综述：脂肪酸囊泡：形成、应用与稳定性——从原始细胞膜模型到功能性食品因子递送

《Food Bioscience》：Fatty acid vesicles: Formation, applications, and stability – from protocell membrane models to functional food factor delivery

　　

摘要

脂肪酸囊泡（FAVs）是由脂肪酸分子及其离子在接近其pKa值时通过非共价相互作用形成的自组装双层聚集体。它们能够进行膜融合、生长和分裂，使其成为突出的原细胞膜模型。同时，其双层结构提供了区室化、选择性渗透和刺激响应性，使其成为生物活性化合物和功能食品因子递送载体的有力候选者。然而，单一组分FAVs存在关键局限性，包括环境敏感性、pH窗口狭窄以及因膜流动性高导致的稳定性差。为了克服这些挑战，近期策略集中于通过脂肪酸修饰、交联聚合以及与两亲分子共组装来构建杂合FAVs，从而扩展pH稳定范围并增强系统鲁棒性。本综述系统总结了FAVs的形成机制、应用和稳定化策略。关键主题包括调控FAV形成的物理化学原理、FAV尺寸和形态的精确调控，以及堆积参数在囊泡稳定性中的关键作用。我们重点突出了杂合FAV系统在功能食品因子递送中的潜力和功效，特别关注其从原细胞膜模型向递送载体的演变，并概述了这一新兴领域的关键挑战和未来方向。

引言

人工囊泡是由两亲分子在水溶液中形成的自组装结构，其特征是封闭的双层结构，模拟生物膜（Cho等，2025；Shen等，2025）。这种独特架构使囊泡能够隔离和运输物质，从而在双层封闭区室中包封蛋白质、维生素和RNA等生物活性化合物（Steller等，2022）。脂质体主要由磷脂和胆固醇组成，是研究最为广泛的类人工囊泡（Li等，2026；Zheng等，2026）。它们具有优异的生物相容性，被广泛用于药物递送和功能食品因子递送系统。然而，其应用受到天然来源脂质固有杂质的制约、纯化困难、合成磷脂成本过高以及保质期短等限制（Fiore等，2022；Li等，2024）。

除脂质体外，基于不同构筑基元的其他人工囊泡也已被开发出来，包括合成表面活性剂囊泡和聚合物囊泡（图1）。合成表面活性剂囊泡由非离子型、阴离子型或阳离子型表面活性剂形成，比脂质体具有更高的包封效率和更低的成本，但存在潜在的表面活性剂毒性和有限的生物相容性问题，膜厚度通常在8至22纳米之间（Arslanov等，2023；Luo等，2025；Sharma等，2025）。聚合物囊泡由两亲性二嵌段共聚物自组装而成，与脂质体（约4至5纳米）相比，具有增强的机械稳定性和更大的膜厚度（通常5至20纳米），适合大分子药物递送；然而，其合成通常较为复杂，且可能缺乏生物降解性（Mohammadi Zonouz等，2026；Lai，2025）。值得注意的是，脂肪酸在其pKa附近可作为阴离子表面活性剂功能，并通过非共价相互作用自组装形成脂肪酸囊泡（FAVs），这是一种独特的阴离子囊泡类型，具有制备储存简便、稳定性延长、性价比极高以及pH响应性膜动力学等显著优势（Fan等，2023）。从成本角度看，由于合成表面活性剂囊泡和聚合物囊泡制备简单且不依赖昂贵的磷脂来源，其生产成本通常低于脂质体，而FAVs凭借其脂肪酸原料的丰富和廉价以及简便的自组装过程，脱颖而出成为最具成本效益的选择。

Gebicki和Hicks（1973）首次报道了FAVs的形成，最初在含有油酸（顺-9-十八碳烯酸）和亚油酸（顺-9,12-十八碳二烯酸）的体系中被观察到，最初被称为"不饱和脂肪酸脂质体"。后续研究表明，FAVs不仅可由不饱和脂肪酸形成，也可由饱和脂肪酸形成（Al-Mahmood & Ayash，2025）。多种脂肪酸，包括辛酸（C8:0）、癸酸（C10:0）、油酸（C18:1）、亚油酸（C18:2）和二十二碳六烯酸（DHA，C22:6），均可自组装形成FAVs。FAV形成的主要条件是脂肪酸在其pKa附近质子化和去质子化态的等摩尔比，它们通过氢键和疏水作用相互作用形成二聚体，从而组装成稳定的双层膜（Salentinig等，2010）。此外，脂肪酸的水相最低浓度必须达到临界囊泡浓度（CVC），该浓度与碳氢链长呈反比关系（Yoon等，2025）。

FAVs对多种环境因素敏感，包括pH、温度、盐浓度和二价离子（Saha & Chen，2024）。特别是温度，是控制FAV形成和稳定性的关键因素。除这些稳定性因素外，FAV的形成和生长受热力学和动力学因素控制，涉及周围胶束的融合或原位分子合成过程（Zhu & Szostak，2009）。FAVs的典型结构如图2所示。

FAVs展现出区室化、选择性渗透和刺激响应性等关键特性，这些特性奠定了其在两大研究方向中的重要性（Douliez，2023）。首先，其动态特性——包括自我复制、生长和分裂——使FAVs成为探索生命起源和演化的突出原细胞膜模型（De Franceschi等，2024；Toparlak等，2023）。其次，其封闭的双层结构使其能够作为蛋白质、维生素和RNA等生物活性化合物的递送载体以及酶反应器（Peng等，2022；Saha等，2024）。这种双重重要性将FAVs置于前生命化学与食品纳米技术的独特交汇点。理解FAVs的形成、动态行为和稳定化不仅对于阐明原细胞膜动力学背后的物理化学原理具有基本重要性，而且对于下一代食品递送系统的开发也具有实际意义。具体来说，原细胞研究中的见解，包括pH触发的组装/拆卸和膜渗透性，可以为FAV基载体的理性设计提供指导，使其具有控释和靶向递送功能，用于功能食品因子。此外，FAVs的低成本、生物相容性和可调膜特性使其成为食品级递送系统的理想候选者，而原细胞研究获得的见解为将这些基础研究转化为实际应用提供了基础。

本文综述了FAV研究的最新进展，重点关注：（1）形成机制和动态行为；（2）脂肪酸链长和不饱和度对囊泡结构的影响；（3）在生物活性化合物包封和递送中的应用；以及（4）提高稳定性的策略和机制，旨在为FAV作为原细胞膜模型和递送载体的研究提供理论基础和研究方向。

章节片段

FAVs的自组装

FAVs的形成取决于脂肪酸及其离子的分子结构，以及自组装驱动力，包括氢键、静电相互作用和范德华力。其他因素还包括功能基团和表面电荷等表面性质（Zhang等，2025）。FAVs的一个关键特性是其环境响应性和形态多样性。FAV体系的相行为主要由电离状态控制。

不饱和脂肪酸的囊泡形成

作为细胞膜成分，不饱和脂肪酸不仅为机体提供能量，还表现出有益的抗癌和抗炎特性（Liu等，2025；Ma等，2025）。由不饱和脂肪酸形成的囊泡表现出良好的生物相容性、生物降解性、无毒性和低免疫原性（Ma等，2025）。不饱和脂肪酸（如油酸和亚油酸）比其饱和对应物更容易形成囊泡。Gebicki……

FAVs的应用

FAVs的应用潜力基于两个关键特性。首先，FAVs具有类似于现代细胞的双层空心结构，并表现出生长、自组装和分裂，使其成为突出的原细胞膜模型（Taneja & Higgs 2025；Yu等，2025）。其次，其双层结构提供了区室化、选择性渗透和刺激响应性，使其适合作为蛋白质等生物活性化合物的递送载体，以及……

FAVs的稳定化策略与机制

稳定的FAVs对于理论研究（如原细胞膜模型）和作为生物活性化合物递送载体的应用研究都至关重要。其稳定性取决于环境适应性，而扩展pH窗口是满足生理相关条件的主要前提（Rezaei等，2025）。如前所述，长链脂肪酸衍生的FAVs主要在pH 8-9范围内保持稳定。因此，扩展该pH窗口对于……

总结与展望

FAVs的自组装、动态特性使其既成为强大的原细胞膜模型，也成为生物活性化合物——特别是功能食品因子——递送载体的有前途的选择。在本综述中，我们系统总结了FAVs的形成机制、应用和稳定化策略，特别强调其在探究生命起源和提高食品来源生物活性物质生物利用度中的双重作用。尽管已经取得显著……

CRediT作者贡献声明

Xin Meng：方法论、调查研究。Huan Liu：撰写——初稿、经费获取、概念构思。Lei Li：监督、调查研究。Dejian Huang：监督、数据整理。Zhenglong Wu：项目管理。Yongmei Xia：撰写——审阅与编辑、监督。Xinyu Meng：软件、方法论。Can Li：验证。

未引用参考文献

Al-Mahmood和Rajab，2025；Basak和Das，2025；Bhattacharya和Saindane，2026；Cohen等，2023；Dietz-Fricke和Greten，2025；Fan等，2020；Fan等，2019；Jin等，2018；Kawanami和Fujiwara，2024；Li等，2022；Li等，2024；Liu等，2025；Liu等，2022；Ma等，2026；Namani和Deamer，2008；P?ldsalu等，2020；Tanner等，2011；Wang等，2024；Xiao和Du，2020；Yoon和Jackman，2025；Zhang等，2023。

伦理审批

不适用。

参与同意

不适用。

出版同意

不适用。

数据可用性

本综述文章未产生新数据集。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争经济利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。

数据可用性

数据可在请求时提供。

资助

本工作得到中国国家留学基金管理委员会（CSC）；河南省科学技术协会青年人才支持计划（项目编号：2025HYTP075）；中国博士后科学基金博士后资助计划（项目编号：GZC20240421）；河南省博士后研究人员科研资助计划（项目编号：HN2025155）；以及河南省重点科技项目（项目编号：252102110127，262102111049）的支持。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争经济利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。

致谢

本工作得到中国国家留学基金管理委员会（CSC）；河南省科学技术协会青年人才支持计划（项目编号：2025HYTP075）；中国博士后科学基金博士后资助计划（项目编号：GZC20240421）；河南省博士后研究人员科研资助计划（项目编号：HN2025155）；以及河南省重点科技项目（项目编号：252102110127，262102111049）的支持。

Huan Liu | Xin Meng | Dejian Huang | Lei Li | Zhenglong Wu | Can Li | Xinyu Meng | Yongmei Xia

河南理工大学食品科学学院，河南新乡453003，中国