《Advanced Science》：The Enhanced Whey Protein Oral Bioavailability and Muscle Anabolism Ability by a Simple and Effective Piperine-Whey Protein Synergistic Codelivery System
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本研究针对单纯补充乳清蛋白（WP）难以满足特定人群肌肉合成需求的问题，探索了胡椒碱（Pip）与WP协同递送的效果。研究人员通过构建WP(Pip)纳米乳剂，发现该系统可协同提升WP和Pip的生物利用度，并通过可逆调节肠上皮紧密连接、激活mTOR信号通路，有效促进骨骼肌蛋白合成，在改善运动表现和缓解肌肉衰减方面展现出潜力，为功能性食品与临床营养干预提供了新策略。
肌肉不仅是力量的象征，更是维持生命活动与健康的关键。在健身热潮与人口老龄化的双重背景下，如何高效、安全地促进肌肉生长、延缓肌肉流失，成为了营养学与运动医学领域备受关注的议题。乳清蛋白（Whey Protein, WP）作为优质的蛋白质补充剂，其丰富的必需氨基酸和支链氨基酸构成，与骨骼肌蛋白相似，是促进肌肉蛋白合成的理想原料。然而，现实情况是，单纯补充WP往往“事倍功半”——其吸收效率有限，对于存在合成代谢抵抗的特定人群（如老年肌肉衰减症患者）或高强度运动后的快速恢复需求而言，仍显不足。盲目增加摄入量不仅加重代谢负担，还可能带来健康风险。那么，是否存在一种“增效剂”，能够像一把钥匙，打开WP高效利用的大门，让吃进去的蛋白质更精准地转化为肌肉力量呢？
来自中国农业大学等机构的研究团队将目光投向了一种天然化合物——胡椒碱（Piperine, Pip）。Pip是黑胡椒中的主要生物碱，以其能增强某些疏水性小分子（如姜黄素）的吸收而闻名。先前有离体研究提示Pip可能促进氨基酸摄取，但具体机制及其与蛋白质协同促进肌肉合成的效果尚不明确。此外，Pip自身水溶性差、在环境中不稳定，如何实现其在肠道靶向有效递送也是一大挑战。为此，研究团队创新性地构建了一个简单而高效的胡椒碱-乳清蛋白协同递送系统，相关成果发表于国际权威期刊《Advanced Science》。
为开展此项研究，作者团队综合运用了材料制备、体外模拟消化、细胞与动物模型等多层次技术方法。核心方法是制备了负载Pip的乳清蛋白纳米乳剂（WP(Pip)），并利用透射电镜、动态光散射等技术对其形貌、粒径及消化稳定性进行表征。在机制探索上，研究采用了人结肠腺癌细胞（Caco-2）单层模型考察肠上皮通透性及紧密连接（Tight Junctions, TJs）蛋白表达。动物实验则使用了斯普拉格-杜勒（SD）大鼠和C57BL/6J小鼠，通过灌胃给药，评估了WP(Pip)对蛋白质真实消化率、血浆氨基酸和Pip药代动力学、骨骼肌蛋白质合成速率（Fractional Synthesis Rate, FSR）的影响，并利用蛋白质免疫印迹（Western Blot）检测了肌肉中哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian Target of Rapamycin, mTOR）信号通路关键蛋白的表达。此外，还建立了小鼠力竭游泳运动模型和地塞米松（Dexamethasone, Dex）诱导的肌肉衰减症模型，从改善运动性能和缓解病理性肌肉流失两个维度验证了WP(Pip)的干预效果。
研究结果
2.1 WP(Pip)纳米乳剂的制备与表征
研究人员通过微射流均质技术，成功制备了WP(Pip)纳米乳剂。表征显示，该乳剂液滴粒径约为228.3 nm，并形成了10-32 nm厚的蛋白质“电晕”界面层，界面体积分数高达56%。体外模拟消化实验表明，与简单物理混合的WP+Pip在胃肠消化中发生聚集不同，WP(Pip)纳米乳剂在胃液中保持稳定，在肠液中液滴收缩、界面层变薄，提示其能更有效地将Pip递送至肠道吸收部位。
2.2 Pip增强WP体内生物利用度与肌肉蛋白合成
动物实验给出了有力证据。在大鼠模型中，与单独WP组相比，补充Pip（无论是WP+Pip还是WP(Pip)）显著提高了WP的真实蛋白质消化率，其中WP(Pip)组提升了6.10%。更重要的是，WP(Pip)组使血浆游离氨基酸达峰时间提前，峰浓度提升1.86倍；同时，Pip自身的生物利用度提升了890%，达峰时间缩短至15分钟。这证实了共递送系统的协同增效作用。进一步的机制研究表明，WP(Pip)处理能最高效地提升骨骼肌蛋白质合成速率（FSR），并显著上调mTOR及其下游效应蛋白核糖体S6激酶1（S6K1）和真核翻译起始因子4E结合蛋白1（4E-BP1）的磷酸化水平。这表明，Pip与高水平循环游离氨基酸协同，通过直接（氨基酸）和间接（Pip作为TRPV1激动剂可能激活PI3K/AKT通路）途径，强化了mTOR通路的激活，从而将吸收的WP高效导向骨骼肌合成。
2.3 Pip通过打开胞旁途径促进WP吸收
为了阐明Pip增强WP吸收的细胞机制，研究使用了Caco-2细胞单层模型。结果显示，Pip处理可显著增加WP水解物（WPH）的跨膜转运效率。同时，免疫荧光和蛋白检测发现，Pip可逆地下调了紧密连接蛋白ZO-1和Occludin的表达和分布，降低了上皮细胞间的连接紧密性。这种作用是可逆的，且依赖于c-Jun N-末端激酶（JNK）的激活。这揭示了Pip如同“肠道通行证”，通过可逆、短暂地打开肠上皮细胞的“门缝”（紧密连接），促进了WP水解产物的吸收。
2.4 WP(Pip)增强运动表现并减轻急性肌肉损伤
在健康小鼠中进行为期36天的干预实验发现，补充WP(Pip)能增加小鼠的瘦体重、降低体脂率，并显著提升前肢抓力和力竭游泳时间。组织学分析显示，WP(Pip)组小鼠在运动后，腓肠肌纤维排列整齐、间隙减小，表明肌肉结构更致密、损伤更轻。同时，该组小鼠运动后血清中的乳酸、乳酸脱氢酶（LDH）、肌酸激酶（CK）等肌肉疲劳和损伤标志物水平显著降低，抗氧化酶（超氧化物歧化酶SOD、谷胱甘肽过氧化物酶GSH-px）活性更高，丙二醛（MDA）积累更少。这说明长期补充WP(Pip)能通过增强肌肉质量和功能，减轻运动性疲劳和氧化损伤。
2.5 WP(Pip)减轻肌肉衰减模型中的慢性肌肉流失和氧化应激
在地塞米松诱导的肌肉衰减症小鼠模型中，WP(Pip)干预展现了积极的保护作用。它能有效缓解Dex引起的体重下降、握力减弱、瘦体重减少以及腓肠肌、股四头肌等多块下肢肌肉的质量损失。组织病理学显示，WP(Pip)组肌肉纤维萎缩、排列紊乱的情况得到明显改善。同时，该干预还上调了成肌分化关键因子肌源性决定因子（MyoD）和肌细胞生成素（MyoG）的表达，并降低了血清LDH、MDA水平，提高了SOD和GSH-px活性。这表明WP(Pip)不仅能对抗Dex导致的肌肉蛋白降解，还能促进肌生成、缓解慢性氧化应激，从而在多方面抵御病理性肌肉流失。
结论与意义
本研究系统阐明了胡椒碱（Pip）与乳清蛋白（WP）协同递送促进肌肉合成的作用与机制。核心发现是：Pip可作为一种“增效钥匙”，通过激活JNK通路可逆性地调节肠上皮紧密连接，增强WP的口服生物利用度；而纳米乳剂递送形式（WP(Pip)）进一步提升了Pip和WP的体内暴露水平。吸收后，Pip能将循环中的游离氨基酸导向II型快肌纤维，通过与氨基酸协同激活mTOR信号通路，高效驱动肌肉蛋白合成。在应用层面，该策略在健康模型中能强化肌肉、提升耐力、缓解运动损伤；在肌肉衰减症模型中，则能抵抗肌肉流失、减轻氧化应激。
这项工作的重要意义在于，它超越了过去单纯优化蛋白质消化（如加热、酶解）的思路，提出了一种“吸收增强”与“靶向利用”协同的新策略。它不仅为开发高效、精准的肌肉营养补充剂或功能性食品提供了坚实的科学依据和可行的技术方案，也为应对运动性肌肉疲劳和年龄相关性肌肉衰减等健康问题提供了新的干预思路，具有显著的营养学与临床转化潜力。当然，作者也在文末指出，从小动物模型到人体的转化验证将是未来需要探索的重要方向。
