《Food Research International》：Formation, biological consequences, and machine learning perspectives of protein corona on nanoparticles during digestion
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•综述了纳米颗粒在胃肠道消化过程中蛋白冠的研究进展。•总结了控制蛋白冠形成和演变的关键因素。•概述了蛋白冠的表征方法及其局限性。•分析了蛋白冠对酶活性和负载物释放的生物学影响。引言纳米颗粒（NPs）是尺寸通常在 1 到 1000 nm 之间的纳米级材料，由于其小尺寸、大比表面
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综述了纳米颗粒在胃肠道消化过程中蛋白冠的研究进展。
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总结了控制蛋白冠形成和演变的关键因素。
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概述了蛋白冠的表征方法及其局限性。
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分析了蛋白冠对酶活性和负载物释放的生物学影响。
引言
纳米颗粒（NPs）是尺寸通常在 1 到 1000 nm 之间的纳米级材料，由于其小尺寸、大比表面积和可调节的表面特性，具有独特的理化性质（Kumari 等人，2020）。这些性质使其在药物和生物活性营养素的封装和递送方面得到广泛应用，有助于提高功能化合物的稳定性、控释和生物利用度（Ghosh & Panicker，2021）。在食品工业中，纳米技术通过开发基于纳米颗粒的递送系统，越来越多地被探索用于改善食品稳定性、功能特性和营养性能（Lu 等人，2022）。例如，纳米封装策略已被用于保护敏感的生物活性化合物，并增强其在功能性食品中的掺入（Baruah 等人，2024）。此外，基于纳米颗粒的材料在食品包装应用中显示出潜力，通过提供抗菌和抗氧化特性来延长产品保质期（Rizal 等人，2023）。
当 NPs 进入胃肠道环境时，它们会遇到一个复杂的生物环境，其中含有多种生物分子，包括消化蛋白、肽、脂质、胆汁成分、粘蛋白、碳水化合物和离子。这些周围成分可能共同影响纳米颗粒的转化和生物学相互作用。其中，蛋白质是研究最广泛且功能表征最清楚的冠层组成成分（Monopoli 等人，2012）。在暴露于生物流体后，NPs 通过各种理化相互作用迅速与周围蛋白质相互作用，形成被称为蛋白冠（PC）的动态界面层（Dawson & Yan，2021）。虽然其他生物分子成分也可能参与形成更广泛的生物分子冠，但蛋白质吸附仍然是决定纳米颗粒生物身份和随后命运的关键因素。PC 的形成可以改变 NPs 的理化性质，进而影响其生物学行为，包括生物分布、细胞相互作用、免疫识别、摄取效率、递送性能和潜在毒性（Farshbaf 等人，2022；Xu 等人，2022；Zhang 等人，2021）。
正如 Tomak 等人（2021）所强调的，在胃肠道条件下控制 PC 形成和演变的机制仍理解不足。现有研究通常依赖于简化的体外系统，无法完全重现消化的顺序性和多组分特性。因此，仍存在几个未解决的挑战。首先，冠层相关蛋白的动态交换，包括与竞争吸附和 Vroman 效应相关的过程，需要在生理相关的消化条件下进一步研究。其次，仍需要标准化和实时的表征方法来准确监测消化过程中的冠层演变。第三，由于胃肠道环境的复杂性，体外冠层特征与体内生物学结果之间的关系仍然难以建立。解决这些挑战需要整合先进表征技术、生理相关的消化模型以及能够连接纳米颗粒性质与冠层组成和生物功能的计算方法。
本综述通过整合三个相互关联的方面，对 NPs 上的蛋白冠提供了全面的概述：冠层形成和演变的机制、与冠层介导的相互作用相关的生物学后果，以及用于冠层表征的先进技术。此外，还讨论了新兴的机器学习方法作为整合多维理化与生物信息以改善对消化蛋白冠行为的理解和未来预测的潜在工具。通过总结当前进展、确定方法学挑战并强调未来研究机会，本综述旨在为功能性食品及相关应用中基于纳米颗粒递送系统的理性设计和安全评价提供见解。
章节摘要
蛋白冠形成的机制
进入生物流体后，NPs 立即被一层吸附蛋白包围，形成所谓的 PC。PC 的形成是一个动态过程，受 NPs 的理化性质、周围生物分子的特性和环境条件影响（Galdino 等人，2021）。
从动力学角度来看，PC 的形成代表一个伴随 Vroman 效应的动态平衡过程。在多重蛋白系统中，高丰度蛋白质
有机纳米颗粒
有机 NPs 主要由蛋白质、脂质或碳水化合物组成，广泛用于封装营养素和调节食品的感官或营养特性。它们通常被认为是可生物降解和生物相容的，使其成为口服递送系统的有吸引力的候选者。
纳米颗粒蛋白冠表征技术
NPs 蛋白冠的形成和演变涉及蛋白组成、NPs 理化性质、蛋白构象和界面相互作用的复杂变化。因此，PC 的全面表征通常需要结合多种分析方法。不同技术提供不同类型的证据，没有单一方法能独立确定 PC 的完整特征。因此，选择和解释
蛋白冠形成对纳米颗粒的生物学后果
不同 NPs 类别上形成的 PC 在组成和结构上存在差异，这些差异影响所得 NPs-蛋白复合物的生物学行为，包括酶活性、负载物释放和细胞摄取（图 3）。
机器学习辅助分析和消化蛋白冠的展望
胃肠道消化过程中的 PC 形成是一个高度动态和复杂的过程，由 NPs 理化性质、消化环境和生物分子成分之间的相互作用调节。与常规生物流体不同，胃肠道涉及顺序且不断变化的条件，包括 pH、消化酶、胆汁盐、离子强度和食品基质成分的变化。这些因素共同影响蛋白吸附、交换
结论
目前研究表明，消化 PC 形成是一个动态且依赖于背景的过程，受多种因素影响，包括纳米颗粒尺寸、形态、表面化学、胃肠道条件和周围生物分子环境。在不同的纳米颗粒系统中，这些因素共同决定冠层组成、演变和功能后果。然而，PC 对 NPs 性能的影响并非普遍有利或有害。
CRediT 作者贡献声明
袁佩华：写作 - 初稿，方法论，正式分析，概念化。林前珠：资源，概念化。李晓静：正式分析。金征宇：监督。季航燕：正式分析。李志涛：写作 - 审查和编辑，资源。邱超：写作 - 审查和编辑，监督，资源。
利益冲突声明
作者声明，他们没有任何已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。
致谢
这项工作得到了江南大学食品科学与工程国家重点实验室开放课题项目（编号：SKLF-KF-202503）的支持。
袁佩华 | 林前珠 | 李晓静 | 金征宇 | 季航燕 | 李志涛 | 邱超
