《Food Frontiers》：Hawthorn Polyphenol Nanoparticles Alleviate Exercise-Induced Fatigue by Modulating Energy Metabolism and the Gut Microbiome in Mice
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多酚具有多种生理效应；然而，由于其不稳定的性质，其效用受到其有限生物利用度的阻碍。通过将它们包封在纳米颗粒中可以提高生物利用度。在本研究中，研究人员使用反溶剂法和层层自组装技术制备了山楂多酚纳米颗粒（HPN），并研究了HPN缓解小鼠运动诱导疲劳的效果。HPN的
多酚具有多种生理效应；然而，由于其不稳定的性质，其效用受到其有限生物利用度的阻碍。通过将它们包封在纳米颗粒中可以提高生物利用度。在本研究中，研究人员使用反溶剂法和层层自组装技术制备了山楂多酚纳米颗粒（HPN），并研究了HPN缓解小鼠运动诱导疲劳的效果。HPN的平均尺寸为63.37 nm。HPN在6 h后的1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）自由基清除活性和模拟肠液保留率分别比未包封形式高65.08%和98.91%。HPN在小鼠体内的保留时间延长至19.7 h。抗重力游泳力竭时间从模型组的114 s增加到HPN组的225 s（p < 0.05）。这些效应与疲劳相关代谢物水平的降低、抗氧化酶活性的增加、激素水平的降低以及能量储备的增加有关（p < 0.05）。HPN通过调节肠道菌群的丰度和组成以及AMPK、PI3K、Akt和mTOR的mRNA表达水平来缓解疲劳。总之，本研究表明，HPN可以实现多酚的持续释放并缓解运动诱导的疲劳，为其在功能性运动食品中的应用提供了理论基础。
研究背景方面，运动疲劳是指长时间或剧烈运动后肌肉力量和运动表现下降的生理状态。慢性运动诱导的疲劳会导致有害代谢物的积累、肠道菌群失衡和免疫功能障碍。传统的按摩、手法治疗和药物治疗等干预手段能在一定程度上缓解疲劳症状，但效果不一且药物可能带来副作用、成瘾性并掩盖潜在健康问题。天然酚类化合物因其无副作用且具备强抗氧化、增强线粒体功能和抗炎等生物活性，被视为缓解运动疲劳的潜在营养干预措施。然而，由于多酚含有不稳定的羟基和糖苷键，在胃肠道内容易因pH波动和酶活性而降解，导致其生物利用度较低，限制了其在运动营养和功能性食品中的应用。近年来，纳米递送系统因其能增强天然多酚产物的胃肠道稳定性和生物利用度而备受关注。玉米醇溶蛋白和果胶作为壁材，可通过静电吸引和复合凝聚作用保护活性物质，提高结构稳定性和包封率（EE）。前期研究表明，使用壳聚糖制备的山楂多酚（HP）纳米颗粒虽具有缓释和抗氧化特性，但壳聚糖易导致颗粒团聚，降低包封率。因此，本研究旨在利用玉米醇溶蛋白和山楂果胶为基质材料制备HP纳米颗粒，并评估其在小鼠抗重力游泳疲劳模型中的缓解作用。该研究发表在《Food Frontiers》上，为HP在功能性食品中的高效开发和应用提供了新见解。
关键技术方法概括：研究人员主要采用了以下关键技术方法开展研究：采用反溶剂法和层层自组装技术制备山楂多酚纳米颗粒（HPN）。通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）、差热分析/热重分析（DTA/TGA）等对HPN的结构、理化性质进行表征。利用Caco-2细胞模型评估细胞毒性。选用购自北京华富康生物科技有限公司的6周龄雄性昆明小鼠（SPF级）构建负重力竭游泳运动疲劳模型，并给予不同干预物灌胃。通过生化分析法检测血液和组织的疲劳代谢物及能量储备指标，采用H&E染色观察骨骼肌病理变化，利用实时荧光定量PCR（RT-qPCR）检测相关基因mRNA表达水平，并通过16S rRNA测序分析小鼠肠道菌群的变化。
研究结果：
3.1 HPN的表征
3.1.1 HPN包埋量（LC）和Zeta电位
通过反溶剂法和自组装技术制备HPN，测得其包封率（EE）为85.16%，药物包埋量（LC）为53.46%，较传统方法有所提高。HPN的Zeta电位为-14.73 mV，较低的Zeta电位表明封装后的HP稳定性增强。
3.1.2 HPN的微观结构特征
通过透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）观察表明，HPN呈近球形形貌，平均粒径为63.37 nm，具有均匀致密的三维网络结构。
3.1.3 HPN的结构分析
通过FTIR分析表明，HPN在吸收峰位置发生红移且部分特征峰消失，表明没有形成新的化学键，HP通过氢键和静电相互作用高度相容并整合入玉米醇溶蛋白和果胶中。
3.1.4 HPN的晶体结构分析
通过XRD分析表明，HPN表现出宽弥散峰且无新的尖锐衍射峰，说明HP的加入没有改变玉米醇溶蛋白-果胶的无定形性质，且促使分子链重排，形成了更紧凑的纳米结构。
3.1.5 HPN的热重分析（TGA）
通过TGA分析显示，HPN的热分解分为三个阶段，封装有效延迟了HP的热分解并改善了其热稳定性。
3.1.6 HPN的抗氧化能力
通过DPPH自由基清除实验表明，HPN的半抑制浓度（IC
50）低于游离HP，其清除自由基能力显著增强，表明封装提高了抗氧化能力。
3.1.7 HPN的体外释放特性
在模拟胃液消化（SGF）和模拟肠液消化（SIF）中，HPN的多酚保留率均显著高于HP，表明封装有效增强了多酚的缓释特性并提高了生物利用度。
3.1.8 pH、温度、光照和储存条件对HPN稳定性的影响
在不同pH、温度、光照和储存条件下测试，HPN的保留率大多高于HP，表现出良好的环境稳定性，尤其在肠液pH和避光储存条件下保留率显著提升。
3.2 HPN的细胞毒性评估
通过CCK-8法评估发现，在0-1000 μg/mL浓度范围内，Caco-2细胞存活率均高于97.51%，表明HPN具有良好的生物安全性。
3.3 HPN的生物利用度
通过小鼠体内药代动力学分析表明，与游离HP相比，HPN的达峰时间（Tmax）延迟，消除时间延长，血药浓度-时间曲线下面积（AUC
0-t）增加了约2.99倍，显著提高了全身暴露量和体内保留率。
3.4 HPN对缓解小鼠游泳疲劳的作用
3.4.1 HPN延长小鼠游泳力竭时间
通过负重力竭游泳实验发现，HPN组小鼠的游泳时间显著长于模型组（M），且略长于HP组，表明封装后的多酚有效增强了运动耐力。
3.4.2 HPN不影响小鼠体重和平均摄食量
在整个实验周期内，各组小鼠体重和食物摄入量无显著差异，说明灌胃给药不会对小鼠生长和发育产生不良影响，且疲劳缓解并非由食物摄入增加引起。
3.4.3 HPN降低小鼠肝脏指数
干预后，HPN组小鼠的肝脏指数恢复至接近对照组（C）水平，表明营养补充对运动引起的肝脏应激具有有效保护作用。
3.4.4 HPN降低小鼠疲劳相关代谢物水平
生化分析显示，HPN显著降低了血尿素氮（BUN）、L-乳酸（L-LD）和丙二醛（MDA）水平，表明其能加速疲劳代谢物的运输和清除，阻断氧化损伤。
3.4.5 HPN提高小鼠抗氧化酶活性
HPN显著提高了超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活性，尽管由于缓释特性其短期活性低于HP，但表现出持久的抗氧化和抗疲劳作用。
3.4.6 骨骼肌H&E染色切片
组织学观察显示，HPN组小鼠骨骼肌纤维纵向排列相对规则，断裂明显减少，炎症反应减轻，表明HPN有效减轻了运动引起的肌肉损伤。
3.4.7 HPN降低小鼠应激激素水平
HPN显著降低了皮质醇水平，表明其能够有效抑制下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴的过度活动，恢复正常的应激反应功能。
3.4.8 HPN增加小鼠能量储备
HPN显著增加了肌糖原（MG）和肝糖原（LG）含量，表明其能改善整体能量代谢，延缓疲劳发生。
3.4.9 HPN调节AMPK、PGC-1α、PI3K、Akt和mTOR基因通路的mRNA表达
通过RT-qPCR检测发现，HPN显著上调了AMPK、PGC-1α、PI3K和Akt的mRNA表达水平，并下调了mTOR水平，表明其可能通过调节能量代谢和蛋白合成相关基因缓解疲劳。
3.5 HPN对小鼠肠道菌群的影响
通过16S rRNA测序分析显示，运动疲劳导致小鼠肠道菌群α多样性和β多样性降低，群落结构改变。HPN干预显著恢复了菌群多样性和均匀度，群落结构接近对照组。HPN增加了Lactobacillus和Akkermansia等有益菌的丰度，降低了炎症相关菌的丰度，有助于修复肠道屏障并恢复肠道健康。
讨论与结论：
在讨论部分，研究人员总结道，HPN的纳米级粒径、致密的玉米醇溶蛋白-果胶网络和分子间相互作用协同改善了HP的稳定性、控释特性和功能完整性。体内生物安全性评价表明HPN具有良好的生物相容性。HPN通过减少疲劳相关代谢物、增加抗氧化酶活性、降低应激激素水平和增加能量储备来有效缓解运动疲劳。其机制可能涉及上调AMPK和PGC-1α等能量代谢基因，促进线粒体生物发生和能量利用；上调PI3K和Akt促进糖原合成；下调mTOR减少能量消耗。此外，HPN通过调节肠道菌群丰度和组成，增加Lactobacillus和Ligilactobacillus等有益菌，改善肠道屏障和抗氧化能力，进一步发挥抗疲劳作用。
研究结论部分翻译如下：总之，研究人员使用反溶剂和自组装方法制备了HPN。该制备方法有效解决了HP在胃环境中稳定性差和易释放的问题，相对安全，且表现出改善的生物利用度。HPN在负重游泳模型中缓解了运动诱导的疲劳。其作用机制与降低L-LD、BUN、MDA和皮质醇水平，增加肝脏和骨骼肌中的糖原储备，以及增强SOD和CAT活性，并调节肠道菌群的丰度和组成有关。然而，本研究尚未完全阐明这些效应背后的因果机制。未来研究应进一步在分子和细胞水平上探讨其机制基础，评估不同剂量和持续时间的疗效，并评估其在长期和临床相关环境中的安全性和适用性。
