微小的脂蛋白“海绵”：鸡蛋黄中的高密度脂蛋白微凝胶如何吸附和释放疏水分子

时间：2026年3月16日

来源：International Journal of Biological Macromolecules

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本研究以鸡蛋蛋黄提取的高密度脂蛋白（HDL）为原料，通过Au³⁺介导的W/W水包水乳液法制备球状蛋白微凝胶，并利用罗丹明B（Rho B）作为模型两亲性分子研究其包载与释放行为。结果表明，温度（76℃时包载量最大）、pH（酸性条件下包载增强）和离子强度显著影响包载效率，而释放行为受温度和离子强度调控，且蛋白微凝胶具有抗蛋白酶解特性，适用于营养强化剂等生物活性物质的递送系统。

作者：胡克青（Keqing Hu）、阿尔德里克·H·费尔德斯（Aldrik H. Velders）、阿什坎·马达德卢（Ashkan Madadlou）、维托里奥·萨吉奥莫（Vittorio Saggiomo）

荷兰瓦赫宁根大学及研究中心食品质量与设计（Food Quality and Design, FQD）部门，邮编6708WG，瓦赫宁根

摘要

蛋白质微凝胶在多个领域受到了越来越多的关注，例如作为食品级生物活性物质的靶向输送和控释载体。在本研究中，我们利用罗丹明B（Rhodamine B）作为模型两亲性 cargo 分子，研究了从鸡蛋黄中提取的高密度脂蛋白（HDL）形成的球形微凝胶的吸收和释放行为。通过 Au³⁺ 介导的交联作用，在水包水乳液滴中构建了这些微凝胶。我们评估了罗丹明B的吸收情况，考虑了时间、初始浓度、pH值和温度等因素的影响。结果显示，随着暴露时间的延长、初始染料浓度的增加以及温度的升高，吸收量增加，其中温度的影响最为显著（在76°C时吸收量达到最大）。脂质的去除显著降低了罗丹明B的吸收率，而中性疏水性染料尼罗红（Nile Red）则没有表现出类似的脂质依赖性。这些发现表明，微凝胶的吸收不仅受疏水性作用的影响，还受到静电相互作用和微凝胶结构及渗透性随温度变化的影响。在不同介质中进行的释放研究表明，温度和离子强度能有效促进罗丹明B的释放，而pH值的影响较小。这些微凝胶表现出抗蛋白酶降解的能力，支持其持续释放的特性。这些发现突显了HDL微凝胶作为营养补充剂和其他功能性成分载体的潜力。

引言

在过去几十年中，微凝胶因其优异的性能而受到科学界的广泛关注，例如胶体特性（体积小且表面积大，能够形成稳定的分散体系），以及对外部刺激的敏感性，包括温度 [1]、pH值 [2]、光照 [3]、离子强度 [4] 以及电场或磁场 [5]。微凝胶可以由合成聚合物或天然生物大分子制备。天然来源包括蛋白质及其基材料（如明胶、丝素纤维蛋白和脂蛋白），以及多糖 [6]。由天然聚合物制成的微凝胶被称为生物微凝胶。特别是基于蛋白质的微凝胶，作为控释成分的载体越来越受到重视。它们具有多功能性、生物相容性以及可调的性质，从而实现控释 [7]。实际上，将生物分子封装在蛋白质和脂蛋白微凝胶中可以减缓其扩散速度，从而在目标部位（如胃肠道）实现控释，可能提高生物利用度和生物相容性 [8],[9]。尽管具有这些优势，但许多传统的制备方法仍依赖于有机溶剂和石油衍生的低分子量表面活性剂。特别是水包油乳液的内相凝胶化过程引发了健康和环境方面的担忧。作为一种更环保的替代方案，水包水（W/W，全水基）乳液模板已被用于制备基于蛋白质的微凝胶，解决了水包油方法的若干局限性 [10]。W/W 乳液是通过混合两种不相容的水基聚合物溶液或聚合物与盐类（在引起相分离的浓度下）制成的，然后通过温和搅拌形成一相滴液，无需使用有机溶剂和少量表面活性剂 [11]。目前，控制生物微凝胶吸收和释放的关键变量尚未得到充分理解。蛋白质微凝胶（包括脂蛋白系统）含有多种功能基团，这些基团通过与 cargo 的疏水性、静电（吸引或排斥）以及氢键相互作用来发挥作用。这些相互作用决定了吸收和释放的程度和机制，其中主导作用取决于环境和微凝胶的制备条件。然而，分散溶液和制备过程中的变量（如温度、pH值、时间）的影响尚未得到彻底研究。在这项工作中，我们使用广泛使用的荧光染料罗丹明B（Rhodamine B）作为模型 cargo，来研究从蛋黄中提取的高密度脂蛋白（HDL）微凝胶的吸收和释放行为。图1概述了HDL微凝胶的制备和纯化过程，以及罗丹明B的吸收和释放过程。首先，将HDL限制在 W/W 乳液的 Na₂SO₄ 富集相中，聚乙二醇（PEG）形成连续相。然后在 pH 9 的条件下，通过 Au³⁺ 交联作用制备了球形HDL微凝胶 [10]。Au³⁺ 不仅能氧化半胱氨酸残基上的巯基形成二硫键，还能导致蛋白质之间的共价二酪氨酸交联 [9]。在制备HDL微凝胶后，我们研究了其在不同温度和溶液条件下的罗丹明B吸收情况。考虑到HDL的复合蛋白质脂质结构，我们探讨了温度如何影响微凝胶与染料的相互作用和网络行为。随后，在不同的温度、pH值和离子强度下评估了罗丹明B的释放情况。为了探究其在胃肠道相关条件下的行为，将负载罗丹明B的HDL微凝胶分别暴露于胃蛋白酶和胰蛋白酶中，并对释放曲线进行了定量分析。

材料

新鲜的鸡蛋黄购自荷兰瓦赫宁根的 De Hoge Born 有机农场。聚乙二醇（PEG，分子量 3.35 kDa）、硫酸钠（Na₂SO₄，纯度 ≥99.5%）、三氯化金（HAuCl₄·xH₂O，纯度 99.5%）、荧光素-5-异硫氰酸酯（FITC，纯度 ≥95%）、荧光素异硫氰酸酯-葡聚糖（FITC-Dex，分子量 500 kDa）、PBS 缓冲液（pH 7.4）以及 76 mm 纸膜透析管（MWCO 14 kDa）均购自 Sigma Aldrich（美国）。所有化学品均未经进一步纯化即可使用。

Rho B 和蛋白质在微凝胶中的空间分布

由于罗丹明B具有优异的光稳定性和光物理性质，我们选择它作为疏水性模型分子，以研究其在微凝胶中的吸收和释放行为 [17]。使用透射荧光显微镜对新鲜的球形HDL微凝胶进行了表征，并评估了在微凝胶制备过程中添加罗丹明B的分布情况。为了可视化蛋白质，我们在 Na₂SO₄ 相中标记了 12.5% 的 HDL。图1 和图 S3 显示了明场、荧光和合并图像。

结论

总之，我们使用罗丹明B作为模型两亲性探针，研究了基于HDL的蛋白质微凝胶作为带电生物活性分子载体的潜力。系统地考察了其吸收情况，考虑了初始染料浓度、接触时间、pH值和温度等因素的影响。温度的影响最为显著，在较高温度下吸收量显著增加。脂质的去除降低了罗丹明B的吸收率，而中性疏水性染料尼罗红（Nile Red）则没有表现出类似的脂质依赖性。

缩写说明

HDL

Rho B

W/W，全水基乳液

PEG

FITC-Dex

DMSO

NMR

TGA

CLSM

AuNPs

CRediT 作者贡献声明

胡克青（Keqing Hu）：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、可视化、实验研究、数据分析、概念构思。 阿尔德里克·H·费尔德斯（Aldrik H. Velders）：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、监督。 阿什坎·马达德卢（Ashkan Madadlou）：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、监督、概念构思。 维托里奥·萨吉奥莫（Vittorio Saggiomo）：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、监督、概念构思。

未引用的参考文献

[46], [47], [48], [49], [50], [51], [52], [53], [54], [55]

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本项工作得到了中国国家留学基金委（CSC 编号：202006300032）的财政支持。作者感谢瓦赫宁根电子显微镜中心在 SEM 测量方面提供的支持。