简单，结构还可根据需求进行调整，非常适合长期口服使用。不过，递送载体的性能不仅取决于对药物的保护作用，还取决于该材料本身是否能够响应胃肠道的pH值，从而形成有助于穿透黏液层并被上皮细胞吸收的表面特性。这就使得基体材料的选择变得极为重要。
果胶因其生物相容性、可生物降解性，以及可通过羧基响应pH值的变化，而被视为用于口服胰岛素递送的理想基体材料（Isiklan和Tokmak，2019年；Li等人，2021b年）。在胃酸环境中，质子化的羧基有助于使基于果胶的纳米颗粒聚集，进而保护胰岛素；而在中性或弱碱性条件下，羧基脱质子后会促使颗粒膨胀并释放胰岛素（Li等人，2021a年；Pei等人，2024年）。
当这些纳米颗粒进入肠道后，其跨上皮细胞转运效率主要受颗粒大小、表面电荷以及亲水/疏水特性等因素的影响（Zheng等人，2024年）。通常情况下，较小的纳米颗粒能够更好地避开黏液层的阻挡，提高渗透效率，它们可以通过内吞作用进入细胞，或者穿过紧密连接实现转运（Banerjee等人，2016年）。纳米颗粒的表面电荷决定了它们与肠道上皮细胞膜的相互作用。带正电荷的纳米颗粒可以通过静电作用更有效地与细胞膜结合，从而促进内吞作用，提升跨上皮细胞转运效率。不过，过强的正电荷可能会导致颗粒过度吸附在肠道黏液层上（Yuan等人，2024年），进而妨碍胰岛素的有效转运。
基于果胶的纳米颗粒的性能与果胶的结构密切相关，而果胶的结构又影响着颗粒的形成、表面特性、对pH值的响应能力以及上皮细胞转运情况。在这些特性中，酯化程度和分子量尤为重要，因为它们决定了羧基的可用性、链的柔韧性以及分子间的组装方式，进而影响纳米颗粒在药物递送过程中的表现。因此，控制酯化程度和分子量是优化基于果胶的纳米颗粒物理化学及生物特性的有效策略。通过化学修饰，可以调整果胶中游离羧基和甲氧基的比例，从而改变其表面电荷及对pH值的响应行为（Peng等人，2016年）。此外，亚临界水处理也被认为是一种绿色且高效的果胶提取与修饰方法，因为它无需使用强矿物酸即可促进果胶的溶解和部分水解。先前的研究已经表明，亚临界水能够改变果胶的分子量、酯化程度、流变学性质、凝胶特性以及生物活性（Basak和Annapure，2022年）。因此，将化学修饰与亚临界水处理相结合，或许能够获得结构可调控的果胶材料，用来制备具有口服给药潜力且具备更强生物屏障穿透能力的胰岛素纳米载体。
为解决现有口服胰岛素递送系统存在的诸多问题，我们采用了之前报道的策略来制备基于果胶的纳米颗粒，其中海藻酸钠和γ-聚谷氨酸被用作辅助成分，以帮助纳米颗粒的组装与稳定（Chen等人，2025年）。本研究假设，通过化学修饰和亚临界水处理，可以调整作为主要基体材料的果胶的酯化程度和分子量，进而优化基于果胶的纳米颗粒的物理化学性质。如此一来，基于果胶的纳米颗粒或许能够提升胰岛素的跨上皮细胞转运效率，为其作为口服胰岛素递送载体的应用奠定基础。
章节要点
材料
本研究使用的天然果胶来自柑橘果皮（P9135，CAS编号为9000-69-5，分子量为693千道尔顿，酯化程度为49.72%，干燥损失率为5.80%，单糖组成见表S1：岩藻糖1.31%，鼠李糖9.06%，阿拉伯糖4.51%，半乳糖28.56%，葡萄糖5.30%，木糖1.30%，半乳糖醛酸49.96%），该果胶购自美国圣路易斯的Sigma-Aldrich公司。海藻酸钠（O0584，CAS编号为9005-38-3，分子量为290千道尔顿，甘露糖醛酸与古洛糖醛酸的比例为1:2，干燥损失率为15.00%，1%水溶液的粘度为500至600毫帕·秒）则购自东京化学工业公司。
果胶的分子量
如表1所示，由于在脱酯过程中快速加入氢氧化钠，会在过碱环境中引发β-消除反应，因此LEP（630.91千道尔顿）和MLEP（632.38千道尔顿）的分子量较NP（693.59千道尔顿）略有下降（Yang等人，2018年）。而MHEP（688.60千道尔顿）和HEP（686.17千道尔顿）的分子量则与NP相近。经过亚临界水处理后，果胶的分子量会随着处理时间的增加而降低，SW40处理后的果胶分子量仅为286.52千道尔顿。这些结果
结论
本研究证明了基于果胶的纳米颗粒作为胰岛素递送载体的可行性，这类载体具备口服给药的潜力，能够帮助克服多种关键的生物屏障。通过酯化程度调整和亚临界水处理，可以改变果胶的物理化学性质，进而调控基于果胶的纳米颗粒的尺寸、Zeta电位、胰岛素包封效率以及体外释放行为。在胃液环境中，基于果胶的纳米颗粒几乎不释放胰岛素，这表明它们能够有效保护胰岛素免受胃酸的破坏
作者贡献说明
陈诺：文章撰写——审阅与编辑，文章撰写——初稿撰写，正式分析，数据整理。张希佳：实验研究，概念构思。曹伟超：软件应用，方法设计。田洪：项目监督，资源提供。施静：数据可视化。华晓：文章撰写——审阅与编辑，项目管理，资金筹集。
未引用参考文献
Li等人，2021年
Li等人，2021年
Wang等人，2024年
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知利益冲突或个人关系。
致谢
本研究得到了巴彦淖尔市中央政府地方科技发展引导基金项目（编号：2024ZY0060）、内蒙古自治区科技计划项目（编号：20241125KYY0004）以及山东省科技计划项目（编号：2024TSGC0489）的资助。
伦理声明
作者声明，本研究未涉及人类或动物实验对象。
陈诺|张希佳|曹伟超|田洪|施静|华晓
