《Biosensors and Bioelectronics》：Spatiotemporal remodelling of human milk fat globule compositional mapping revealed by plasmonic chemical imaging
编辑推荐：
摘要人乳脂肪球及其周围膜（MFGM）的结构和组成是其生物功能的关键决定因素，但这些结构在泌乳过程中如何重塑在很大程度上仍未被阐明。传统的 MFGM 分析方法受到 MFGM 纳米级尺寸和固有异质性的阻碍，以及体分析方法固有的空间信息丢失。在此，我们提出了一种等离激元化学成像策略
摘要
人乳脂肪球及其周围膜（MFGM）的结构和组成是其生物功能的关键决定因素，但这些结构在泌乳过程中如何重塑在很大程度上仍未被阐明。传统的 MFGM 分析方法受到 MFGM 纳米级尺寸和固有异质性的阻碍，以及体分析方法固有的空间信息丢失。在此，我们提出了一种等离激元化学成像策略，利用双金属 Ag@Au 纳米柱基底与表面增强拉曼散射 (SERS) 成像相结合，对轻微加工的人乳中的单个 MFG 进行空间分辨映射。在收集的处于不同泌乳阶段的样品中，我们观察到营养相关光谱特征的可重现的阶段相关空间分区。发现寡糖相关信号在球体外围富集，而蛋白相关信号则集中在球体核心。互补的组成分析显示乳基质随泌乳阶段依赖性地重塑。计算分类进一步表明，空间分辨的光谱特征包含足够的信息以区分不同的泌乳阶段。本研究提出了一个微结构框架，用于研究人乳等动态食品系统，为未来婴儿配方奶粉设计的基准测试提供了基础。
引言
人乳是一种结构有序的生物学基质，其营养特性不仅取决于整体组成，还取决于脂肪球（MFGs）内部脂质、蛋白质和糖类的微尺度排列 (Huppertz et al., 2024; O'Sullivan & Nicholl, 2026; Yang et al., 2025)。MFGs 由中性脂质核心组成，被富含磷脂、糖蛋白和膜相关蛋白的三叶层膜 (MFGM) 包围 (Obeid et al., 2019; Thum et al., 2020)。MFGM 与多种健康益处有关，包括肠道健康、神经发育、免疫增强和抗氧化作用 (Blanton et al., 2016)。泌乳阶段、喂养模式、物种和加工条件影响 MFGM 的结构和组成 (Thum et al., 2022)。在婴儿配方奶粉中，补充 MFGM 可促进神经发育、免疫和胃肠道健康 (Cerdó et al., 2022; He et al., 2019)，通过微生物群衍生的短链脂肪酸保护免受食物过敏 (Gong et al., 2024)，并降低感染风险 (Sangam et al., 2026)。然而，缺乏可靠的表征工具限制了跨来源和处理对 MFGM 微结构差异的定量评估。
MFGM 是一种纳米级膜（厚 10-50 nm），成分高度异质，包含数百种脂质和超过 500 种蛋白质。它很容易被常规分离方法（离心、洗涤、均质化）破坏，这会消除天然的空间组织。标准分析技术（LC-MS、红外光谱、蛋白质组学）需要大量的预处理，无法分辨完整 MFGs 内分子（如人乳寡糖、乳铁蛋白和磷脂）的空间分布 (Et-Thakafy et al., 2017; Nguyen et al., 2017)。共聚焦拉曼和电子显微镜提供形态学见解，但缺乏化学特异性，无法在标记或构象改变的同时区分多种营养类别 (Sun et al., 2024)。因此，缺乏一种无标记、空间分辨的方法来原位映射泌乳过程中 MFGs 的化学组织。
表面增强拉曼散射 (SERS) 成像将无标记化学指纹识别与空间分辨检测相结合 (Liu et al., 2024)。在等离激元纳米结构中，局域电磁增强使得可视化化学不同的微域成为可能，达到亚体光谱分辨率 (Sahu et al., 2026)。在此，我们使用可重复使用的 Ag@Au 纳米柱基底从轻微加工的人乳液滴中获取 SERS 图谱，并检查 MFG 相关的化学组织在泌乳过程中是否发生变化。
我们观察到人乳 MFGs 中与泌乳阶段相关的空间分层，HMO 相关信号位于球体外围，而蛋白相关信号向核心富集 (L.-H. Liu et al., 2026)。代谢组学分析显示了阶段依赖的组成重塑，计算分类表明空间分辨的光谱包含用于泌乳阶段的判别信息。这项工作提出了一个探索性框架，用于分析作为动态、结构化食品的人乳，并为将婴儿配方奶粉结构与天然乳进行基准测试提供了基础。
章节摘要
化学品和标准品
乳-N-新戊糖 I (LNFP I, 1 mg, 纯度 99%) 购自凯伟化学，并于 2-8 °C 避光保存。乳铁蛋白 (纯度 95%, 250 mg) 购自麦克林，并于 -20 °C 避光保存。2'-岩藻糖基乳糖 (2'-FL, 250 mg, 纯度≥90%) 购自阿拉丁，并于 -20 °C 避光保存。氘代甲醇 (10 × 0.6 mL, 氘丰度 99.8%) 购自剑桥同位素实验室股份有限公司。
Ag@Au 纳米柱基底在人乳微尺度成像中的分析性能
我们首先使用可重复使用的 Ag@Au 纳米柱基底，建立了一个对轻微加工的人乳进行空间分辨 SERS 成像的分析工作流程。该平台应用于在不同产后阶段收集的样品，并在可用的情况下应用于两个地理队列。我们的目标是最大化信号放大，并在保留异质性的同时从乳滴生成化学图谱。
图 1D 和 1E 显示了由原子表征的基底形态
结论
总之，本研究开发了一种等离激元化学成像工作流程，用于在微尺度检查轻微加工的人乳。该工作流程被用于揭示与泌乳阶段相关的脂肪球组织重塑。在可用的样品中，HMO 相关信号优先在球体外围富集，而蛋白和乳铁蛋白相关信号更集中在球体核心。互补的代谢组学测量显示
CRediT 作者贡献声明
Yang Li：撰写 – 审阅与编辑。Xiaohan Ren：数据整理。Yuhan Chu：方法论，数据整理，概念化。Shilong Jiang：监督，资源。Yaowen Xing：数据整理。Qiaosi Wei：监督，资源。Sheng Wang：撰写 – 审阅与编辑，资金获取，数据整理。Katie Liu：监督，资源
未引用参考文献
Liu et al., 2026; O’Sullivan and Nicholl, 2026.
利益冲突
作者声明，他们没有已知的竞争财务利益或个人关系，这些关系可能已经影响到本文报告的工作。
利益冲突声明
? 作者声明，他们没有已知的竞争财务利益或个人关系，这些关系可能已经影响到本文报告的工作。
致谢
本研究由中国国家重点研发计划 (编号 2022YFD2101502) 资助；国家自然科学基金青年项目 (编号 82202648、82404272 和 82303691)；国家计量科学研究院 (AKYKF2608)；黑龙江省自然科学基金 (编号 JJ2024YX0618)；黑龙江省研究院 (编号 CZKYF2025-1-B045)，以及黑龙江省自然科学基金 - 杰出青年项目 (编号 YQ2024H007)。
Yuhan Chu|Xiaohan Ren|Yaowen Xing|Shilong Jiang|Qiaosi Wei|Katie Liu|Sheng Wang|Yang Li
芬兰奥卢大学医学院健康科学与技术研究单位 (HST)
