《LWT》：BSA-Chitosan Nanocarrier Shields Dihydromyricetin from Digestive Degradation and Reshapes Gut Microbiota and their metabolites
in vitro.
编辑推荐：
为解决二氢杨梅素(DHM)在消化过程中因pH剧烈波动导致结构改变、生物利用度低的难题，本研究利用牛血清白蛋白(BSA)-壳聚糖纳米载体封装DHM，制备了负载DHM的BSA-壳聚糖纳米颗粒(DBC-NPs)。该纳米载体在体外消化中能有效保护DHM免受pH变化影响，并能在结肠发酵过程中调节肠道菌群(如增加Dorea/Bifidobacterium/Akkermansia，减少Escherichia-Shigella/Clostridium)及其代谢产物(如促进有益代谢物苯基乳酸生成，抑制有害代谢物3-酮胆酸)。本研究为基于DHM的功能性食品和精准营养干预策略提供了新方案。
二氢杨梅素(DHM)是一种从藤茶(Ampelopsis grossedentata Hand.-Mazz)中提取的生物活性成分，被中国官方认定为新食品原料，在美国也已作为膳食补充剂进行商业生产。它以其抗氧化、抗炎、肝脏保护和血糖调节等多种有益特性而受到关注。然而，DHM在实际应用中面临两大瓶颈：溶解性差，以及在人体复杂的消化环境——特别是从胃部强酸(pH约1.5)到十二指肠近端中性/弱碱(pH 7.0-8.0)的剧烈pH波动中——结构不稳定，导致其生物利用度极低，限制了其健康功效的充分发挥。为了破解这一难题，武汉轻工大学的研究团队开发了一种新型纳米递送系统，并深入探究了其对肠道微生态的影响，相关成果发表在食品科学领域的权威期刊《LWT-Food Science and Technology》上。
为了将DHM安全、有效地递送到其发挥作用的部位，研究人员采用了牛血清白蛋白(BSA)和壳聚糖这两种生物相容性优异的材料构建纳米载体。这项研究的核心技术方法可概括为四个方面：首先，建立了体外模拟消化模型，结合高效液相色谱-电喷雾电离-串联质谱(HPLC-ESI-MS/MS)分析，确证了DHM在pH波动下的不稳定性及其降解产物。其次，利用分子自组装结合旋转蒸发法制备了负载DHM的BSA-壳聚糖纳米颗粒(DBC-NPs)，并通过动态光散射(DLS)、透射/扫描电子显微镜(TEM/SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)对其理化性质进行了全面表征。第三，通过体外模拟胃肠道消化实验评估了DBC-NPs在消化过程中的释放规律。最后，研究的核心在于体外结肠发酵评估，使用来自6名健康捐献者的混合粪便样本进行体外发酵，结合非靶向代谢组学分析和16S rRNA基因测序，系统探究了DBC-NPs对肠道菌群结构及其代谢产物的调控作用。
3.1. 二氢杨梅素(DHM)在体外胃-十二指肠消化过程中表现出pH驱动的结构改变
研究人员通过建立模拟胃到十二指肠pH变化(2-7)的体外消化模型，发现DHM在此过程中会发生显著的结构改变。利用质谱分析，他们从消化液中鉴定出121种酚类化合物，并筛选出20种差异显著的代谢物，包括5‘-羟基桑色素、杨梅素、花旗松素等。这些结果表明，DHM在胃肠道pH波动中会降解为其他黄酮类化合物或更小的分子，这是其生物利用度低下的主要原因，从而凸显了开发保护性递送系统的必要性。
3.2. 负载DHM的BSA-壳聚糖纳米颗粒(DBC-NPs)的表征
研究成功制备了DBC-NPs，其包封率高达86.66%，载药量为18.57%。该纳米颗粒水合粒径为217.3±3.2纳米，分散均匀，呈球形，表面带有正电荷(+17.4±3.2毫伏)。傅里叶变换红外光谱分析显示，DHM的特征峰在纳米颗粒中几乎消失，表明DHM被成功封装在BSA核心内。X射线衍射分析进一步证实，原本具有晶体结构的DHM在纳米颗粒中转变为无定形态。这些结果共同证明了BSA-壳聚糖纳米载体对DHM的成功装载。
3.3. DBC-NPs在模拟体外胃肠道消化过程中的释放模式
模拟口腔、胃和小肠三段式消化实验显示，在整个消化过程中，DBC-NPs内的DHM释放量极低。这说明BSA-壳聚糖形成的蛋白质-多糖壳结构能有效保护DHM免受消化液pH变化的影响，使其能够稳定地通过上消化道，为靶向递送至结肠并在那里释放和转化创造了条件。
3.4. 体外发酵过程中DBC-NPs的代谢结果
将经过消化的DBC-NPs进行体外结肠发酵48小时，研究发现DBC-NPs组比对照组产生了更多的气体，且乙酸含量显著升高，表明肠道菌群能够发酵利用DBC-NPs。非靶向代谢组学分析揭示了DBC-NPs对代谢产物的显著调节作用，与对照组相比，DBC-NPs组有39种代谢物上调，25种下调。
3.4.2. DBC-NPs调控的酚类相关代谢物
在发酵产物中，三种酚类代谢物——苯基乳酸(PLA)、4-羟基苯基-2-丙酸(4-HPPA)和苯乙醛(PAA)的含量在DBC-NPs组显著上调。这些物质具有抗氧化等多种有益特性，它们的增加表明被包封的DHM能够在结肠被释放，并被肠道菌群进一步生物转化为有益代谢物。
3.4.3. DBC-NPs调控的其他有益代谢物
除了酚类物质，DBC-NPs还上调了其他多种有益代谢物，包括具有抗炎作用的吲哚-3-甲醛(I3CA)、具有抗炎和应激调节特性的异戊酸(IVA)，以及与改善糖代谢相关的4-三甲基氨基丁酸(4-TMABA)。同时，作为胆汁酸代谢中间体的有害代谢物3-酮胆酸(3-OCA)的含量则显著降低，这反映了更健康的肠道菌群状态。
3.4.4. KEGG通路分析
京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路富集分析表明，这些差异代谢物参与了苯丙氨酸代谢、蛋白质消化与吸收、次级胆汁酸生物合成等多个代谢通路，从系统层面揭示了DBC-NPs如何通过激活多种代谢途径来促进有益产物的生成。
3.5. 体外发酵过程中的肠道菌群组成和关键菌属
16S rRNA测序分析发现，DBC-NPs处理显著改变了肠道菌群的结构。虽然菌群的丰富度和多样性有所降低，但菌群组成向着更健康的方向重塑。具体而言，DBC-NPs促进了有益菌如Dorea、阿克曼氏菌(Akkermansia)、双歧杆菌(Bifidobacterium)和肠球菌(Enterococcus)的富集。这些菌与增强肠道屏障、改善代谢紊乱密切相关。相反，一些有害菌或条件致病菌，如志贺氏菌/大肠杆菌(Escherichia-Shigella)、梭菌(Clostridium)、扭链瘤胃球菌(Ruminococcus_torques_group)和别普雷沃氏菌(Alloprevotella)的相对丰度则被抑制。
3.6. 差异菌属与关键代谢物之间的关联
通过斯皮尔曼相关分析，研究人员发现上调的有益代谢物(如PLA、4-HPPA、PAA、I3CA)与上调的有益菌(如双歧杆菌、阿克曼氏菌、Dorea)呈显著正相关，而与下调的有害菌(如梭菌、扭链瘤胃球菌)呈显著负相关。有害代谢物3-OCA则与有害菌呈正相关。这清晰地表明，DBC-NPs通过重塑肠道菌群结构，进而影响了菌群的代谢功能，二者协同作用，共同营造了更健康的肠道微环境。
综上所述，这项研究成功地利用BSA-壳聚糖纳米载体封装了不稳定的二氢杨梅素，构建了DBC-NPs递送系统。该纳米载体在体外消化过程中能有效保护DHM免受pH变化的破坏。更重要的是，通过体外结肠发酵模型证实，DBC-NPs具有双重有益效果：其一，它能显著重塑肠道菌群结构，促进Dorea、阿克曼氏菌、双歧杆菌等有益菌的生长，同时抑制志贺氏菌/大肠杆菌、梭菌、扭链瘤胃球菌等有害菌；其二，它能上调苯基乳酸、吲哚-3-甲醛等一系列有益代谢产物，并下调有害的3-酮胆酸。肠道菌群与代谢物之间的强相关性分析，进一步揭示了包封后的DHM通过靶向调节肠道微生态来促进肠道健康的潜在机制。这项研究不仅为解决DHM生物利用度低下的难题提供了创新的纳米递送方案，更重要的是，从“菌群-代谢”互作的角度，深入阐释了其发挥健康效益的新机制，为未来开发基于DHM的功能性食品和精准营养干预策略奠定了坚实的科学基础，具有重要的理论价值与应用前景。
