《Food Bioscience》：Carrier-Free Self-Assembled Nanoparticles from Pomegranate Peel with Anti-
Staphylococcus aureus Activity
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摘要抗生素的滥用推动了耐药性金黄色葡萄球菌在全球的传播，这凸显出寻找天然抗菌替代品的迫切需求。石榴皮作为一种富含多酚和黄酮类的农业副产品，其直接提取物具有有限的抗菌效果。受植物煎剂中自组装现象的启发，我们开发了一种煎剂冻融法，利用石榴皮制备出具有规则八面体结构的自组装纳米颗粒。代
摘要
抗生素的滥用推动了耐药性金黄色葡萄球菌在全球的传播，这凸显出寻找天然抗菌替代品的迫切需求。石榴皮作为一种富含多酚和黄酮类的农业副产品，其直接提取物具有有限的抗菌效果。受植物煎剂中自组装现象的启发，我们开发了一种煎剂冻融法，利用石榴皮制备出具有规则八面体结构的自组装纳米颗粒。代谢组学分析鉴定出了33种主要代谢物，其中香豆素、黄酮类、脂肪酸以及氨基酸衍生物是关键的组装成分。这些纳米颗粒的形成机制涉及多酚与金属离子的配位、π-π堆叠、疏水作用以及氢键作用。此外，这类纳米颗粒对金黄色葡萄球菌具有抗菌活性，最低抑菌浓度为6毫克/毫升。它们还能使已形成的金黄色葡萄球菌生物膜生物量减少73.06%，破坏细菌细胞膜的完整性，导致细胞内的核酸和蛋白质泄漏。同时，这类纳米颗粒还能抑制精氨酸生物合成途径中的关键基因表达。另外，它们还具备良好的生物相容性和安全性。总体而言，基于自组装技术的纳米制剂有效提升了植物衍生副产品的生物活性，为可持续的抗菌应用提供了有力方案。
引言
金黄色葡萄球菌是一种典型的革兰氏阳性细菌，也是最常见的食源性病原体之一（Demontier等人，2025；Habib等人，2025）。虽然抗生素挽救了数百万人的生命，但其在环境和食品供应中的残留已十分普遍，甚至在肉类和蛋制品中也能检测到（Pavlovic等人，2026）。抗生素的过度使用使得细菌对多种常用抗生素产生了耐药性，而高剂量暴露则进一步催生了高度耐药的菌株，并带来严重的毒性反应（Miller等人，2024）。此外，长期使用广谱抗生素还会扰乱肠道微生物群落（Saavedra等人，2024）。因此，迫切需要开发无毒且具有针对性的抗生素替代品。植物是天然抗菌物质的宝贵来源，因为植物衍生产品长期以来一直被用于各种医疗用途（Li等人，2024；Song等人，2025）。
石榴（Punica granatum L.）是一种兼具食用和药用价值的果实，富含多种有助于维持人体健康的营养素和生物活性成分（Bertolo等人，2025）。石榴的果皮占比约为39%-53%，在工业化加工过程中会产生大量的副产品废弃物（Campos等人，2022）。石榴皮经过长期进化形成了独特的自然结构，同时也拥有独特的化学成分（Kaderides等人，2021；Ruan等人，2022）。尽管石榴皮复杂的化学结构带来了诸多优势，但它也含有疏水性成分，导致其溶解度较低，进而影响生物利用度。自组装纳米技术为提高难溶于水的天然产品的溶解度和生物利用度提供了一种有效策略，它无需借助合成载体即可构建稳定的纳米结构。
生物系统由有机分子和无机分子组成，这些分子能够对外部刺激做出响应，精确调控物质的组装及时空分布，从而维持有序的生物活动（Luo等人，2024；Song等人，2023）。自组装作为推动系统从无序走向有序的关键过程，为理解复杂生物系统的形成与功能提供了重要切入点。在自然界中，生物体会利用有机基质来引导无机和有机成分的有序组装，从而形成具有特定形态和性质的功能性材料（Luo等人，2024；Yu等人，2026）。植物资源中丰富的生物活性化合物为研究仿生自组装材料提供了宝贵的材料平台。各种植物煎剂在煮沸过程中，由于多糖、蛋白质、有机酸和无机盐等成分之间的非共价相互作用，如氢键、疏水作用和配位作用，能够形成纳米级或微米级的自组装结构（Ma等人，2026；Meng等人，2025；Yu等人，2026）。石榴皮煎剂是一种复杂的多元组分体系，其中的各成分通常并非以单独的化合物形式存在，而是以各种自组装结构的形式存在。利用天然生物质作为制备功能性纳米结构的原料受到了广泛关注，这也促使我们运用自组装纳米技术来提升石榴皮的抗菌活性。自组装系统不仅易于合成，还具有较高的载药能力，因为它能够在无需任何载体的情况下实现稳定的药物输送（Zhao等人，2026；Zhao等人，2025）。因此，石榴皮煎剂可作为设计构建超分子系统的功能组分。
受此启发，我们的研究发现，通过简单的冻融处理，石榴皮煎剂能够形成具有规则八面体结构的自组装纳米颗粒。这与以往报道的纯单体分子的直接组装方式不同（Ma等人，2026；Meng等人，2025；Yu等人，2026），这类纳米颗粒的组装并非依赖于人工设计的分子结构，而是源于天然复杂系统的自组装行为。所获得的这类纳米颗粒具有明确的组成成分，且其抗菌活性明显高于没有自组装结构的样品。它们对金黄色葡萄球菌具有多种抑制作用，包括破坏已形成的生物膜、打破细胞膜完整性以及抑制与致病性相关的基因表达。石榴皮制备这类纳米颗粒的方法简单且环保，为食品科学、医学和材料科学领域的最新研究成果提供了有益补充。
内容节选
自组装的形成
这类自组装纳米颗粒的制备方法如下：将15克石榴皮碎片放入煎剂容器中，然后加入150毫升双蒸水。浸泡1小时后，将混合液继续煮沸1小时。之后将所得煎剂在10,000×g的条件下离心20分钟，以去除固体残留物。收集上清液后将其置于-20°C下保存过夜，随后在25°C下解冻，再在相同条件下进行第二次离心。弃去上清液后
自组装的形成与形态特征分析
在我们对传统植物来源的天然抗生素进行研究时，发现石榴皮煎剂能够自组装成颗粒状结构。这类纳米颗粒具有规则的形态、均匀的粒径、良好的分散性，以及典型的八面体结构（图1B）。为阐明其形成机制，我们研究了煮沸和冻融处理这两种关键因素的影响。在仅进行冻融处理而不煮沸的情况下，所得颗粒的形状是不规则的。而在仅煮沸而不进行冻融处理的情况下
结论
我们采用了煎剂冻融法来制备这类自组装纳米颗粒，煮沸和冻融处理是颗粒形成的关键且不可或缺的条件。代谢组学分析鉴定出了33种主要代谢物，其中香豆素、黄酮类、脂肪酸以及氨基酸衍生物是关键的组装成分。这类纳米颗粒的形成是由多种非共价相互作用驱动的，包括多酚与金属离子的配位、π-π堆叠、疏水作用以及氢键作用
作者贡献说明
李美琪：软件应用、研究方法设计、实验研究、数据整理。胡宇：实验研究。王晓凡：初稿撰写、软件应用、实验研究、正式分析、数据整理。梁若楠：资源提供。刘长红：研究指导、方法设计。严玲：研究指导、资源提供、资金筹集、概念构思。郑雷：项目管理工作、资金筹集
未引用参考文献
Miller和Arias，2024年。
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已知财务利益冲突或个人关系。
致谢
本研究得到了中国国家自然科学基金（编号：32102128）、安徽省自然科学基金（编号：2508085MC046）以及安徽省重点研发计划（编号：2023n06020010）的支持。
Xiaofan Wang|Meiqi Li|Yu Hu|Ruonan Liang|Changhong Liu|Ling Yan|Lei Zheng
中国合肥工业大学食品与生物工程学院，合肥230009
