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人才强校丨中国农大李媛课题组在纳米载体促进肠道吸收的细胞内化途径和转运机制方面取得进展

来源：泰然健康网时间：2024年12月21日 12:12

中国农大新闻网讯 近日，中国农业大学食品科学与营养工程学院李媛教授在生物材料顶级期刊《生物材料》（Biomaterials）发表文章《构效可控的纳米载体的细胞内命运及转化途径对于提高功能因子口服利率的机制研究》（“The intracellular fate and transport mechanism of shape, size and rigidity varied nanocarriers for understanding their oral delivery efficiency”），在纳米载体促进肠道吸收的细胞内化途径和转运机制方面取得进展。

食品难溶性功能因子吸收率低的问题是制约其健康功效的关键难题。通过可控酶解和纳米自组装技术制备出不同形貌、尺寸和硬度的纳米载体，纳米载体成功克服了肠上皮细胞吸收屏障，提高疏水性芒果苷的生物利用率，并有效促进了芒果苷的降血糖效果，为纳米技术在食品营养转化和功能食品开发方面提供了新思路和新方法。食品学院李媛教授为通讯作者，博士生李昕为第一作者。

口服载功能因子纳米载体的生物利用率通常受到多种肠上皮细胞吸收屏障的限制。纳米载体在肠上皮细胞的吸收是一系列连续的过程，主要包括细胞内化和细胞转运。细胞内化途径首先是纳米载体和细胞膜融合进入细胞内，这期间纳米载体需要克服细胞膜表面张力才能被细胞摄取；入胞后纳米载体与细胞质中的各种细胞器发生互作的内化途径影响其胞内转运效率；另外，细胞膜上存在的耐药泵P-糖蛋白会将已被摄取的功能因子泵出细胞，进一步降低了细胞内物质浓度。而细胞转运途径则需要纳米载体能瞬时可逆打开细胞间紧密连接，然后促进功能因子进入血液循环被吸收。因此，为了设计具有最高生物利用率和治疗效果的纳米载体，必须了解纳米载体的理化性质与其克服这些吸收屏障能力之间的关系。

本研究探究了不同结构、物理特性纳米载体的细胞内化及转运机制，发现形貌和硬度影响了纳米载体的上皮细胞内化和转运效率。硬度较大的纳米载体更容易克服内吞所需要的跨膜阻力-膜表面张力被细胞摄取。形貌影响载体的内吞途径，通过溶酶体的内吞途径容易被其中的水解酶水解破坏。逃逸溶酶体的内吞途径细胞吸收效率更高。该研究发现，纳米球大部分通过网格蛋白介导的内吞进入细胞，然后通过溶酶体途径而被其中的水解酶降解，降低其胞内转运效率。而纳米管载体通过大胞饮途径进入细胞，入胞后可不经过溶酶体而直接被运送至内质网或高尔基体，实现了溶酶体逃逸不被降解。高尔基体/内质网转运途径更利于纳米载体在胞内的转运，有效提高了其细胞内有效药物浓度和吸收利用率。

图1：乳清蛋白纳米载体的细胞内化途径

同时，硬度较大的纳米管更容易克服P-糖蛋白的外排作用，并能瞬时可逆打开细胞间紧密连接TJs通过细胞旁通路进行细胞转运，因此，最终硬度较大的纳米管具有最高的细胞转运效率，从而提高了疏水性功能因子芒果苷的体内生物利用率。优异的细胞内转运效率进一步促进了生物利用率的提高，从而增加了肠道吸收的功能因子（芒果苷）有效浓度，进一步促进了功能因子的体内健康功效。因此，我们发现硬度较大的纳米管具有最大的生物利用率和体内降血糖效果。该研究体系中建立的纳米载体为筛选高效上皮细胞吸收和转运的理想载体提供了理论参考。基于纳米载体的构建为生物活性物质在生物医药、疾病干预和营养递送方面的应用提供更多的理论依据和技术支撑。

该乳清蛋白纳米载体已成功应用于姜黄素、辣椒素、番茄红素、槲皮素、β-胡萝卜素、花色苷、siRNA、mRNA、阿霉素等功能因子的稳态化和靶向递送，在乳腺癌、肥胖、结肠炎和结肠癌等具有良好的疾病干预效果，是一种食源性壁材、生物兼容性好、绿色、低能耗的递送方式。基于所包埋功能因子纳米载体还开发了功能性乳饮料、营养递送型奶酪、护眼果冻、压片糖果、固体饮料和减肥微针贴片等小试产品。授权发明专利5项，成果转化1项。

该研究工作受到了国家自然科学基金（32172345, 31772014, 31972202）的支持，北京市食品营养与人类健康高精尖创新中心的平台支持。