中國(guó)農(nóng)大新聞網(wǎng)訊 近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院李媛教授在生物材料頂級(jí)期刊《生物材料》（Biomaterials）發(fā)表文章《構(gòu)效可控的納米載體的細(xì)胞內(nèi)命運(yùn)及轉(zhuǎn)化途徑對(duì)于提高功能因子口服利率的機(jī)制研究》（“The intracellular fate and transport mechanism of shape, size and rigidity varied nanocarriers for understanding their oral delivery efficiency”），在納米載體促進(jìn)腸道吸收的細(xì)胞內(nèi)化途徑和轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制方面取得進(jìn)展。

食品難溶性功能因子吸收率低的問(wèn)題是制約其健康功效的關(guān)鍵難題。通過(guò)可控酶解和納米自組裝技術(shù)制備出不同形貌、尺寸和硬度的納米載體，納米載體成功克服了腸上皮細(xì)胞吸收屏障，提高疏水性芒果苷的生物利用率，并有效促進(jìn)了芒果苷的降血糖效果，為納米技術(shù)在食品營(yíng)養(yǎng)轉(zhuǎn)化和功能食品開(kāi)發(fā)方面提供了新思路和新方法。食品學(xué)院李媛教授為通訊作者，博士生李昕為第一作者。

口服載功能因子納米載體的生物利用率通常受到多種腸上皮細(xì)胞吸收屏障的限制。納米載體在腸上皮細(xì)胞的吸收是一系列連續(xù)的過(guò)程，主要包括細(xì)胞內(nèi)化和細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)。細(xì)胞內(nèi)化途徑首先是納米載體和細(xì)胞膜融合進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，這期間納米載體需要克服細(xì)胞膜表面張力才能被細(xì)胞攝?。蝗氚蠹{米載體與細(xì)胞質(zhì)中的各種細(xì)胞器發(fā)生互作的內(nèi)化途徑影響其胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)效率；另外，細(xì)胞膜上存在的耐藥泵P-糖蛋白會(huì)將已被攝取的功能因子泵出細(xì)胞，進(jìn)一步降低了細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)濃度。而細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)途徑則需要納米載體能瞬時(shí)可逆打開(kāi)細(xì)胞間緊密連接，然后促進(jìn)功能因子進(jìn)入血液循環(huán)被吸收。因此，為了設(shè)計(jì)具有最高生物利用率和治療效果的納米載體，必須了解納米載體的理化性質(zhì)與其克服這些吸收屏障能力之間的關(guān)系。

本研究探究了不同結(jié)構(gòu)、物理特性納米載體的細(xì)胞內(nèi)化及轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制，發(fā)現(xiàn)形貌和硬度影響了納米載體的上皮細(xì)胞內(nèi)化和轉(zhuǎn)運(yùn)效率。硬度較大的納米載體更容易克服內(nèi)吞所需要的跨膜阻力-膜表面張力被細(xì)胞攝取。形貌影響載體的內(nèi)吞途徑，通過(guò)溶酶體的內(nèi)吞途徑容易被其中的水解酶水解破壞。逃逸溶酶體的內(nèi)吞途徑細(xì)胞吸收效率更高。該研究發(fā)現(xiàn)，納米球大部分通過(guò)網(wǎng)格蛋白介導(dǎo)的內(nèi)吞進(jìn)入細(xì)胞，然后通過(guò)溶酶體途徑而被其中的水解酶降解，降低其胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)效率。而納米管載體通過(guò)大胞飲途徑進(jìn)入細(xì)胞，入胞后可不經(jīng)過(guò)溶酶體而直接被運(yùn)送至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或高爾基體，實(shí)現(xiàn)了溶酶體逃逸不被降解。高爾基體/內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)途徑更利于納米載體在胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)，有效提高了其細(xì)胞內(nèi)有效藥物濃度和吸收利用率。

圖1：乳清蛋白納米載體的細(xì)胞內(nèi)化途徑

同時(shí)，硬度較大的納米管更容易克服P-糖蛋白的外排作用，并能瞬時(shí)可逆打開(kāi)細(xì)胞間緊密連接TJs通過(guò)細(xì)胞旁通路進(jìn)行細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)，因此，最終硬度較大的納米管具有最高的細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)效率，從而提高了疏水性功能因子芒果苷的體內(nèi)生物利用率。優(yōu)異的細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)效率進(jìn)一步促進(jìn)了生物利用率的提高，從而增加了腸道吸收的功能因子（芒果苷）有效濃度，進(jìn)一步促進(jìn)了功能因子的體內(nèi)健康功效。因此，我們發(fā)現(xiàn)硬度較大的納米管具有最大的生物利用率和體內(nèi)降血糖效果。該研究體系中建立的納米載體為篩選高效上皮細(xì)胞吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)的理想載體提供了理論參考?；诩{米載體的構(gòu)建為生物活性物質(zhì)在生物醫(yī)藥、疾病干預(yù)和營(yíng)養(yǎng)遞送方面的應(yīng)用提供更多的理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

該乳清蛋白納米載體已成功應(yīng)用于姜黃素、辣椒素、番茄紅素、槲皮素、β-胡蘿卜素、花色苷、siRNA、mRNA、阿霉素等功能因子的穩(wěn)態(tài)化和靶向遞送，在乳腺癌、肥胖、結(jié)腸炎和結(jié)腸癌等具有良好的疾病干預(yù)效果，是一種食源性壁材、生物兼容性好、綠色、低能耗的遞送方式?；谒窆δ芤蜃蛹{米載體還開(kāi)發(fā)了功能性乳飲料、營(yíng)養(yǎng)遞送型奶酪、護(hù)眼果凍、壓片糖果、固體飲料和減肥微針貼片等小試產(chǎn)品。授權(quán)發(fā)明專利5項(xiàng)，成果轉(zhuǎn)化1項(xiàng)。

該研究工作受到了國(guó)家自然科學(xué)基金（32172345, 31772014, 31972202）的支持，北京市食品營(yíng)養(yǎng)與人類(lèi)健康高精尖創(chuàng)新中心的平臺(tái)支持。

圖2：乳清蛋白納米載體通過(guò)腸上皮細(xì)胞多重屏障以提高功能因子腸道吸收率的作用機(jī)制

網(wǎng)站鏈接：https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2023.121995

供稿：食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院

供圖：食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院

編輯：王美璇

責(zé)編：于哲

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