基于木素-碳水化合物复合物构建的双层乳液递送系统：靶向油水界面以协同调控肠道稳态治疗溃疡性结肠炎

《Advanced Science》：Constraint of Lignin–Carbohydrate Complex Orchestrated on Polyphenol in Oil–Water Interface Targeting Ulcerative Colitis Therapy

本综述报道了一种创新性的结肠靶向递送系统。研究者首次设计并利用酶法改性的木素-碳水化合物复合物（LCC）作为双功能乳化剂，构建了W1/O/W2型双层乳液。该系统可高效共包载具有不同极性的多酚（儿茶素Catechin和槲皮素Quercetin），实现pH响应性结肠靶向释放。在DSS诱导的结肠炎模型中，该系统展现出协同治疗效应：LCC本身作为益生元调节肠道菌群，而释放的多酚则能增强肠道屏障，共同促进粘膜愈合。这项工作不仅为利用工程化生物质替代合成乳化剂提供了概念验证，也为溃疡性结肠炎的碳中性治疗策略提供了一个多功能平台。

引言：炎症性肠病与绿色治疗新策略

炎症性肠病（IBD），主要包括克罗恩病（CD）和溃疡性结肠炎（UC），其发病与肠道粘膜免疫反应失调和肠道菌群失衡密切相关。当前主流的类固醇、免疫抑制剂等疗法长期使用可能引发严重并发症，因此探索更安全有效的疗法成为研究热点。多酚类物质（如儿茶素Catechin和槲皮素Quercetin）在UC治疗中展现出潜力，但其临床应用受限于稳定性差、水溶性低和口服生物利用度有限等问题。W₁/O/W₂型双层乳液可有效包载生物活性物质并提高其口服生物利用度。然而，传统双层乳液的构建通常依赖化学合成的表面活性剂，可能带来不良气味和安全隐患。

在全球碳中和目标与绿色能源政策推动下，可持续可再生天然功能材料的探索日益加速。木素-碳水化合物复合物（LCC）是一种生物相容且无毒的生物聚合物，由疏水的木素骨架与亲水的碳水化合物共价连接而成，赋予其显著的两亲性。研究表明，LCC不仅具有免疫刺激活性，还能抑制HIV增殖和大肠杆菌生长，其木素部分富含酚羟基，具有抗氧化能力，而多糖组分则可作为潜在的肠道菌群益生元。这些多重特性使LCC成为设计新一代可持续表面活性剂的理想平台。

木素-碳水化合物复合物（LCC）的化学表征与改性

本研究首次成功构建了LCC稳定的W₁/O/W₂乳液靶向治疗递送系统用于UC。研究者从马尾松中提取LCC，其初始碳水化合物与木素比例为77.7%比22.3%。通过漆酶催化将异丁香酚接枝到LCC的木素部分，得到了改性LCC，其比例转变为24.5%比75.5%，平均分子量也相应增加。傅里叶变换红外光谱（FTIR）显示，改性后对应于木素芳香单元的特征吸收带强度显著增加。二维核磁共振（2D-HSQC NMR）和X射线光电子能谱（XPS）分析进一步证实，改性过程导致了LCC结构的重组，形成了更富木素、疏水性增强的结构。这种增强的疏水性为改性LCC在油水界面形成更稳定的界面膜奠定了基础，是构建整个W₁/O/W₂乳液的关键。

基于LCC和改性LCC的乳液制备与表征

研究者分别利用LCC和改性LCC作为乳化剂，制备了O/W型和W/O型初级乳液。对于O/W乳液，当油相体积分数为75%时，乳液呈现出最佳的稳定性，液滴平均尺寸为20.10 ± 2.66 μm。对于W/O乳液，30%内水相体系最为稳定，液滴尺寸显著减小至4.60 ± 0.71 μm。流变学测试表明，75%内相的O/W乳液表现出以弹性行为为主的特性。

采用两步法，以上述W/O初级乳液为内相，LCC溶液为外水相（W₂），成功构建了绿色、稳定的W₁/O/W₂双层乳液。当内相（W₁/O）体积占比为80%时，乳液显示出最佳的稳定性。激光共聚焦显微镜清晰地观察到了其“两膜三相”的典型结构。该双层乳液在冻融循环和不同温度下均表现出良好的物理化学稳定性。重要的是，在pH 2-5的酸性条件下，乳液结构保持稳定；而在弱碱性条件下（pH 8），双层乳液会逐步转变为O/W形态，这种pH响应性崩解特性有利于实现结肠部位的特异性释放。

Catechin/Quercetin@W₁/O/W₂LCC乳液的消化特性与生物可及性

研究构建了共包载儿茶素（亲水，位于内水相W₁）和槲皮素（亲脂，位于油相O）的W₁/O/W₂LCC乳液。该体系对儿茶素和槲皮素的包封率分别高达96.61%和80.83%。体外模拟消化实验表明，在胃消化阶段，乳液结构仅受到轻微扰动。进入肠消化阶段后，在碱性环境、胰酶和胆汁盐的共同作用下，乳液的界面膜发生部分破裂。

通过液相色谱-质谱联用（LC-MS）定量分析释放行为发现，在肠消化阶段结束时，儿茶素和槲皮素的累积释放率分别达到69.51%和64.42%。这种差异化的释放行为源于LCC和改性LCC分别在O/W和W/O界面的差异化吸附。在肠道阶段，消化成分优先破坏由改性LCC稳定的油水界面，导致槲皮素先释放；油相消化后，内水相直接暴露于肠液，进而释放儿茶素。该双层乳液的“多层屏障”结构有效减缓了酶侵蚀，使儿茶素和槲皮素在消化后的保留率显著高于单层乳液。最终，儿茶素和槲皮素在双层乳液中的生物可及性分别达到56.12%和60.04%，并表现出更强的自由基清除活性（ABTS⁺和DPPH）。

Catechin/Quercetin@W₁/O/W₂乳液的生物安全性、细胞摄取与靶向递送

细胞实验表明，适当稀释后的乳液对Caco-2细胞无显著毒性。在过氧化氢（H₂O₂）诱导的Caco-2细胞氧化应激模型中，从乳液中释放的儿茶素和槲皮素展现出足够的生物活性，能有效降低细胞内活性氧（ROS）水平，并调节炎症因子表达。细胞摄取实验显示，乳液能被Caco-2细胞有效内化。溶血实验进一步证实了该乳液系统具有良好的血液相容性。

通过CY-5.5荧光标记和活体成像技术，研究了该递送系统在体内的分布。与游离药物组相比，载药乳液组在小鼠结肠部位的荧光信号更强、持续时间更长，且在48小时时其他器官的荧光信号微弱，这证实了该双层乳液系统能有效增强结肠靶向递送效率。此外，对小鼠主要器官的组织学检查（H&E染色）和血常规指标分析均未发现异常，证明了该递送系统具有良好的体内生物安全性。

Catechin/Quercetin@W₁/O/W₂LCC乳液在DSS诱导结肠炎小鼠模型中的预防与治疗功效

在葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的小鼠急性结肠炎预防模型中，口服Catechin/Quercetin@W₁/O/W₂LCC乳液（嵌入组）能显著缓解DSS引起的体重下降、结肠缩短和脾脏肿大，降低疾病活动指数（DAI）。组织病理学（H&E）染色显示，嵌入组能有效维持结肠粘膜结构的完整性，减少隐窝损伤。阿尔新蓝-过碘酸雪夫（AB-PAS）染色和粘蛋白MUC-2免疫组化分析表明，嵌入组能显著增加结肠杯状细胞数量和粘液分泌。

在分子水平上，嵌入组能显著下调结肠组织中促炎细胞因子肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-1β（IL-1β）以及诱导型一氧化氮合酶（iNOS）和髓过氧化物酶（MPO）的表达，同时上调抗炎细胞因子IL-10的表达。隧道（TUNEL）染色和凋亡相关蛋白（Bad/Bcl-2）检测表明，该乳液能有效抑制DSS诱导的结肠上皮细胞凋亡。

对肠道机械屏障的修复作用

肠道紧密连接蛋白是维持肠道屏障功能的关键。免疫荧光结果显示，嵌入组能显著上调结肠组织中紧密连接蛋白（闭合蛋白Occludin、闭锁小带蛋白-1 ZO-1和闭合蛋白-1 Claudin-1）的表达。高分辨透射电镜（TEM）观察提供了超微结构证据：与DSS组相比，嵌入组能更有效地重建结肠上皮的微绒毛和紧密连接结构。这些结果强有力地表明，该乳液系统通过上调紧密连接蛋白的表达来修复肠道上皮屏障，从而改善结肠炎。

对肠道菌群的调节作用

通过对小鼠粪便进行16S rRNA测序分析，评估了该乳液对肠道菌群的影响。嵌入组处理增加了肠道菌群的α多样性指数（如Shannon和Chao-1指数），并使菌群群落结构更接近于健康对照组。在门水平上，嵌入组增加了厚壁菌门（Firmicutes）的相对丰度。在属水平上，嵌入组降低了与肠道炎症相关的致病菌（如Escherichia-Shigella和Clostridia_UCG_014）的丰度，同时增加了潜在有益菌（如Prevotellaceae_UCG-001和Lactobacillus_murinus）的丰度。

更重要的是，嵌入组显著提高了小鼠粪便中短链脂肪酸（SCFAs），特别是乙酸和丁酸的含量。相关性分析表明，紧密连接蛋白（ZO-1, Occludin, Claudin-1）和粘蛋白MUC-2的表达与SCFA水平呈正相关，而与促炎因子（TNF-α, IL-1β）呈负相关。这提示，该乳液通过LCC的益生元作用和释放的多酚协同调节肠道菌群，富集产SCFA的细菌，而SCFA为结肠上皮细胞提供能量，并有助于恢复肠道屏障功能，是其缓解结肠炎的关键机制之一。

治疗模型验证

除了预防模型，研究还在已建立DSS结肠炎的小鼠中验证了该乳液的治疗效果。在治疗模型中，口服该乳液同样能显著改善体重减轻、结肠缩短等病理表型，减轻结肠组织炎症损伤，并调节促炎/抗炎细胞因子的平衡，证明了其不仅具有预防能力，也具备明确的治疗效用。

结论与展望

本研究首次利用LCC作为乳化剂，构建了一种W₁/O/W₂型双层乳液共递送系统，用于儿茶素和槲皮素的结肠靶向递送，以治疗溃疡性结肠炎。通过酶法改性调控LCC的两亲性，使其能分别稳定O/W和W/O界面，从而构建出具有pH响应性释放特性的稳定双层乳液。该递送系统显著提高了多酚的口服生物利用度和结肠靶向性。在DSS诱导的结肠炎模型中，该系统通过多重机制发挥协同治疗作用：释放的多酚直接抗炎、抗氧化、修复肠道屏障；LCC本身作为益生元调节肠道菌群，富集有益菌和产SCFA菌，间接加固屏障并抑制炎症。这项工作为利用工程化生物质（LCC）替代化学合成乳化剂提供了成功范例，构建了一个多功能的结肠靶向协同治疗平台，不仅推动了天然乳化剂设计和木质素高值化利用，也为溃疡性结肠炎等肠道疾病的治疗提供了创新性的碳中性策略。

未来的工作可延伸该平台以包载更复杂的活性物质，在更广泛的疾病模型中验证其功效，并进行系统的安全性评估，以推动其向临床应用转化。