《Frontiers in Bioengineering and Biotechnology》：Silk sericin and its biomedical applications: extraction methods, genetic insights (Ser1–Ser6), and developments of multifunctional biomaterials for tissue regeneration
丝胶蛋白（sericin）来源于家蚕（silkworm）的蚕茧。丝胶蛋白在蚕茧中充当胶合剂，将两根丝素（fibroin）纤维黏合在一起。它是一种亲水性、可溶于热水的大分子糖蛋白（glycoprotein）。在丝绸工业中，丝胶蛋白通常在对丝线或织物进行脱胶（degumming）处理时（通常采用肥皂水煮沸）被去除并作为废弃物丢弃。除了易于获取且价格低廉外，丝胶蛋白还具有生物相容性（biocompatible）和生物可降解性（biodegradable）。近年来，丝胶蛋白因其众多通用特性和在化妆品、制药、食品、缓释给药系统（sustained drug delivery）以及功能性生物材料制备（特别是在生物医学领域）等各个领域的潜在应用而受到广泛关注。丝胶蛋白作为一种具有生物相容性、免疫相容性（immune-compatibility）、生物可降解性、抗炎（anti-inflammatory）、抗菌（antibacterial）、抗氧化（antioxidant）和光保护（photoprotective）特性的生物材料，已被认定为一种潜在的生物材料。本综述旨在概述并梳理丝胶蛋白研究的最新进展，特别关注其在组织工程（tissue engineering）中的应用，包括对家蚕丝胶蛋白基因表达（Ser1至Ser6）的见解，以及丝胶蛋白以各种形式（如薄膜、纤维、海绵、凝胶和用于植入物的生物涂层）作为生物材料的使用，还包括用于靶向递送系统的微/纳米载体。尽管丝胶蛋白主要被描述为一种源自废弃物的生物材料，本综述仍试图整合丝胶蛋白基因多样性、提取策略和结构-功能关系，以确定其用于组织工程应用转化潜力的关键决定因素。
1 引言
使用PubMed、Scopus、Web of Science和Google Scholar等电子数据库进行了文献检索，以识别与丝胶蛋白相关的相关研究。重点聚焦截至2026年发表的文章，以突出丝胶蛋白的最新进展。此外，还纳入了具有里程碑意义的研究，以提供必要的基础背景信息。近期，丝胶蛋白已显示出作为一种有效生物聚合物的巨大潜力，其固有特性使其适用于各种生物医学应用。丝胶蛋白通过不同的提取方法从丝绸工业废弃物中获得。从纺织废弃物中大规模回收丝胶蛋白（SS）具有成本效益，因为丝胶蛋白含量丰富，约占丝质量的20%–30%，全球每年产生的废弃物约为50,000吨。分析表明，从脱胶废水中回收丝胶蛋白的单位成本可与商业丝胶蛋白竞争，通过工艺优化可能降低约30%。然而，能源和劳动力成本仍然是重要因素（Wang et al., 2021; Capar and Pilevneli, 2024）。
丝胶蛋白已被发现具有抗氧化、抗菌、抗癌和抗酪氨酸酶（anti-tyrosinase）特性，在食品、制药、化妆品以及最近的再生医学和组织工程领域具有广阔的应用前景。丝胶蛋白来源于鳞翅目（Lepidoptera）幼虫家蚕的未经加工的蚕茧纤维。家蚕科（Bombycidae）和天蚕蛾科（Saturniidae）的家蚕产生具有商业价值的丝。丝通常分为非桑蚕丝（non-mulberry）和桑蚕丝（mulberry）类型。桑蚕（mulberry silkworms）主要属于家蚕科（例如家蚕Bombyx mori），被驯化并专门以桑树为食。相反，非桑蚕属于天蚕蛾科（例如Antheraea mylitta、Antheraea assamensis、Antheraea polyphemus、Antheraea yamamai、Antheraea proylei、Antheraea pernyi），以非桑树叶为食，野生或半驯化。来自家蚕的天然丝纤维由两种主要蛋白质组成：“丝胶蛋白”和“丝素蛋白”。两根丝素原纤维形成疏水核心，周围包裹着一层亲水性胶蛋白“丝胶蛋白”。丝胶蛋白的生物合成发生在家蚕的中部丝腺（MSG）中，分子量范围为10至超过400 kDa（Kunz et al., 2016）。
丝胶蛋白约占不同家蚕物种蚕茧总蛋白质重量的10%–30%。然而，从名为“丝胶希望”（Sericin Hope）的家蚕突变品种中，丝胶蛋白的提取量可高达98.5%。它由18种不同的氨基酸组成，特别是羧基和羟基等极性侧基，其中天冬氨酸约占16.7%，丝氨酸约占33.4%，这有助于其高亲水性（Zhang et al., 2012）。丝胶蛋白的胶粘特性是由于其丝氨酸残基的羟基与结构性丝素蛋白之间形成广泛的分子间氢键。此外，丝胶蛋白中存在多个官能团，如羟基、羧基和氨基，使其能够与其他聚合物进行操纵（共聚、混合和交联），以创造适用于各个领域特定应用的新材料（Kim et al., 2023）。富含甘氨酸、丝氨酸和天冬氨酸的无定形丝胶蛋白（SS）具有高度亲水性，并形成水溶性无规卷曲结构；然而，在干燥、加工或较低温度下，它会转变为致密的结晶β-折叠结构，同时变成微溶或不溶状态。其特性使其在化妆品、制药、生物技术和医疗用途方面具有潜在价值，因为它被广泛认可具有抗紫外线、保湿、生物相容性、抗菌效果、抗酪氨酸酶活性、抗凝血和抗癌特性（Aad et al., 2024）。本综述讨论了丝胶蛋白作为用于组织工程和再生医学（尤其是皮肤再生）的生物材料的详细特性。它强调了丝胶蛋白通过其抗菌、抗氧化和抗炎特性促进皮肤伤口愈合的潜力，这些特性对于有效的组织修复至关重要。基于丝胶蛋白的生物材料的开发通常简单且环境可持续，适用于伤口敷料的广泛应用。
2 桑蚕和非桑蚕
2.1 桑蚕丝胶蛋白
由家蚕（B. mori）产生的丝胶蛋白的分子量范围为20至400 kDa。特别是，它具有高比例的丝氨酸（40%）和大量的甘氨酸（16%）（Lamboni et al., 2015）。家蚕丝胶蛋白表现出广泛的、异质的分子量分布，通常从低kDa肽段到数百kDa，其精确的HPLC/SEC图谱在很大程度上取决于提取方法和水解程度（Yang et al., 2014）。家蚕丝纤维主要展示出400、250和150 kDa的丝胶蛋白，即包裹核心丝素原纤维的粘附蛋白。丝胶蛋白的分子量可显著影响其生物学特性和工业应用（Seo et al., 2023; Aad et al., 2024）。较高分子量特征性地改善了支架的机械强度，而较低分子量则有利于制药或化妆品用途。1980年，Tokutake从家蚕茧中分离出溶于乙二胺和氢氧化铜溶液中的最小24 kDa丝胶蛋白片段。家蚕的中部丝腺（MSG）包含五种丝胶蛋白多肽s-1、s-2、s-3、s-4和s-5，分子量范围为80至310 kDa。这些丝胶蛋白组分在幼虫发育最后阶段蚕茧层的形成过程中起核心作用。s-1和s-3由MSG中部合成，而s-2和s-5由前部产生，s-4由MSG后部产生（Tokutake, 1980）。家蚕的野生祖先Bombyx mandarina通过杂交 contributes 遗传变异性（Yang et al., 2014）。
2.2 非桑蚕丝胶蛋白
从热带tasar蚕Antheraea mylitta的柄中获得了分子量为200 kDa的丝胶蛋白，主要由丝氨酸、谷氨酸、甘氨酸、苏氨酸和酪氨酸等氨基酸组成。Dash等人（2006）报道了来自A. mylitta蚕茧的三种主要蛋白质，分子量为70 kDa、200 kDa和超过200 kDa（Dash et al., 2007; Dash et al., 2006）。此外，从野生型变种（A. mylitta 和 A. assamensis）中提取的丝胶蛋白在生化上与家蚕的不同。类似地，从蚕茧中分离出来自Cricula trifenestrata的400 kDa、来自A. yamamai的41 kDa以及来自A. assamensis和Philosamia ricini的66 kDa丝胶蛋白（Cui et al., 2009）。使用非化学高压釜方法时，非桑蚕物种（6%–11%）和桑蚕（18%–21%）之间的脱胶率存在差异。非桑蚕物种的丝胶蛋白产量差异显著且高度不可预测，因为不同的丝胶蛋白产量取决于桑蚕和非桑蚕茧中的丝胶蛋白含量（Kalita et al., 2022）。
3 丝胶蛋白的基因和蛋白质组织
丝胶蛋白基因包含多个外显子和内含子，通过选择性剪接（alternative splicing）产生范围广泛的丝胶蛋白，这些蛋白编码结晶（有序）和非结晶（无定形或无规卷曲）蛋白质区域。在从家蚕丝中分离出的6至15种估计的丝胶蛋白类型蛋白中，在分子水平上，已鉴定出五个丝胶蛋白基因Ser1、Ser2、Ser3、Ser4和Ser5。丝胶蛋白1（Ser1）和丝胶蛋白3（Ser3）是负责在茧内结合丝纤维的主要成分，而丝胶蛋白2（Ser2）、丝胶蛋白4（Ser4）和丝胶蛋白5（Ser5）与幼龄幼虫产生的非茧丝相关（Garel et al., 1997）。Ser基因的外显子编码结晶蛋白和非结晶蛋白区域的部分，选择性mRNA剪接产生具有不同结构域的蛋白质。这种剪接过程可以在幼虫发育的不同阶段产生多种编码Ser mRNA的外显子蛋白变体（Couble et al., 1987）。随后，在同一个体中，每个转录本可以产生具有不同结构和特征的蛋白质。丝胶蛋白的分子表征逐渐发展，已在Bombyx mori中鉴定出六个丝胶蛋白基因。它们发现的相对时间顺序及其主要结构和功能特征如图所示。
家蚕中的Ser1定位于11号染色体上的Src位点，由9个外显子和8个内含子组成，长度约为23 kb。中心替代外显子（外显子6）编码一个独特的114-bp基序的60个重复。它还包含两个额外的重复外显子（Garel et al., 1997; Shao et al., 2012）。通过选择性剪接，它在第5龄幼虫期间在MSG的不同部分产生不同的外显子组合，主要是四种mRNA转录本（10.5、9.0、4.0和2.8 kb）（Kludkiewicz et al., 2009; Takasu et al., 2007）。组织和发育调控机制导致Ser1初级转录本的选择性剪接（Garel et al., 1997; Couble et al., 1987）。一组组成型外显子（1、2、3、5、6和9）存在于所有这些主要转录本中。组成型外显子总长569 bp，其中包含369 bp的编码序列（123个密码子），随后是188 bp的非编码序列，以及7个129 bp和8个114 bp的重复序列，存在于所有丝胶蛋白中（图3A）（Michaille et al., 1986）。对应于四种Ser1 mRNA的蛋白质分子量为330、284、123和76 kDa。外显子6和8编码40%的富含丝氨酸的基序，这些基序构成大部分β-折叠结构。具有促进丝胶蛋白滑动和粘附于丝素的理化和结构特征的肽由外显子3、6和8编码，其中肽3具有高水溶性（Kwak et al., 2017）。MSG中储存在腔内的Ser1蛋白以“凝胶样”溶液形式存在，呈无定形无规卷曲结构，β-折叠结构比例较低。家蚕中的Ser1基因编码一个重复的38个氨基酸基序的蛋白质，该基序富含丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸等亲水性氨基酸。高丝氨酸含量（44.7%）、苏氨酸（10.5%）和酪氨酸（7.9%）的存在增强了蛋白质的亲水性和与其他分子的相互作用。含有羟基的氨基酸（丝氨酸、苏氨酸）的高 prevalence 使得能够形成广泛的氢键，并使丝胶蛋白具有高度亲水性，从而导致该蛋白质的亲水性和“胶粘”特性。总体而言，天然丝胶蛋白的二级结构以无规卷曲结构为特征，在MSG或蚕茧中含有一些β-折叠区域（Holm and Buschard, 2019）。
根据所考虑的等位基因，家蚕Daizo p50品系携带Ser2 D等位基因，该等位基因已被完全测序并提交至主要数据库。Ser2基因编码6.4 kb或5 kb和3.1 kb的mRNA。Ser2包含13个外显子，大小从28 bp到2,574 bp不等，由于其基因组结构和转录本多样性，确实被认为比Ser1基因更复杂和可变。Ser2基因D等位基因的外显子排列通常遵循1、2、3、4、5、6、7、8、9a、10a、9b、10b和11的模式（图3B）。Ser2基因产生的两种mRNA变体是外显子9a选择性剪接的结果，并且仅在MSG中表达（Kludkiewicz et al., 2009）。较长的Ser2剪接变体编码的蛋白质分子量为230 kDa，而较短的形式为120 kDa。丝纤维的粘性高度归因于Ser2蛋白，因为它富含带电荷的氨基酸，通过促进静电相互作用将茧丝固定在一起。Ser2蛋白重复基序中的15个氨基酸中只有两个是丝氨酸残基（Guo et al., 2022）。Ser2基序中的带电残基，包括精氨酸、谷氨酸、天冬氨酸和赖氨酸，有助于形成无规卷曲结构或较少有序、更可溶的蛋白质区域，这表明重复区域可能不会形成β-折叠结构。总之，Ser2蛋白具有不同的功能，例如附着于周围材料，并且不形成刚性结构（Kludkiewicz et al., 2009）（Guo et al., 2022）。
Ser3位于11号染色体上，形成一个4.5 kb的非剪接mRNA转录本，对应于丝胶蛋白A的mRNA。与具有多个剪接变体的高度复杂的Ser1基因相比，Ser3在MSG前部表达为单一、简单的转录本（Takasu et al., 2007）。Ser3蛋白包含1,271个氨基酸残基，据推测N端的18个残基起信号肽作用（Yamada et al., 2001; Chen et al., 2022）。Ser3蛋白包含独特的重复基序，一个86个氨基酸的基序和一个8个氨基酸的重复序列，两者都含有高浓度的丝氨酸（>45%的丝氨酸残基）。Ser3蛋白的疏水性表明它比Ser1蛋白更亲水，这意味着Ser3蛋白可能具有更大的流动性，因为它比Ser1蛋白保留更多的水（Holm and Buschard, 2019; Wang Y. et al., 2026）。
最近发现的丝胶蛋白4基因约为40 kb，包含34个外显子和六个选择性剪接转录本（图3C）（Guo et al., 2022）。家蚕产生两种类型的丝：具有Ser1和Ser3内层丝胶蛋白的茧丝，以及具有Ser2和Ser4（以及最近发现的Ser5）外层丝胶蛋白的非茧丝，这些蛋白质存在于幼虫在结茧前或固定茧于基质上时纺出的丝中（图3D）。来自家蚕的丝胶蛋白4（Ser4）由于其富含带电氨基酸和谷氨酰胺的重复基序而显示出强大的粘附特性，这使其能够与丝素原纤维形成 robust 的相互作用，并在幼虫生长过程中维持丝的完整性。在结构上，Ser4是一种高分子量蛋白质（约260–280 kDa），其结构域富含丝氨酸、天冬氨酸、甘氨酸和谷氨酰胺，促进了对粘附至关重要的广泛氢键和静电相互作用。这些特征与在第二至第四龄幼虫期产生的非茧丝中观察到的粘性增加有关。在功能上，与茧特异性丝胶蛋白不同，Ser4在早期发育中至关重要，充当生物粘合剂，有助于丝素纤维周围的粘合层形成。这一作用通过免疫荧光显示其与Ser1在MSG中共定位而得到支持。由于其亲水性和极性性质，与其他丝胶蛋白（20–400 kDa）一样，Ser4在生物材料方面具有巨大潜力，特别是在组织工程中，可以利用其粘附特性和报道的非细胞毒性，以及它对丝基结构中机械互锁和抗应变能力的贡献（Dong et al., 2019）。最近使用PacBio Iso-Seq技术的研究鉴定了新的转录本和延长的非编码RNA，增进了对家蚕转录组的理解，并揭示了潜在的基因和调控蛋白。结合转录组和基因组分析，鉴定了丝胶蛋白5（Ser5）基因（图3E）。其完整序列已确认位于11号染色体上，超过22 kb，包含16个外显子。RACE（cDNA末端快速扩增）和转录组测序技术有助于获得其全长cDNA，克服了许多重复序列带来的挑战。该研究还检查了Ser5的转录和翻译表达模式。此外，家畜的高分辨率泛基因组包括7,308个新发现的基因家族，为探索遗传多样性和理解近期基因（如P150/丝胶蛋白6）的功能提供了全面的资源（图3F）。丝胶蛋白（包括P150/Ser6）的生物相容性及其潜在的生物医学应用已得到公认。在家蚕中，P150/丝胶蛋白6基因（P150/Ser6）位于12号染色体上；然而，没有提供具体的染色体坐标。先前关于P150/Ser6的模型不准确，因为它们将同源序列分成两个独立的基因，功能未知。新模型显示P150/Ser6有四个外显子，并在MSG中表达。它是一个大约20 kb的大基因，有四个外显子和三个内含子。前两个外显子编码信号肽和部分非重复序列。第三个外显子特别大，包含两个核心重复部分，两侧翼有不同序列，占开放阅读框（ORF）的94%。最后一个外显子编码一个短ORF和一个终止密码子。其推导的蛋白质非常巨大，包含4,552个氨基酸，富含极性氨基酸，主要是丝氨酸（Ser）、甘氨酸（Gly）和天冬氨酸（Asp）以及酪氨酸（Tyr），分子量为467 kDa，其特征在于大量的重复结构。家蚕Ser6基因编码一个4,552个氨基酸的蛋白质（P150/SP150），包含45个拷贝的30个氨基酸重复序列和73个拷贝的35个氨基酸重复序列。
4 丝胶蛋白的提取
近年来，丝胶蛋白在各種生物医学应用中的使用显著增长。因此，为了使用它，必须从原料蚕茧纤维中提取丝胶蛋白。丝胶蛋白可以通过多种技术分离，包括煮沸、高碱处理、高压蒸汽加热、直接从MSG提取和酶处理。为去除任何残留化学物质，最终产物为不同分子量的丝胶蛋白水溶液，必须使用纤维素管（MWCO 3.5 kDa）对蒸馏水进行透析，并频繁更换水（Kabir et al., 2024; Kunz et al., 2016）。
丝胶蛋白也可以通过酶处理从丝纤维中温和提取。有报道称三种酶可以去除丝胶蛋白：i）胰蛋白酶，ii）木瓜蛋白酶，和iii）细菌酶。酸性或碱性蛋白酶，剂量为2–2.5 g/L，可用于酶法提取丝胶蛋白。此外，已采用胰蛋白酶溶液和酶促水解方法在不同温度和持续时间下提取丝胶蛋白，以获得具有改善溶解性和抗氧化活性的小肽丝胶蛋白水解产物，用于食品、化妆品和制药应用。通常，在pH 7–9范围内，在37°C下保持1%胰蛋白酶10小时以提取丝胶蛋白（Hu et al., 2023）。使用1%和8%胰蛋白酶溶液在4小时内提取的丝胶蛋白量分别为26.4%和28.7%。在60°C、pH 9下使用细菌酶alcalase处理1小时被证明比胰蛋白酶和木瓜蛋白酶更有效（Mazurek et al., 2024; Sangwong et al., 2016）。丝胶蛋白的氨基酸组成随提取方法而变化。用菠萝蛋白酶（一种蛋白水解酶）煮沸或处理蚕茧是一种流行的、环保的“脱胶”方法，可产生小的丝胶蛋白肽（约5–20 kDa）（Hong et al., 2019）。离子液体（ILs）正在成为丝胶蛋白提取的绿色溶剂。它们破坏氢键和静电相互作用，促进丝胶蛋白去除而不损伤丝纤维。某些ILs，如四乙基溴化铵（TEAB）和1-丁基-3-甲基咪唑氯化物（BMIM.Cl），已被证明可有效提取丝胶蛋白，使其成为合适、环保的选择（Kalita et al., 2024）。
传统上，碱性溶液如碳酸钠用于丝绸脱胶。虽然这种方法有效，但可能耗时且耗能（Pandey et al., 2024）。碱处理最常用的材料是碳酸钠；然而，替代品包括烧碱、磷酸三钠、硅酸钠、硼砂和碳酸氢钠。该过程包括将茧片在0.02 M碳酸钠（碱）溶液中煮沸30分钟。收集碱溶性溶液，过滤并透析。为获得最佳脱胶效果，推荐使用表面活性剂，如十二烷基硫酸钠、烷基芳基磺酸钠和环氧乙烷缩合物，包括聚氧乙烯烷基醚和聚乙二醇醚。尿素方法包括将茧片在8 M尿素溶液中浸泡30分钟，然后在85°C回流30分钟，然后过滤和透析（Vleugels et al., 2015）。
酸处理包括用稀酸如柠檬酸、琥珀酸、酒石酸和一氯乙酸脱胶。酸通过靶向天冬氨酸和谷氨酸之间的肽键来水解丝胶蛋白，这些氨基酸在丝胶蛋白中含量较高，使其成为一个选择性过程。在酸提取中，使用1.25%柠檬酸溶液切割蚕茧并煮沸30分钟。过滤后，溶液进行透析。与传统方法相比，将蒸汽脱胶与微波预处理相结合的新方法大大减少了丝胶蛋白提取所需的时间和能量。该方法在实现高脱胶效率的同时保持了丝的机械性能，使其成为一种更环保的替代方案（Saad et al., 2023）。
胶在水中的溶解度允许在脱胶过程中使用各种基于温度的方法。一种技术涉及在沸水中煮生丝、喷雾干燥，然后将其溶于蒸馏水中，主要用于提取和精制丝胶蛋白，使其成为一种可持续的方法，从丝绸制造废水中回收高质量的丝胶蛋白粉末，而不是将其丢弃。红外加热是另一种高效、环保的从废丝中提取丝胶蛋白的方法，与常规高温高压（HTHP）方法相比，它使用更少的水，产生更少的污染物，缩短处理时间，并在较低温度下运行。或者，将小块蚕茧浸入去离子水中并高压灭菌以产生溶解的高分子量和较低分子量丝胶蛋白，可以储存为干粉。在高压蒸汽加热中，将清洁切割的茧在少量水中于120°C高压灭菌，然后过滤、冷冻和冻干。此外，从腺体提取丝胶蛋白涉及从成熟幼虫中取出MSG并沿卷曲将其切成三部分。使用镊子，从每个部分小心提取腺细胞。收集腺体内容物后，轻轻摇动30分钟。澄清的水溶性上清液被认为是来自MSG的丝胶蛋白（Hu et al., 2023）。
对各种提取丝胶蛋白的脱胶方法的分析得出结论，碱/高温脱胶产生的蛋白质含量最高（4.90 g/dL），效率最高。另一种有效方法包括高压脱胶，蛋白质含量为4.58 g/dL。高分子量（MW）丝胶蛋白，特别是在150–330 kDa范围内，对于生物打印墨水至关重要，因为其粘度、剪切变稀和凝胶化特性可确保形状保真度和大于90%的细胞活力。在98°C–120°C（煮沸或高压灭菌）之间加热丝胶蛋白的回收率为26%，但会导致链水解，导致MW范围为15–150 kDa，并减少β-折叠结构，从而损害可打印性。或者，在pH 4、80°C下用盐酸处理丝胶蛋白会导致过度降解，产生低于50 kDa的分子量并限制生物活性。相比之下，在室温至60°C下使用8 M尿素1-4小时可有效破坏氢键而不切断肽，导致在75–250 kDa范围内出现更清晰的高MW条带，β-折叠含量是热处理（Saad et al., 2023）的五倍，并增强细胞粘附和增殖。尿素-高MW SS墨水显示触变性，剪切后G′恢复率大于80%，模拟细胞外基质（ECM），用于创建血管化骨支架，导致碱性磷酸酶（ALP）水平增加两倍。当与丝素蛋白（SF）混合时，这些墨水可解析200 μm而不膨胀。使用缺乏丝素的蚕茧进行标准化进一步增强了这些特性（Li et al., 2022）。丝胶蛋白占家蚕丝的20%–25%，富含亲水性氨基酸（约76%），主要是丝氨酸、天冬氨酸和甘氨酸。各种提取方法极大地影响其组成，例如在热水提取过程中，可获得丝氨酸（高达31%）和天冬氨酸。而酸/碱方法改变分子量并产生不同的氨基酸组成（酸为50–150 kDa，碱为15–75 kDa）（Hu et al., 2023）。
5 丝胶蛋白的生物医学应用
蚕茧是天然聚合物蛋白质，主要由丝素组成，丝胶蛋白覆盖25%–30%。脱胶对于纺织工业去除丝胶蛋白以增强纤维光泽、白度、光滑度、柔软度和可染色性至关重要。然而，每年有近50,000吨丝胶蛋白在丝绸脱胶过程中被丢弃在废水中，导致环境问题（Kunz et al., 2016）。尽管近年来丝胶蛋白废弃物已被证明是一种有价值的潜在材料，但“升级循环”这种废弃物的创新方法正受到关注，以减轻环境影响并创造经济价值。丝胶蛋白含有18种氨基酸，是一种生物相容性、生物可降解和可持续的生物材料，因为其耐腐蚀性、保湿性、抗氧化、抗菌特性和紫外线防护作用使其在化妆品、食品包装和组织工程及伤口愈合等生物医学应用中具有价值（Gaviria et al., 2023）。
5.1 抗菌
丝胶蛋白，一种来源于蚕茧的蛋白质，对食源性病原体（包括大肠杆菌Escherichia coli和单核细胞增生李斯特菌L. monocytogenes）表现出潜在的抗菌特性，使其成为医药用途的有希望的候选者。丝胶蛋白可以增强食品保存方法、安全性和保质期。因此，丝胶蛋白不仅是工业副产品，而且是控制食品工业中细菌污染的有前途的天然解决方案。丝胶蛋白已被证明对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌均有效，包括金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus、大肠杆菌E. coli和铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa，对肺炎克雷伯菌Klebsiella pneumoniae的抑制率高达94.77%。值得注意的是，Samia ricini对几种细菌显示出最高的抑制活性（Kanyora et al., 2024）。当与标准抗生素联合使用时，丝胶蛋白可增强抗菌活性，对鼠伤寒沙门氏菌Salmonella typhimurium等食源性病原体产生显著的抑菌圈（Seo et al., 2022）。丝胶蛋白的抗菌特性对伤口愈合应用越来越有益。它通常被掺入含有金属纳米颗粒和天然提取物等抗菌剂的复合生物材料中，以增强长期抗微生物效果并促进伤口愈合（Mazurek et al., 2024）。
在琼脂扩散法中，观察到Dok Bua和Nang Noi蚕茧对微球菌型细菌的抑制活性，尤其是在丝胶蛋白中。对于10和20 mg/mL的丝胶蛋白浓度，抑菌圈直径均为9–12 mm，抗菌效果随浓度升高而增加。一项相关实验采用显著稀释法和纸片扩散法评估了Eri丝胶蛋白对典型革兰氏阴性（E. coli）和革兰氏阳性（S. aureus）细菌模型的抗菌活性（Mohanty et al., 2025）。然而，Kaur等人提出了相反的观点，表明茧组分分离或纯化过程中化学残留物的生长抗性可能导致微生物感染。此外，胶、嵌入的晶体和适当分离的无残留丝纤维没有显示出细菌抗性的证据。丝胶蛋白抗菌活性的确切机制仍然未知。此外，一项研究表明，丝胶蛋白水凝胶系统在凝胶化过程中可以封装疏水性药物环丙沙星（CIP），以获得具有良好抗菌活性的多功能伤口敷料。制备的负载CIP的丝胶蛋白水凝胶在体外对革兰氏阳性菌（S. aureus）和革兰氏阴性菌（P. aeruginosa）均显示出抗菌活性。负载CIP的丝胶蛋白水凝胶在体内研究中有效消除了伤口中的细菌并支持加速伤口愈合（Li et al., 2025）。总之，文献表明丝胶蛋白的抗菌特性使其成为开发抗菌医用绷带、漱口水、抗菌肥皂、牙膏和空气过滤器涂层的 promising 组分。丝胶蛋白还被发现具有抗氧化、抗炎和抗衰老作用，使其成为化妆品和医药用途的潜在候选药物。研究通过各种技术证明了强大的杀菌效果。基于丝胶蛋白的纳米颗粒（NPs）的抗菌活性因其生物相容性和对各种病原体的有效性而引起了极大的兴趣。丝胶蛋白在纳米颗粒合成中充当还原剂和封端剂，增强其抗菌性能。还使用丝胶蛋白作为还原剂合成了金纳米颗粒，显示出对六种不同食源性致病菌的有效抗菌作用（Madan et al., 2026）。相比之下，合成的丝胶蛋白封端银纳米颗粒（Se-AgNPs）对各种细菌表现出杀菌能力，较小的纳米颗粒表现出更大的抗菌活性（Summer et al., 2023）。研究表明，来自不同丝源的丝胶蛋白提取物，包括Argema mimosa、G. rufobrunnea和G. postica，对枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis和S. aureus等细菌表现出抗菌效果。丝胶蛋白的有效性取决于浓度和pH等因素，这些因素可以优化细菌抑制。琼脂孔扩散法通常用于评估丝胶蛋白提取物的抗菌活性，强调其作为天然抗菌剂的潜力。蚕茧提取物（尤其是家蚕Bombyx mori）的抗菌特性在促进伤口愈合方面显示出 promising 潜力。这些提取物对通常参与伤口感染的常见病原体如S. aureus、Escherichia coli和P. aeruginosa显示出显著的抗微生物活性（Tao et al., 2021）。掺入丝胶蛋白的海藻酸钠水凝胶通过不可逆地破坏细菌膜结构导致细菌裂解和死亡，从而对各种细菌表现出抗菌效果（Saad et al., 2023）。作用机制归于丝胶蛋白带正电（聚阳离子）的侧基与细菌细胞壁带负电的表面相互作用。此外，提取过程中产生的较低分子量组分（<20 kDa）可以直接穿透细菌壁并结合细菌肽聚糖，抑制细胞生长（Tao et al., 2021）。此外，丝胶蛋白作为天然还原剂原位合成金属纳米颗粒（AgNPs），显著增强了水凝胶内对抗生物膜的抗菌能力。从A. mylitta蚕茧中提取的丝胶蛋白制备的丝胶蛋白纳米颗粒，用聚-l-赖氨酸包被使表面电位为正，已证明对S. aureus和E. coli具有抗菌活性（Dutta et al., 2020）。通过高温高压脱胶获得的丝胶蛋白与聚己内酯（PCL）结合，制成无交联剂水凝胶。最佳5:1（SP5）和6:1（SP6）比例形成了稳定的基质，通过UV-Vis、FTIR、XRD、SEM和流变学分析证实。SP5显示出优异的孔隙率、溶胀行为、药物包封效率，并通过Fickian扩散实现受控的零级药物释放。这些水凝胶对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌均表现出广谱抗菌活性。这些可生物降解的水凝胶已显示出经皮给药的能力，特别是在伤口愈合和疼痛管理方面（Deb et al., 2024）。
丝胶蛋白作为药物递送的适应性平台，在生物领域有广泛的应用，其中纳米颗粒（sericin-AgNPs）能够在纳米纤维、海绵和支架中实现抗菌/抗真菌活性。壳聚糖/白藜芦醇水凝胶提供抗菌、抗氧化和抗炎的伤口愈合；微针（PDA@Ag/SerMA）结合光热再生治疗糖尿病溃疡，在808 nm近红外（NIR）光下对S. aureus和E. coli提供抗菌功效，实现有效的糖尿病伤口修复。丝胶蛋白/海藻酸盐/芦荟或琼脂糖/ZnO/AgNPs薄膜对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌均显示出显著的抗微生物活性，适用于抗菌涂层和组织工程应用（Das et al., 2021）。铜-丝胶蛋白（Cu-SER）金属有机框架（MOFs）代表了一种通过结合抗菌特性和骨再生的生态友好型骨髓炎治疗方法。这些MOF利用丝胶蛋白作为有机模板进行沉积，模拟胶原蛋白在骨矿化中的作用（Kundu et al., 2022）。丝胶蛋白表现出显著的抗菌特性，以及优异的生物相容性和极低的毒性，使其成为合成药物的可持续替代品或补充品，特别是在伤口愈合、化妆品和生物医学应用中。然而，其抗菌效果通常低于银纳米颗粒或抗生素等合成药剂，因此在协同配方中使用可能最有效，以增强整体效果。
5.2 抗癌特性
丝胶蛋白含有18种氨基酸，亲水性强，富含丝氨酸。其主要成分是强极性侧基。作为一种糖蛋白，丝胶蛋白具有免疫调节、抗氧化、抑制酪氨酸酶和弹性蛋白酶活性等生化特性（Das et al., 2023）。过度和长期饮酒常导致酒精性肝病（ALD）。其他各种机制也导致ALD，包括通过Kupffer细胞活化、细胞色素P4502E1介导的乙醇氧化等过程产生活性氧（ROS）和其他自由基（Li et al., 2008）。研究表明，丝胶蛋白可以减少活性氧，保护细胞免受紫外线B（UVB）辐射引起的氧化损伤，抑制癌症生长，并具有抗菌特性。丝胶蛋白以其抗氧化特性而闻名，可能有助于对抗不同类型的癌细胞。它抑制DMBA-TPA诱导的皮肤细胞效应，并通过增加caspase-3活性和降低Bcl-2表达诱导结肠癌细胞凋亡（Kumar et al., 2018）。Zhaorigetu等人（2001）研究了丝胶蛋白抑制结肠细胞肿瘤生长的能力及其与抗氧化活性的关系。与喂食标准酪蛋白饮食的对照组相比，膳食补充丝胶蛋白显著降低了肿瘤发生率并降低了氧化应激标志物。研究表明，高丝胶蛋白饮食显著抑制结肠肿瘤发展，14只小鼠中只有1只出现肿瘤，而对照组为14只中的5只。这种抑制与结肠脂质氧化减少和肿瘤发生率降低62%有关。丝胶蛋白在结肠肿瘤发生的启动和促进阶段的抑制作用可能解释这些观察结果。研究表明，丝胶蛋白保护小鼠免受酒精诱导的肝损伤。对小鼠施用丝胶蛋白表明，丝胶蛋白可加速酒精代谢，增强抗氧化防御，减少氧化应激，从而防止肝细胞损伤（Chen et al., 2025）。Liu等人（2017）开发了二氧化硅介孔二氧化硅纳米颗粒（SMSNs），用于将阿霉素靶向递送至耐药癌细胞。该研究表明，两亲性丝胶蛋白涂层稳定了MSN平台，并提供封端效果以防止药物过早释放，从而增强耐药癌细胞对MSN的细胞摄取，促进进入核周溶酶体，并触发凋亡（Liu et al., 2017）。根据
