CEJ（IF13.2）|| 福州大学汪少芸教授/袁毅副教授团队和华南理工大学李冰教授团队一区Top杂志发文

近日，福州大学汪少芸教授团队在

Chemical Engineering Journal

主要内容

溃疡性结肠炎（ulcerative colitis，UC）是累及直肠与结肠的慢性炎症性肠病，不仅带来沉重经济与心理负担，还会增加结肠癌风险，且因病因复杂，现有药物治疗、手术、粪便微生物移植等手段虽能缓解症状，却存在肝肾毒性、术后并发症、感染等风险。

研究显示，膳食干预可通过膳食纤维、多酚、功能性油脂等生物活性物质调节肠道菌群、修复黏膜屏障、增强免疫功能以缓解UC，其中鱼油（含二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸，可抗炎、维持菌群平衡，但易氧化、刺激肠道且溶解度差，需乳液递送）与姜黄素（具抗炎、抗氧化等特性，可辅助UC治疗）联用疗效更佳。不过，膳食干预受个体偏好与食物可及性限制，且二者存在低溶解度、低生物利用度、代谢快等问题，需理想递送系统实现共负载与结肠（尤其炎症部位）靶向释放。现有脂质体、聚合物纳米颗粒等递送系统虽能提升生物利用度，但不适用于膳食补充剂，且难同时负载功能性脂质与小分子物质。Pickering乳液由于稳定性高、抗环境胁迫，已应用于食品，能同时递送多种生物活性物质且具结肠靶向潜力。

虫胶纳米颗粒（shellac nanoparticles，SNPs）可负载姜黄素、响应结肠pH且带负电，易结合炎症部位，但疏水性强；壳聚糖（chitosan，CS）可修饰SNPs提升亲水性、增强乳液稳定性且在小肠凝胶化延缓消化。基于此，研究开发双靶向、响应胃肠道环境的食品级Pickering乳液，以CLSNPs（载姜黄素SNPs）与CS稳定鱼油，为UC膳食干预提供新策略。

本研究成功研发出一种双靶向、响应胃肠道环境的食品级Pickering乳液。该乳液以负载姜黄素（curcumin，Cur）的紫胶纳米颗粒（curcumin-loaded shellac nanoparticles，CLSNPs）结合CS稳定鱼油，在模拟胃液中保持稳定，在模拟小肠液中形成乳液凝胶以避免提前消化，到达结肠后被肠道微生物群降解，实现鱼油和CLSNPs的受控释放。CLSNPs的负电荷使其能选择性结合带正电的炎症部位，增强姜黄素的治疗作用，鱼油则有助于恢复肠道菌群平衡。在葡聚糖硫酸钠诱导的UC小鼠模型中，该乳液系统在肠道屏障修复、免疫调节和肠道菌群调控方面效果显著，有望成为辅助甚至替代传统UC疗法的膳食干预手段。

图片赏析

A.平均粒径；B.粒径分布；C.多分散指数；D. Zeta电位；E.外观；F.扫描电子显微镜图像（放大倍数50000 倍）；G.傅里叶变换红外光谱；H. X射线衍射图谱；I.姜黄素在CLSNPs中的载药率；J.姜黄素在CLSNPs中的载药效率；K）对ABTS⁺・自由基的清除能力；L.对DPPH・自由基的清除能力（注：“X-CLSNPs”中“X”代表姜黄素在虫胶纳米颗粒中的质量百分比；各统计图表中不同字母表示组间存在显著差异（P＜0.05））。

图1 SNPs与CLSNPs的理化性质

A.平均粒径；B.粒径分布；C.多分散指数PDI；D. Zeta电位；E.扫描电子显微镜图像（放大倍数40000倍）；F. SNPs与壳聚糖修饰SNPs的三相接触角；G. SNPs与SNPs@CS稳定的Pickering乳液光学显微镜图像（放大倍数400倍）及照片（注：各统计图表中不同字母表示组间存在显著差异（P＜0.05））。

图2 CS表面修饰对SNPs理化性质的影响

A.乳液制备过程示意图；B.平均液滴粒径；C.液滴粒径分布；D. Zeta电位；E.激光共聚焦扫描显微镜图像（放大倍数2000倍）；F.流变行为；G. Pickering乳液的pH稳定性（显微镜图像放大倍数400 倍）（注：各统计图表中不同字母表示组间存在显著差异（P＜0.05）；乳液编号“S5C5-20”等中，“S”代表SNPs分散液，“C”代表CS溶液，数字分别为二者体积比，“20/30”代表鱼油占总体系的体积百分比）

图3 SNPs与CS协同稳定的Pickering乳液制备及表征

A. Pickering乳液（1：S5C5-20、2：S3C7-20、3：S5C5-30、4：S3C7-30）体外模拟消化后游离脂肪酸的释放量；B. Pickering乳液在体外模拟消化不同阶段的微观形态（放大倍数400 倍）；C. Pickering乳液在不同消化液中的流变行为；D.乳液在不同消化液中的激光共聚焦扫描显微镜图像（上排图像放大1000 倍，下排图像放大4000 倍）；E. Pickering乳液在（1）胃、（2）小肠、（3～4）结肠中的潜在存在形态（注：SGF为模拟胃液，SIF为模拟小肠液，SCF为模拟结肠液；各统计图表中不同字母表示组间存在显著差异（P＜0.05））。

图4 Pickering乳液在胃肠道中的潜在变化规律

A.载姜黄素虫胶纳米颗粒在UC小鼠结肠中的富集情况；B.不同干预方式对小鼠体质量的影响；C.不同干预方式对疾病活动指数的影响；D.不同干预方式对小鼠结肠长度的影响；E.不同干预方式下小鼠结肠外观；F.干预后结肠典型图像及苏木精-伊红染色结果（放大倍数200 倍）；G.干预后结肠典型图像及过碘酸-雪夫染色结果（放大倍数200 倍）（注：Mes为美沙拉嗪组，CSEs为不含姜黄素的乳液组，L-CCSEs为低剂量载姜黄素乳液组，H-CCSEs为高剂量载姜黄素乳液组；各统计图表中不同字母表示组间存在显著差异（P＜0.05））。

图5不同干预方式对葡聚糖硫酸钠诱导UC小鼠的缓解效果

A.黏蛋白2、闭合蛋白1、闭合小环蛋白1、zonula occludens-1的免疫组化分析结果；B. claudin-1、occludin、ZO-1的平均光密度值；C. 结肠组织中髓过氧化物酶、丙二醛水平，血清中diamine oxidase水平及粪便中脂质运载蛋白2水平；D.肿瘤坏死因子-α、γ-干扰素、白细胞介素-1β、白细胞介素-10水平；E. 肿瘤坏死因子-α、γ-干扰素、白细胞介素-1β、白细胞介素-10水平的mRNA表达水平（注：所有显微图像放大倍数均为200 倍；各统计图表中不同字母表示组间存在显著差异（P＜0.05））。

图6不同干预方式对葡聚糖硫酸钠诱导UC小鼠免疫调节及肠道屏障修复的影响

A．基于Chao1指数、观测物种指数、Shannon指数、Simpson指数的Alpha多样性分析；B.主坐标分析结果；C.门水平下肠道菌群组成；D.科水平下肠道菌群组成；E.属水平下肠道菌群组成；F. UC小鼠干预前后结肠中存在显著差异物种的线性判别分析效应量分析（注：LDA阈值设为2；各统计图表中不同字母表示组间存在显著差异（P＜0.05））。

图7载姜黄素乳液干预对葡聚糖硫酸钠诱导UC小鼠肠道菌群的影响

图8定制化食品级Pickering乳液缓解UC的潜在机制图（核心机制标注）抑制炎症反应（IL-10↑、IFN-γ↓、TNF-α↓、IL-1β↓）；促进紧密连接蛋白表达（occludin↑、claudin-1↑、ZO-1↑）；调节肠道菌群（杆菌↑、乳杆菌↑、双歧杆菌↑、普雷沃氏菌↑、布劳特氏菌↑、阿克曼氏菌↑）；促进杯状细胞分泌黏蛋白（MUC黏液蛋白分泌↑）；姜黄素与短链脂肪酸在炎症部位的作用；肠道黏膜层与巨噬细胞的关联作用

专家介绍

汪少芸 二级教授/博士生导师

福州大学生物科学与工程学院 院长

福州大学海洋科学与技术研究院 院长

美国威斯康星大学和美国加州大学戴维斯分校博士后，现担任二级教授、博士生导师，福州大学生物科学与工程学院院长，福州大学海洋科学与技术研究院院长。入选全国“三八”红旗手、国家“万人计划”科技创新领军人才、国务院特殊津贴专家、科技部中青年科技创新领军人才、省A类高层次人才、省高层次创新人才、省科技创新领军人才。担任国家“一流专业”负责人、“生物与医药”博士点负责人、省协同创新中心主任、省工程研究中心主任。兼任 《Food Biomacromolecules》主编，《Food Frontiers》副主编，《Food Science of Animal Products》科学主编，《Food Science and Human Wellness》《Journal of Future Foods》《食品科学》《食品工业科技》和《福州大学学报》 （自然科学版）编委，《中外食品技术》首批翻译专家。主持承担省部级以上及横向重大重点项目40余项，编写著作8 部，获授权发明专利79 件，发表SCI/EI收录学术论文230 篇，多篇论文获中国食品学会创新科技论文一等奖和福建省自然科学优秀论文一等奖，入选Elsevier全球前2%顶尖科学家榜单。主持成果获国际食品功能因子（ICOFF）学术大会奖、中国轻工业联合会科技进步一等奖、中国石油和化工联合会科技进步一等奖、中国产学研合作创新成果一等奖、中国食品工业协会科技进步一等奖、中国食品产学研优秀科研成果一等奖、福建省科技进步一等奖、福建省自然科学二等奖、福建省科技进步二等奖（排名均第1）；获紫金科技创新奖、厦航奖教金奖；获评宝钢优秀教师、卢嘉锡优秀导师、中国食品科技学会科技创新-杰出青年、省优秀教师、省最美科技特派员、省优秀科技工作者。

李冰 教授

华南理工大学食品科学与工程学院

工学博士，华南理工大学食品科学与工程学院教授。主要从事食品加工过程组分结构与性能变化规律、食品加工安全理论与控制技术、功能性油脂、天然产物分离纯化与功能评价等方面的科研与教学工作。2010年入选教育部“新世纪优秀人才”支持计划。2001年在爱尔兰国立大学进修并获食品工程硕士学位，2004年获华南理工大学制糖工程专业工学博士学位。受国家留学基金委的资助，作为访问学者于2010年1月至2010年12月在英国牛津大学（The University of Oxford）开展关于食品加工过程分离纯化技术及过程模拟的研究工作，2016年10月—2017年4月以高级访问学者的身份在美国伦斯勒理工学院（Rensselaer Polytechnic Institute）开展多糖在黄属病病毒分子识别宿主中作用的研究。已主持并完成3 项国家自然科学基金项目、1 项“十三五”重点研发课题（子课题）、1 项国防科工委预研基金、1 项国家“863”计划探索项目、1 项科技部国际科技合作项目、3 项广东省自然科学基金、2 项广东省工业科技攻关项目、1 项广东省产学研项目，并参与了多项包括国家自然科学基金重点项目、科技部的科技支撑项目、“863”重点项目在内的国家级、省部级以及与企业合作的科研项目；近5 年来在国内外重要刊物和学术会议上发表了学术论文80余篇，其中被三大索引收录40 篇；获得授权国家专利13项，申请国家发明专利10 项；出版专著2 部。曾获得中国专利优秀奖（2010年）、广东省专利优秀奖（2009年）、广东省科学技术奖三等奖（2012年）。

翻译：张庆芬（实习）；编辑：阎一鸣；责编：张睿梅