乳铁蛋白引导的酪蛋白磷酸肽-钙输送系统的自组装：结构、稳定性及体外吸收研究

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《Food Bioscience》：Lactoferrin-directed self-assembly of a casein phosphopeptide–calcium delivery system: Structural, stability, and in vitro absorption studies

【字体：大中小】 时间：2026年02月23日 来源：Food Bioscience 5.9

编辑推荐：

　　钙递送系统研究：基于乳酸铁蛋白与酪蛋白磷酸肽三元络合物的开发及性能验证。

刘浩宇|王宇欣|李燕|刘晓燕|潘月|李晓东|刘璐

中国哈尔滨市香坊区长江街600号，东北农业大学食品学院，邮编150030

摘要：

钙对骨骼健康至关重要，但其生物利用度受到其在肠道环境中溶解度低的限制。为了解决这一问题，本研究通过乳铁蛋白（LF）和酪蛋白磷酸肽（CPP）的自组装，并与钙进行螯合，开发了一种新型的钙输送系统，形成了LF-CPP-Ca三元复合物。该产品通过内在荧光光谱、傅里叶变换红外光谱和Zeta电位技术进行了表征。结果表明，LF和CPP通过氢键和静电相互作用形成复合物，导致LF的构象发生变化。钙离子的加入进一步促进了三元螯合物的形成，使得颗粒尺寸减小、分布均匀且结构稳定性增强。体外模拟消化实验显示，LF-CPP-Ca在肠道阶段的钙释放率（89.43%）显著低于CPP-Ca（97.91%），证明了其在将钙输送到吸收部位方面的优越性。在Caco-2细胞模型中，LF-CPP-Ca表现出优异的钙转运效率。特别是在草酸和植酸存在的情况下，LF-CPP-Ca的钙吸收率降低幅度（PA: 32.99%; OA: 38.36%）远低于CaCl₂（PA: 45.71%; OA: 57.33%）和CPP-Ca（PA: 41.65%; OA: 45.43%），显示出良好的抗干扰能力。这项工作为基于蛋白质-肽共组装和多配体螯合的矿物质输送系统设计提供了新的范例。

引言

钙是一种参与多种生理活动的关键矿物质，包括骨骼矿化、细胞内代谢和器官保护（Bao等人，2021年）。然而，人体肠道对钙的吸收和利用常常受到其低溶解度以及膳食抑制剂（如植酸和草酸）的影响（Zhang等人，2024年）。钙-肽螯合物，尤其是酪蛋白磷酸肽（CPP），可以通过提高溶解度来增加钙的生物利用度（Lin等人，2024年；Tenenbaum等人，2022年）。然而，CPP-Ca容易被胃中的胃蛋白酶降解，并且主要依赖于被动运输，这限制了其到达肠道吸收部位的效率（Guo等人，2026年）。乳铁蛋白（LF）是一种存在于牛奶中的多功能阳离子糖蛋白，在矿物质输送方面具有独特优势（Zhao等人，2019年）。它在广泛的pH范围内表现出高稳定性，并且对胃酸消化具有很强的抵抗力，能够完整地到达肠道（Hong等人，2024年）。值得注意的是，LF可以通过受体介导的内吞作用被肠道上皮细胞摄取（Fija?kowski等人，2025年）。这为活性钙转运提供了一条潜在途径，这是传统钙补充剂中很少采用的机制。然而，LF的直接钙结合能力有限，表明其作为钙输送因子的作用可能需要通过与其他钙螯合配体的协同组装来最大化。尽管LF和CPP分别被研究用于矿物质输送，但将LF的细胞靶向能力与CPP的钙结合能力结合起来尚未得到探索。因此，本研究提出了一种基于乳铁蛋白引导的酪蛋白磷酸肽复合物自组装和钙螯合的新型钙输送系统。我们假设LF不仅可以保护CPP免受酶降解，还可以促进受体介导的跨细胞钙转运，从而协同提高钙的生物利用度。本研究的创新之处在于：（1）提出了一种蛋白质引导的肽自组装策略，在引入钙离子之前，通过氢键和静电相互作用预先将LF与CPP组装在一起，为钙螯合提供了有利的环境；（2）与简单的LF-矿物质或钙-肽螯合物（具有单一功能）不同，形成的三元螯合物结合了这两种蛋白质/肽的互补功能，从保护、输送和吸收等多个方面协同提高钙的生物利用度。尽管LF-CPP系统的制备、物理化学表征和体外功能已经得到了系统的研究，但LF-CPP相互作用和钙螯合的精确分子机制仍有待阐明。此外，目前的评估仅限于体外模型；未来需要通过动物实验来验证其有效性。通过多尺度表征、模拟消化和Caco-2细胞转运实验，我们证明了LF-CPP-Ca三元螯合物在胃肠道中表现出更好的稳定性、更强的抗膳食抑制剂能力以及显著提高的钙吸收效率，为开发创新的食物级输送系统以改善营养物质的生物利用度提供了新的见解。

材料

商业乳铁蛋白（LF，≥90%蛋白质，CAS:112163-33-4）和酪蛋白磷酸肽（CPP，≥98%蛋白质，CAS:691364-49-5）分别由Fonterra Limited（新西兰）和Macklin Biochemical Co., Ltd.（中国）提供。细胞培养试剂，包括胰蛋白酶（CAS: 9002-07-7）、DMEM和胎牛血清（FBS），购自浙江天航生物科技有限公司（中国）。CaCl₂（CAS: 10043-52-4）及其他所有分析级化学品均从Aladdin Reagent Co.采购。

FTIR

FTIR是一种评估蛋白质二级结构变化的有效方法。光谱是在4000–500 cm^-1的波数范围内获得的。图1（a）展示了不同比例下的LF、CPP和LF-CPP复合物的FTIR光谱。在3600-3300 cm^-1的波数范围内，LF在3317.44 cm^-1处显示出强烈的吸收峰，对应于–NH₂和–OH基团的伸缩振动。对于CPP，3317.44 cm^-1处的吸收峰归因于–OH基团的伸缩振动。