基于环糊精的金属有机框架（MOFs）作为槲皮素的递送系统：载体尺寸与蛋白质冠形成的影响

《Food Chemistry》：Cyclodextrin-based metal-organic frameworks (MOFs) as delivery systems for quercetin: Effects of carrier size and protein corona formation

　　

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  载体尺寸影响γCDMOF系统的蛋白质冠特征。
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  纳米MOF表现出更高的槲皮素负载量和更紧密结合的蛋白质层。
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  蛋白质冠的形成与尺寸依赖性的槲皮素释放有关。
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  基于纳米MOF的系统比微MOF系统保留更高的抗氧化活性。

引言

槲皮素（QUE）是一种存在于洋葱、苹果等水果和蔬菜中的黄酮类化合物，已被广泛研究为具有多种生物活性的功能性食品配料，包括抗氧化、抗炎、抗肿瘤和心脏保护作用（Najafi, Armide, Akbari, Rahimi, & Askari, 2024）。然而，其低水溶性（<10 μg/mL）和胃肠道不稳定性（易被胃酸降解）导致其在人体中的生物利用度低于1%，限制了其促进健康的效果（Fujimori等，2015）。为提高其递送效率，已广泛研究了多种纳米载体（例如脂质体、聚合物胶束、环糊精包合物）（Kandemir, Tomas, McClements, & Capanoglu, 2022; Zhao等，2025）。其中，γ-环糊精（γCD）由于其较大的疏水空腔能够高效包裹槲皮素，而基于γCD的金属有机框架（γCDMOFs）则通过其多孔结构进一步增强了生物活性化合物的负载和控释（Zhao等，2024）。然而，这些载体在生物环境中可迅速吸附蛋白质形成蛋白质冠，从而改变其表面性质、胶体稳定性和所包裹生物活性化合物的释放动力学（Zhang等，2024）。

与γCD相比，γCDMOFs为生物活性物质的负载和pH响应性释放提供了额外的结构优势。此外，将γCDMOFs缩小至纳米尺度可能通过提高胶体稳定性和胃肠道条件下的控释能力，改善其作为递送载体的适用性（Zhao等，2024）。然而，大多数现有研究侧重于载体制备和体外释放规律，往往忽视了在生物介质（例如消化液、血清）中的理化变化。在功能食品领域，疏水性营养素（例如槲皮素）的递送效率高度依赖于载体的尺寸特征。研究表明，纳米颗粒可能通过微折叠细胞促进肠道吸收，而微米级载体可能表现出较慢的释放行为（Mahalakshmi, Leena, Moses, & Anandharamakrishnan, 2020; Xu等，2023）。γCD及其衍生物由于其可调节的结构和普遍的安全性，是有望用于食品级递送系统的候选材料。因此，了解载体尺寸如何影响蛋白质冠的形成和生物活性物质的递送，对于在复杂生物环境中合理设计环糊精基递送系统具有重要意义。

本研究选择胃蛋白酶和HSA分别作为胃酸环境和血清环境的模型蛋白质。胃蛋白酶被选为酸性胃环境中代表性蛋白酶的模型，而HSA被用作血清蛋白质环境的简化模型，因为它是人体血浆中最丰富的蛋白质，被广泛用于研究蛋白质在胶体递送系统上的吸附。使用这些模型蛋白质比较了微MOF和纳米MOF对槲皮素负载、蛋白质冠形成和递送行为的影响。我们假设载体尺寸的差异会影响槲皮素负载和蛋白质冠的组织结构，从而调节胃肠道释放和功能活性。通过整合理化表征、蛋白质吸附分析和体外胃肠道释放实验，我们研究了同一γCDMOF系统中载体尺寸、蛋白质冠形成与递送性能之间的关系。研究结果有望为在模拟生物条件下合理设计环糊精基递送系统提供依据。

各章节摘要

材料

γ-环糊精（M_w = 1297.12 g/mol，纯度98%，CAS号：1746-86-0）购自Sigma化学公司（中国上海）。槲皮素（M_w = 302.24 g/mol，纯度95%，CAS号：117-39-5）和人血清白蛋白（HSA，纯度96%，CAS号：70024-90-7）购自阿拉丁试剂公司（中国上海）。胃蛋白酶（3000 U/mg，CAS号：9001-75-6）购自麦克林化学试剂公司（中国上海）。其他所有化学品均为分析纯。

微γCDMOF的合成

简言之，将γCD（1.62 g）和

尺寸、形貌和Zeta电位分析

对蛋白质冠形成前后的微MOF和纳米MOF的微观结构进行了表征（图1）。两种MOF初始均呈现规则的立方结构。具体而言，微MOF-胃蛋白酶复合物（microMOF-P）表现出胃蛋白酶包覆不完全，而纳米MOF-胃蛋白酶复合物（nanoMOF-P）则呈现球形或椭球形形貌。这种形貌表明纳米MOF上的胃蛋白酶包覆比微MOF上更为连续，与更为完整的蛋白质冠形成一致。

结论

本研究表明，载体尺寸影响了γ-环糊精MOF的槲皮素负载、蛋白质冠形成和递送性能。与微MOF相比，纳米MOF表现出更高的比表面积、包封率和槲皮素负载量。蛋白质吸附也表现出明显的尺寸依赖性差异。纳米MOF在胃蛋白酶和HSA中均表现出更高的蛋白质吸附量和更高比例的紧密结合蛋白质，而微MOF则表现出

CRediT作者贡献声明

Zhiheng Zhang：撰写——初稿，方法论，数据整理。David Julian McClements：撰写——审阅与编辑。Zhitao Li：软件。Hangyan Ji：软件。Zhengyu Jin：验证，资源。Qianzhu Lin：撰写——审阅与编辑。Jianhua Wang：撰写——审阅与编辑。Chao Qiu：撰写——审阅与编辑，可视化。

利益冲突声明

作者声明，他们不存在任何可能影响本文所述工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本研究得到国家自然科学基金（编号：32130084）和江南大学食品科学与资源国家重点实验室开放项目（编号：SKLF-KF-202503）的资助。

Zhiheng Zhang|David Julian McClements|Zhitao Li|Hangyan Ji|Zhengyu Jin|Qianzhu Lin|Jianhua Wang|Chao Qiu