乳鐵蛋白是一種來自于哺乳動物乳汁的球狀蛋白，其含有約700 個氨基酸殘基并且具有約80 kDa的分子質量。乳鐵蛋白是一種鐵結合蛋白，具有調節代謝與免疫、細胞增殖調控、抗菌等多種生理功能。

乳鐵蛋白納米顆粒已經被應用于抗菌保鮮、成像、對抗傷口感染等方向。基于對癌細胞的靶向能力，乳鐵蛋白納米顆粒在癌癥治療方向表現出良好前景。乳鐵蛋白具有跨血腦屏障的能力，以乳鐵蛋白為材料或使用乳鐵蛋白修飾的納米顆粒也被用于腦靶向遞送和神經退行性疾病的治療。

迄今為止，已經有許多依托于乳鐵蛋白制造的食品功能因子膠體遞送系統。中國農業大學食品科學與營養工程學院的王騰、張軼然、賀曉云*等聚焦于最新的乳鐵蛋白納米顆粒設計，針對乳鐵蛋白納米顆粒的結構、功能和其用于增強食品功能因子生物利用度的應用進行綜述。

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乳鐵蛋白

1.1 乳鐵蛋白結構

乳鐵蛋白是一種單鏈鐵結合糖蛋白，由兩個球狀結構域組成，每個球狀結構域可以與一個鐵離子結合。其N葉或左半球（殘基1～333）和C葉或右半球（殘基345～389）通過殘基334～344之間的單個鹽橋結合在一起。在鐵釋放或結合過程中，這個由α-螺旋組成的鹽橋相互作用起著控制鉸鏈點的作用，控制乳鐵蛋白葉瓣的打開和關閉。每個半球還可以進一步劃分為兩個亞單位，包括左葉的N1（殘基1～90和殘基251～333）和N2（殘基91～250）以及右葉的C1（殘基345～431和殘基595～676）和C2（殘基432～592）（圖1）。人乳鐵蛋白和牛乳鐵蛋白具有約68%的同源性，它們之間結構和生物活性是保守的。乳鐵蛋白表面常伴隨糖基化修飾，這種聚糖鏈在結構上不參與受體結合，但它們可能有助于消化期間乳鐵蛋白的結構完整性。乳鐵蛋白具有相對高的等電點（8～9），這意味著它在廣泛的pH值條件下具有正電荷，能夠與陰離子多糖和蛋白形成復合物。

1.2 乳鐵蛋白受體

乳鐵蛋白可以被多種細胞識別并攝取，腸道表達的凝集素，肝臟表達的脫唾液酸糖蛋白受體，腦、骨和成纖維細胞表達的低密度脂蛋白受體相關蛋白單核細胞表達的分化抗原簇14和淋巴細胞表達的核仁素都具有與乳鐵蛋白結合并促進乳鐵蛋白內吞的功能。

乳鐵蛋白的N1.1結構域（殘基1～90）具有與腸道受體結合并促進細胞內吞的能力。乳鐵蛋白在與腸道上皮細胞表面的乳鐵蛋白受體結合后通過網格蛋白介導的內吞作用實現高效的內化。相較于其他蛋白，乳鐵蛋白在被腸道細胞攝取后具有更高的跨細胞釋放，這為乳鐵蛋白修飾的納米載體提高腸道攝取和跨腸道釋放提供了基礎。人乳鐵蛋白和牛乳鐵蛋白都與凝集素結合后內吞進入細胞并于一段時間內在早期內體中保持穩定，但值得注意的是，牛乳鐵蛋白并不具有人乳鐵蛋白定位于細胞核的特性，這可能使牛乳鐵蛋白修飾的納米載體更加有利于跨細胞運輸。此外，乳鐵蛋白與血腦屏障上的低密度脂蛋白受體相關蛋白受體結合后還具有跨過血腦屏障轉運能力。配體修飾會改變納米載體的細胞內途徑，影響胞吐、再循環和降解，對納米載體在細胞轉運中的影響比核心材料的組成更重要。乳鐵蛋白結構的相對穩定性，同時具有和細胞表面受體結合促進內吞和跨屏障轉運的能力，這些特性使其成為了食品功能因子納米遞送載體的理想材料。不同組織和細胞表達的乳鐵蛋白受體總結見表1。

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基于乳鐵蛋白的納米顆粒增強食品功能因子穩定性

2.1 包埋食品功能因子

通過包埋封裝等方式將食品功能因子搭載于納米顆粒中，以提高其光、熱、化學和儲藏穩定性是提高食品功能因子生物利用度的常見手段。乳鐵蛋白天然具有與鐵離子結合的能力。通過納米噴霧干燥技術生產負載鐵離子的乳鐵蛋白納米顆粒，能夠解決直接在食品中添加的鐵離子易被氧化且帶來不良風味的問題。此外，葉酸、槲皮素、單寧酸等小分子可以通過疏水相互作用、范德華力、氫鍵和靜電相互作用直接與乳鐵蛋白表面結合或結合于乳鐵蛋白疏水空腔中。

將疏水性食品功能因子包封在可食用納米顆粒中，通過將它們與周圍的水相隔離并提供保護性微環境，能夠改善疏水性食品功能因子的分散性和化學穩定性。乳鐵蛋白和多糖自組裝形成的納米顆粒可以通過疏水作用包封姜黃素等脂溶性小分子食品功能因子，增強其溶解度和保護其免受降解。

Li Xueqi等以乳鐵蛋白、表沒食子兒茶素沒食子酸酯和透明質酸為材料，通過簡單的pH值偏移方法使其自組裝為145 nm的納米顆粒，表現出86%的姜黃素包封率和5.8%的高負載量。該納米顆粒包封后顯著提高了姜黃素的光熱穩定性和儲藏穩定性，同時表現出良好的再分散性。

Chen Yufeng等通過反溶劑沉淀法制備了玉米醇溶蛋白-乳鐵蛋白納米顆粒，玉米醇溶蛋白和乳鐵蛋白通過疏水相互作用和氫鍵形成的球形結構提高了7,8-二羥黃酮的水溶性和化學穩定性，此外，復合納米顆粒也顯示出更寬的pH值穩定性、更高的離子強度穩定性和長期儲藏穩定性。在此基礎上，通過美拉德反應將乳鐵蛋白與葡聚糖偶聯進一步制備了玉米醇溶蛋白-糖基化乳鐵蛋白復合顆粒，通過糖基化起到的靜電屏蔽作用和表面空間位阻效應解決了基于玉米醇溶蛋白和乳鐵蛋白的納米顆粒耐鹽性差的問題，其包封7,8-二羥黃酮表現出更佳的熱穩定性和儲藏穩定性。

乳鐵蛋白不僅有直接與食品功能因子結合的能力，基于乳鐵蛋白的納米顆粒用于包封食品功能因子也能夠增強食品功能因子光、熱、鹽和儲藏穩定性，并在提高疏水性食品功能因子溶解性方面表現出優異的效果（圖2）。然而相對于其他包埋體系，乳鐵蛋白成本高和納米顆粒負載量相對較低的問題可能是未來制約乳鐵蛋白納米顆粒應用于包埋提高食品功能因子穩定性的因素。

2.2 通過Pickering機制穩定包埋食品功能因子的乳液

與傳統乳液相比，用蛋白質-多糖復合固體顆粒穩定的Pickering乳液因為具有固體殼，增加了空間斥力，降低了范德華力。同時納米顆粒可以提高分離油滴的水相的黏度，從而抑制液滴的運動，增加整個體系的類固體特性，防止Pickering乳液聚集，進而使其更加穩定。在納米顆粒穩定的Pickering乳液中添加乳鐵蛋白可以通過誘導競爭性置換、吸附到顆粒表面或在界面處多層沉積等方式摻入到乳液界面，通過形成粒子橋和粒子網絡增加乳液包封的食品功能因子的物理化學穩定性，同時在體外消化條件下抑制釋放。

蛋白質和多糖組成的復合顆粒能夠改善蛋白質顆粒的高聚集傾向和多糖較差的表面活性和乳化性質，使得所得顆粒能夠更好地應用于穩定Pickering乳液。Xi Xiaohong等制備了乳鐵蛋白-褐藻糖膠復合顆粒穩定的包封丁香油的Pickering乳液，乳鐵蛋白-褐藻糖膠復合顆粒能夠減小液滴尺寸，并允許液滴在更緊密的堆積情況下保持穩定

乳液具有相對容易制造、功能性多樣的優勢，由于疏水性組分可以非常容易地溶解于脂滴的疏水內部，因此特別適用于包封非極性生物活性組分。乳鐵蛋白納米顆粒通過Pickering機制穩定的乳液能夠封裝大量食品功能因子并增強其穩定性，然而Pickering乳液在口服與胃腸道中的釋放和消化吸收行為仍需要進一步探究。

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3 基于乳鐵蛋白的納米顆粒增強食品功能因子腸道吸收

針對食品功能因子生物利用度低的問題，常通過提高胃腸道消化穩定性和促進腸上皮吸收兩種思路設計遞送載體。通過設計納米顆粒增強食品功能因子在胃腸道中的穩定性和生物可及性，是增強其生物利用度的有效手段。

3.1 提高食品功能因子胃腸道消化穩定性

乳鐵蛋白天然具有一定的消化抗性，經胃蛋白酶消化后最高可以存在58%左右的蛋白不被消化。使用乳鐵蛋白表面修飾的納米材料具有更低的體內釋放速率、胃腸道消化條件下更高的生物利用度和顯著提升的跨細胞運輸的優異性能。然而，在還原真實的胃部消化環境評估單純乳鐵蛋白納米顆粒包封姜黃素的消化穩定性時，發現單純乳鐵蛋白制備的納米顆粒在胃部模擬消化環境中1 h內釋放包封的全部姜黃素，提示以乳鐵蛋白為唯一組分的納米顆粒不能很好地保護遞送分子。因此，越來越多的乳鐵蛋白-多糖、乳鐵蛋白-蛋白復合載體被設計用于增強胃腸道消化抗性。

Chen Yufeng等制備了玉米醇溶蛋白-糖基化乳鐵蛋白復合納米顆粒封裝的7,8-二羥黃酮，發現糖基化的乳鐵蛋白可能通過提供更大的空間排斥力減少酶與離子和膠體界面層的接觸，從而提升納米顆粒的胃腸道消化穩定性。此外，該納米顆粒包封后能夠減少7,8-二羥黃酮的結晶形式比例，同時糖基化乳鐵蛋白部分消化后產生的水溶性肽可以進一步結合7,8-二羥黃酮，增加溶解性，進一步促進胃腸道吸收。

利用乳鐵蛋白在胃腸道消化過程中的相對穩定性，構建的納米顆粒能夠在該環境中保持相對穩定，通過交聯和表面糖基化修飾能夠進一步抵抗胃腸道惡劣環境和酶的水解（圖3）。乳鐵蛋白納米顆粒通過保護食品功能因子避免在胃腸道環境中快速分解，有效提高了食品功能因子的生物利用度。

3.2 提高食品功能因子靶向性與細胞攝取

利用受體與腸上皮細胞受體間的相互作用促進納米載體吸收也是常用的腸道遞送思路。腸凝集素1是在腸上皮細胞中高表達的乳鐵蛋白受體，納米載體與之結合能夠促進細胞攝取。因此，乳鐵蛋白也常因其靶向功能和促進細胞攝取的能力被用于修飾于納米顆粒表面。

Banun等制備了乳鐵蛋白自組裝納米顆粒，乳鐵蛋白通過多個能夠與輔酶Q10結合的位點高效搭載了輔酶Q10，并使其溶解度提高了300 倍。此外，在體外實驗中，負載了輔酶Q10的乳鐵蛋白納米顆粒表現出增強的跨Caco-2細胞單層的表觀滲透系數，表明乳鐵蛋白納米顆粒可能具有促進其搭載的食品功能因子經腸道上皮細胞吸收的功能。

依托乳鐵蛋白可以被腸道受體識別并具有促進轉運的功能，乳鐵蛋白修飾的納米顆粒也被廣泛應用于搭載食品功能因子緩解胃腸道疾病。部分多糖無法在胃腸道中被消化，只有在盲腸和結腸微生物的輔助下才能夠消化降解，這類多糖常被用于結腸靶向的納米顆粒。Elmorshedy等將菊粉和羥甲基纖維素與玉米醇溶蛋白交聯，包裹乳鐵蛋白制備了微囊化的納米顆粒用于治療結腸癌。微囊化后的納米顆粒有效避免了在胃腸道被蛋白酶水解并減少了納米顆粒在小腸的吸收攝取，使其成功靶向至結腸被結腸癌細胞通過受體介導內吞，表現出口服結腸靶向遞送潛力。

除了使用多糖包封外，酵母細胞壁因其天然具有巨噬細胞靶向能力、防止遞送系統被胃環境破壞的作用和促進負載藥物從遞送系統緩慢釋放的功能，也被認為是有潛力的遞送材料。Pu Xiulan等通過靜電力驅動的自沉積方法將乳鐵蛋白包封大黃素后形成的納米顆粒加載到酵母細胞壁微粒中，通過酵母細胞壁在結腸被腸道微生物代謝，實現靶向遞送。同時乳鐵蛋白和酵母細胞壁分別靶向腸上皮細胞和巨噬細胞，這種雙重靶向策略可以增強大黃素在抗炎和黏膜修復方面的雙重作用。

與靶向遞送至腸道的細胞不同，以腸道微生物為靶點的遞送載體通過將食品功能因子遞送給益生菌，間接調節人體營養健康。Peled等通過美拉德反應將3 種寡糖和乳鐵蛋白水解產物交聯，使其自組裝為膠束結構后與三偏磷酸三鈉交聯，該核-殼結構的納米顆粒顯著增加了胃腸道消化抗性，同時抑制了小腸上皮的吸收。依托于結腸益生菌獨特的膜錨定結合蛋白，該納米顆粒具有特異性靶向結腸益生菌功能，為改善腸道微生物群生態失調提供了新思路。

除了腸道靶向遞送外，乳鐵蛋白也被用于增加納米載體在全身各處的細胞攝取和其他器官的靶向遞送。Paulino Da Silva Filho等將乳鐵蛋白衍生的細胞穿透肽酰化，并通過非共價相互作用官能化于聚乳酸-乙醇酸共聚物，顯著增強了納米載體的細胞攝取，增強了遞送能力。

乳鐵蛋白-多糖、乳鐵蛋白-聚合物、乳鐵蛋白-蛋白納米顆粒已經被廣泛應用于食品功能因子的口服遞送，通過在納米顆粒表面糖基化、修飾小分子配體或包裹酵母細胞壁已經可以很好地實現腸道上皮細胞、腸道巨噬細胞和腸道微生物的靶向遞送（圖4）。然而腸道乳鐵蛋白受體介導的乳鐵蛋白納米顆粒的細胞攝取通過網格蛋白途徑實現，通過該途徑內化后的納米顆粒有較高比例被溶酶體截留并降解，限制了穿過腸上皮屏障的納米顆粒的比例。未來，通過多種方式交聯乳鐵蛋白或與多糖等材料復合進一步提高胃腸道消化穩定性、調節乳鐵蛋白納米顆粒的內化途徑、增強納米顆粒的跨細胞轉運或許是進一步研究的方向。此外，通過腸道吸收后進一步靶向至體內其他器官的乳鐵蛋白納米顆粒更有利于食品功能因子在靶器官的積累，同樣是具有前景的研究方向。

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基于乳鐵蛋白的納米顆粒實現食品功能因子受控緩釋

食品功能因子在體內往往具有較短的半衰期，與短時間內爆發性的高濃度食品功能因子釋放相比，長時間緩慢釋放更有利于長時間將食品功能因子維持在有效濃度之上，有助于其發揮功效。

Rofeal等通過將乳鐵蛋白與羧基化可得然膠化學交聯，制備了負載丁香酚的納米顆粒，實現丁香酚在37 ℃環境中72 h內受控制的緩慢釋放。賈前生等制備了負載姜黃素的乳鐵蛋白納米顆粒，該納米顆粒不僅具有緩釋作用，還能夠有效降低肝臟首過效應，增加口服后姜黃素在血液中的濃度，并在更長的時間內維持血漿中姜黃素較高水平。

利用基于乳鐵蛋白的納米顆粒已經可以實現胃腸道緩釋、延長血液中食品功能因子在有效濃度以上的時間（圖5）。未來可以通過增強乳鐵蛋白納米顆粒的腸道黏液層黏附等手段進一步延長緩釋時間。

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結 語

乳鐵蛋白表現出的獨特生物活性與物理化學性質使得以其為原料制備的納米顆粒成為食品功能因子遞送的理想載體。然而，目前的乳鐵蛋白納米顆粒仍然存在跨胃腸道轉運效率低、跨屏障轉運后對靶器官的靶向性差和成本相對較高等不足。優化乳鐵蛋白生產工藝、簡化納米載體構建步驟和提高納米顆粒中食品功能因子負載量等方法有助于降低成本，實現工業化應用。未來，使用計算機輔助，通過分子對接和分子動力學模擬等手段作為傳統實驗程序的補充，更深入地了解乳鐵蛋白與各種分子的結合機制和納米載體的穩定性，進而輔助納米遞送系統的設計或許是可行的方向。

通信作者：

賀曉云副教授， 中國農業大學，博導； 農業農村部農產品質量檢驗測試中心（北京），副主任、技術負責人； 全國農產品質量安全與營養健康科普基地，副主任。 主要從事食品安全性評價，食品功能因子功效與機制研究。 先后主持國家科技支撐計劃、轉基因生物新品種培育重大專項、科技創新 2030等縱向課題10 項，主持橫向課題20余項。 以第一或通信作者發表學術論文60余篇，其中SCI論文50 篇； 副主編教材8 部； 獲得授權專利11 項； 獲省級/行業協會科技獎勵6 項； 參與制修訂行業標準18 項； 獲得省部級成果鑒定4 項。 指導學生獲得省部級及以上創新創業競賽獎勵8 項，獲得校級教學成果獎2 項。

第一作者：

王騰主要研究方向為食品功能因子功效與機制研究和食品功能因子精準遞送。

2023/08至今 中國農業大學，食品科學與營養工程學院，碩士研究生。

2019/09—2023/06 中國農業大學，食品科學與營養工程學院，學士。

本文《 基于乳鐵蛋白的納米顆粒遞送食品功能因子的研究進展 》來源于《食品科學》2024年45卷第17期 357-365 頁，作者：王騰，張軼然，張鳳，李懿，龐洋，賀曉云。DOI: 10.7506/spkx1002-6630-20231124-201 。點擊下方 閱讀原文 即可查看文章相關信息。

實習編輯：李雄；責任編輯：張睿梅。點擊下方 閱讀原文 即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網

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