关于接枝了没食子酸的壳聚糖-卵白蛋白纳米颗粒用于输送槲皮素的机制的研究：结构表征、稳定性及分子间相互作用

《Food Bioscience》：Study on the delivery mechanism of gallic acid grafted chitosan-ovalbumin nanoparticles for quercetin: Structural characterisation, stability, and intermolecular interactions

槲皮素递送系统开发及机制研究

　　

黄建宇|黄涛|张倩倩|阮子颖|王登米|张培超|杨志志|徐辉|李金军|陈继成

福建农林大学食品科学学院，中国福建省福州市350002

摘要

槲皮素（Que）具有显著的健康益处，但其溶解度低、生物利用度差且不稳定，这些限制了其应用。本研究通过层层组装没食子酸接枝壳聚糖（GCS）和卵白蛋白（OVA）开发了一种复合递送系统（GOQ），以实现高效包载槲皮素。表征结果显示：外壳通过GCS的氨基与OVA的羧基之间的静电相互作用形成；槲皮素通过疏水相互作用嵌入OVA的疏水腔中，导致OVA荧光减弱，并使槲皮素转变为无定形状态，从而制备出均匀的纳米颗粒。GOQ在60-90°C、pH 3-8和10-30 mM离子浓度范围内表现出优异的稳定性。在模拟消化过程中，该系统能够抵抗胃酸降解，在肠道中可控地分解，符合零级、一级和Peppas模型（持续释放），并提高了槲皮素的溶解度和细胞摄取率。分子分析表明，GCS通过提供更多的氢键、压缩蛋白质结构、减少残留物的柔韧性和表面暴露以及增强稳定性来改善槲皮素的性能。这一策略克服了槲皮素的局限性，为其在功能性食品和药物递送中的应用提供了支持。

引言

基于“医药与食物同源”的古老概念，现代策略强调通过饮食干预来开发功能性食品。多酚作为植物中的代谢物广泛存在，至少含有一个酚羟基，通常还带有糖基（Singla, Dubey, Garg, Sharma, Fiorino, Ameen等，2019）。研究表明，天然多酚种类繁多，主要分为黄酮类和非黄酮类。其中，槲皮素是一种典型的黄酮类化合物，呈黄色针状晶体，主要存在于植物的花、叶和果实中。其结构由两个芳香环（A环和B环）通过一个含氧杂环（C环）连接而成，形成了典型的C₆–C₃–C₆黄酮骨架（Singh, Arif, Bajguz, & Hayat, 2021）。大量研究证实了槲皮素在疾病干预和调节肠道微环境方面的显著生物活性。例如，槲皮素可以抑制IL-6/JAK2/STAT3信号通路，减少调节性T细胞的数量并激活抗肿瘤免疫反应（Y. Liao, Xie, Zhang, Zhong, Shan, Yu等，2024）。在db/db小鼠中，槲皮素能够改变肠道微生物群组成（减少变形菌门、拟杆菌门、大肠杆菌和埃希氏菌的数量），同时改善代谢谱，从而缓解胰岛素抵抗并修复肠道屏障功能（Yuan, Sun, Zhang, Guo, Wang, Yao等，2024）。此外，槲皮素还能通过减少炎症反应和甘油磷脂代谢的紊乱来改善扩张型心肌病（DCM）的心脏功能障碍和心肌纤维化（Jiang, Li, Chen, Liu, Zhao, Mei等，2022）。然而，纯槲皮素存在显著局限性：水溶性差（尽管在乙醇/甲醇/DMSO等有机溶剂中溶解度较高），并且对光、热、pH值和氧气敏感，这些因素会促进其降解/氧化（R. Zhao, Chen, Hu, Chi, Yu, Li等，2025）。其低口服生物利用度是由于其疏水性质和较大分子尺寸，限制了在肠道中的被动扩散；同时，胃肠道酶、pH值和离子可能会通过改变其晶体结构而影响其生物活性（Barbosa, Costa Lima, & Reis, 2019）。

食品基质材料由符合食品级标准的天然食品成分或可食用物质组成，可以通过物理或化学方法工程化成包载载体系统，以保护和递送生物活性化合物（Weligama Thuppahige & Karim, 2022）。蛋白质-多糖杂化策略利用非共价/共价相互作用，增强了生物活性物质的性能。在蛋白质-多酚系统中，这种方法不仅提高了自由基清除能力，还展开了蛋白质结构，暴露了疏水区域，促进了多酚在水中的分布（S. Yan, Regenstein, Qi, & Li, 2025）。例如，Ke等人通过多光谱分析表明，酪蛋白-槲皮素的结合依赖于醌（来自槲皮素羟基的氧化产物）与蛋白质巯基之间的相互作用。这一过程改变了蛋白质的二级结构，并引发了疏水氨基酸的静态荧光减弱，显著降低了系统的表面疏水性（Ke, Liu, Dudu, Zhang, Meng, Wang等，2023）。在多糖-多酚系统中，结合机制取决于多糖的结构、分子量和理化性质：一方面，通过多糖表面羟基与水分子之间的氢键形成刚性水合层；另一方面，多酚与多糖内部的疏水腔相互作用（K. Zhang, Chen, Xiao, You, Zhu, Li等，2023）。例如，Li等人发现，Flammulina velutipes多糖主要通过氢键和疏水相互作用与槲皮素结合，使其从结晶状态转变为无定形状态。同时，多糖增强了系统的结构稳定性，有效抑制了槲皮素在光照和热应力下的化学降解（Xiaoyu Li, Zhou, Luo, Feng, & Wang, 2022）。

本研究使用环保的VC/H₂O₂氧化还原体系合成了没食子酸接枝壳聚糖（GCS）。利用GCS与OVA之间的静电相互作用以及槲皮素与OVA之间的疏水作用，制备了复合递送系统（GOQ/OQ/GO）。通过全面的表征评估了其结构完整性和递送效果。结合分子对接和分子动力学研究，进一步明确了各物质之间的结合机制。这为多功能生物活性载体的开发提供了一种新方法。

材料

没食子酸（GA，99%）、壳聚糖（CS，脱乙酰度≥95%）、Folin-Ciocalteau（生物技术级）、卵白蛋白（OVA，≥98%）和槲皮素（Que，97%）购自上海麦克莱恩生化科技有限公司；胃蛋白酶（10000U/g）、胰蛋白酶（250U/mg）和胆酸盐（≥60%）购自上海源叶生物科技有限公司；L(+)-抗坏血酸购自常德比克曼生物科技有限公司；过氧化氢（3%）购自当地药店；乙酸（≥99.8%），Na₂

槲皮素与卵白蛋白的最佳质量比筛选

多酚与蛋白质之间的相互作用主要依赖于分子间的氢键和疏水力，质量比的变化显著影响活性化合物的包载效率（H. Zhang, Jiang, Tong, Lu, Ouyang, & Ling, 2021）。如图1A和1B所示，不含槲皮素的纳米颗粒（GO对照组）的粒径明显较大，为742.93±44.78 nm（p<0.05），同时显示出最低的……

总结

本研究通过层层自组装成功构建了一种复合递送系统，外壳由GCS和OVA之间的静电相互作用形成，核心由OVA-Que复合物构成。通过对关键工艺参数的系统性优化，确定了最佳配方为GCS:OVA:Que = 8:40:1，其中Ca²⁺浓度为8 mM。结构表征显示，GCS的氨基与OVA的羧基/羧酸盐基团发生静电相互作用，从而包裹了OVA-Que复合物

CRediT作者贡献声明

黄涛：撰写 – 审稿与编辑，验证，监督。黄建宇：撰写 – 审稿与编辑，初稿撰写，方法学设计，数据管理。杨志志：实验研究。徐辉：概念构思。李金军：监督，资源提供。陈继成：撰写 – 审稿与编辑，验证，监督，资源提供。张倩倩：实验研究，概念构思。阮子颖：撰写 – 审稿与编辑，验证。王登米：数据可视化，方法学设计。张培超：形式审查

未引用的参考文献

Huang等人，2024；Huang等人，2017；Li等人，2019；Li等人，2024；Li等人，2020；Li等人，2022；Liao等人，2024；Liu等人，2025；Liu等人，2025；Sims Jr等人，2020；Wang等人，2016；Wang等人，2024；Zhang等人，2021；Zhang等人，2024；Zhang等人，2023。

利益冲突声明

作者声明他们没有可能影响本研究工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了长治中医药传承与创新示范项目（项目编号：2023CZSZYY01；2024CZSZYY01）、浙江省的“先锋”和“领头雁”研发计划（项目编号：2022C03138）以及国家自然科学基金（项目编号：32372467）的支持。