QCM-D解析姜黃素-肌原纖維蛋白核殼顆粒增強透明質酸吸附
用戶成果｜南京農業(yè)大學王鵬團隊Food Hydrocolloids：應用QCM-D與分子模擬解析姜黃素-肌原纖維蛋白核殼納米顆粒增強透明質酸吸附機制
背景知識：姜黃素遞送的“難”與“解”
姜黃素是姜黃中的天然多酚，具有抗炎、抗氧化等多重健康功效，卻因水溶性差、易降解、生物利用度低，在食品和醫(yī)藥領域的應用受限。如何設計高效遞送系統(tǒng)，成為科研界的熱點。
蛋白-多糖核殼納米顆粒被視為理想載體：蛋白（如肌原纖維蛋白，MP）提供疏水內核包裹姜黃素，多糖（如透明質酸，HA）形成親水外殼，既能提升穩(wěn)定性，又能通過多糖的生物相容性實現(xiàn)靶向遞送。但關鍵問題在于：姜黃素如何改變蛋白構象，進而影響多糖的吸附效率？這一過程的分子機制是什么？近期南京農業(yè)大學王鵬團隊以“Core–shell nanoparticle: curcumin-induced protein conformation changes enhance the adsorption of hyaluronic acid, as studied via spectroscopy, molecular dynamics simulation and energy dissipation“為題，在《Food Hydrocolloids》上發(fā)表了相關研究進展。
研究方法：多技術聯(lián)用破解核殼組裝密碼
團隊以肌原纖維蛋白為基質，通過pH-shifting法（堿性條件下蛋白展開呈熔融球狀包裹姜黃素）制備MP-姜黃素納米顆粒（PC），再通過自組裝在PC表面包裹HA，形成核殼結構（PCH）。結合光譜技術（UV-Vis、熒光、圓二光譜、傅里葉紅外光譜）、QSense耗散型石英晶體微天平（QCM-D）及分子動力學模擬（MD），從宏觀到微觀揭示組裝機制：
1. 溶解度與穩(wěn)定性雙提升
PCH納米顆粒的蛋白溶解度較PC顆粒提高。PCH在14天存儲后沉淀較少，而PC因姜黃素誘導易發(fā)生疏水聚集。HA作為“殼”像“防護罩”，屏蔽姜黃素的疏水位點，使得姜黃素介導的PC納米顆粒之間的聚集和沉淀顯著降低。Turbiscan穩(wěn)定性指數(shù)（TSI）顯示，PCH穩(wěn)定性較好。
2. 姜黃素包封效率突破
PCH的前四組包封率（EE）達80%以上。與PC納米顆粒相比，PCH納米顆粒的EE隨著HA的摻入而增加。HA的加入不僅“鎖住”更多姜黃素，還通過氫鍵增強姜黃素與蛋白的結合（結合常數(shù)Ka從6.76×10⁷升至8.63×10⁷），給姜黃素提供更疏水的微環(huán)境（UV-Vis紅移證實）。
3. 構象變化驅動吸附增強
結論與展望：從機制到應用的“跨越”
本研究證實，MP與姜黃素結合后的構象發(fā)生改變（二級結構與三級結構），并增強了HA與MP-姜黃素的吸附和相互作用，形成的核殼結構（PCH）在蛋白溶解度、穩(wěn)定性、包封率三方面表現(xiàn)優(yōu)異。這一發(fā)現(xiàn)為設計高效姜黃素遞送系統(tǒng)提供了新思路——通過“蛋白-多酚-多糖”協(xié)同作用，精準調控納米顆粒的組裝與功能。
基金支持
本研究獲國家現(xiàn)代農業(yè)產業(yè)技術體系（CARS-41）、國家自然科學基金（32172243）等項目資助。
原文鏈接
https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2025.111645
背景知識：姜黃素遞送的“難”與“解”
姜黃素是姜黃中的天然多酚，具有抗炎、抗氧化等多重健康功效，卻因水溶性差、易降解、生物利用度低，在食品和醫(yī)藥領域的應用受限。如何設計高效遞送系統(tǒng)，成為科研界的熱點。
蛋白-多糖核殼納米顆粒被視為理想載體：蛋白（如肌原纖維蛋白，MP）提供疏水內核包裹姜黃素，多糖（如透明質酸，HA）形成親水外殼，既能提升穩(wěn)定性，又能通過多糖的生物相容性實現(xiàn)靶向遞送。但關鍵問題在于：姜黃素如何改變蛋白構象，進而影響多糖的吸附效率？這一過程的分子機制是什么？近期南京農業(yè)大學王鵬團隊以“Core–shell nanoparticle: curcumin-induced protein conformation changes enhance the adsorption of hyaluronic acid, as studied via spectroscopy, molecular dynamics simulation and energy dissipation“為題，在《Food Hydrocolloids》上發(fā)表了相關研究進展。
研究方法：多技術聯(lián)用破解核殼組裝密碼
團隊以肌原纖維蛋白為基質，通過pH-shifting法（堿性條件下蛋白展開呈熔融球狀包裹姜黃素）制備MP-姜黃素納米顆粒（PC），再通過自組裝在PC表面包裹HA，形成核殼結構（PCH）。結合光譜技術（UV-Vis、熒光、圓二光譜、傅里葉紅外光譜）、QSense耗散型石英晶體微天平（QCM-D）及分子動力學模擬（MD），從宏觀到微觀揭示組裝機制：
- QCM-D：實時監(jiān)測具有不同蛋白結構的PC顆粒在HA表面的吸附過程，通過頻率（Δf）和耗散（ΔD）變化量化吸附量與層結構；
- 光譜分析：追蹤姜黃素與蛋白/多糖的相互作用（如熒光淬滅反映結合位點，CD反映蛋白二級結構變化）；
- 分子模擬：從原子尺度解析氫鍵作用的具體位點以及體系穩(wěn)定性。
1. 溶解度與穩(wěn)定性雙提升
PCH納米顆粒的蛋白溶解度較PC顆粒提高。PCH在14天存儲后沉淀較少，而PC因姜黃素誘導易發(fā)生疏水聚集。HA作為“殼”像“防護罩”，屏蔽姜黃素的疏水位點，使得姜黃素介導的PC納米顆粒之間的聚集和沉淀顯著降低。Turbiscan穩(wěn)定性指數(shù)（TSI）顯示，PCH穩(wěn)定性較好。
2. 姜黃素包封效率突破
PCH的前四組包封率（EE）達80%以上。與PC納米顆粒相比，PCH納米顆粒的EE隨著HA的摻入而增加。HA的加入不僅“鎖住”更多姜黃素，還通過氫鍵增強姜黃素與蛋白的結合（結合常數(shù)Ka從6.76×10⁷升至8.63×10⁷），給姜黃素提供更疏水的微環(huán)境（UV-Vis紅移證實）。
3. 構象變化驅動吸附增強
- 蛋白“變形記”：CD光譜表明與PC相比，PCH中α-螺旋的含量增加，β-折疊的含量減少，說明HA的添加改變了蛋白的構象；
- 實時吸附：QCM-D結果顯示，PC的Δf（頻率下降）和ΔD（耗散增加）顯著高于純蛋白，表明姜黃素誘導的蛋白構象變化顯著增強了PC的吸附量（PC3組厚度達12.8 nm，是純蛋白的2.8倍）；
- 分子“鎖鑰”機制：MD模擬證實，HA與蛋白通過多位點氫鍵（如HA的羥基與蛋白的Lys、Asn殘基）緊密結合，體系自由能（ΔG）從-20.96 kcal/mol降至-36.35 kcal/mol，穩(wěn)定性大幅提升。
結論與展望：從機制到應用的“跨越”
本研究證實，MP與姜黃素結合后的構象發(fā)生改變（二級結構與三級結構），并增強了HA與MP-姜黃素的吸附和相互作用，形成的核殼結構（PCH）在蛋白溶解度、穩(wěn)定性、包封率三方面表現(xiàn)優(yōu)異。這一發(fā)現(xiàn)為設計高效姜黃素遞送系統(tǒng)提供了新思路——通過“蛋白-多酚-多糖”協(xié)同作用，精準調控納米顆粒的組裝與功能。
基金支持
本研究獲國家現(xiàn)代農業(yè)產業(yè)技術體系（CARS-41）、國家自然科學基金（32172243）等項目資助。
原文鏈接
https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2025.111645
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