Technical Articles

技术文章

当前位置:首页  >  技术文章  >  应用QCM-D解析姜黄素-肌原纤维蛋白核壳纳米颗粒增强透明质酸吸附机制

应用QCM-D解析姜黄素-肌原纤维蛋白核壳纳米颗粒增强透明质酸吸附机制

更新时间:2025-06-27      点击次数:116

用户成果|南京农业大学王鹏团队Food Hydrocolloids:应用QCM-D与分子模拟解析姜黄素-肌原纤维蛋白核壳纳米颗粒增强透明质酸吸附机制

图片 1.jpg

 

背景知识:姜黄素递送的“难"与“解"

姜黄素是姜黄中的天然多酚,具有抗炎、抗氧化等多重健康功效,却因水溶性差、易降解、生物利用度低,在食品和医药领域的应用受限。如何设计高效递送系统,成为科研界的热点。

蛋白-多糖核壳纳米颗粒被视为理想载体:蛋白(如肌原纤维蛋白,MP)提供疏水内核包裹姜黄素,多糖(如透明质酸,HA)形成亲水外壳,既能提升稳定性,又能通过多糖的生物相容性实现靶向递送。但关键问题在于:姜黄素如何改变蛋白构象,进而影响多糖的吸附效率?这一过程的分子机制是什么?近期南京农业大学王鹏团队以Core–shell nanoparticle: curcumin-induced protein conformation changes enhance the adsorption of hyaluronic acid, as studied via spectroscopy, molecular dynamics simulation and energy dissipation“为题,在《Food Hydrocolloids》上发表了相关研究进展。

研究方法:多技术联用破解核壳组装密码

团队以肌原纤维蛋白为基质,通过pH-shifting法(碱性条件下蛋白展开呈熔融球状包裹姜黄素)制备MP-姜黄素纳米颗粒(PC),再通过自组装在PC表面包裹HA,形成核壳结构(PCH)。结合光谱技术(UV-Vis、荧光、圆二光谱傅里叶红外光谱QSense耗散型石英晶体微天平QCM-D)分子动力学模拟(MD),从宏观到微观揭示组装机制:

Ø QCM-D:实时监测具有不同蛋白结构的PC颗粒HA表面的吸附过程,通过频率(Δf)和耗散(ΔD)变化量化吸附量与层结构;

Ø 光谱分析:追踪姜黄素与蛋白/多糖的相互作用(如荧光淬灭反映结合位点,CD反映蛋白二级结构变化);

Ø 分子模拟:从原子尺度解析氢键作用的具体位点以及体系稳定性

实验结果与分析:核壳结构的“三大优势"

1. 溶解度与稳定性双提升

PCH纳米颗粒的蛋白溶解度较PC颗粒提高。PCH在14天存储后沉淀较少,而PC因姜黄素诱导发生疏水聚集。HA作为“壳"像“防护罩",屏蔽姜黄素的疏水位点使得姜黄素介导的PC纳米颗粒之间的聚集和沉淀显著降低。Turbiscan稳定性指数(TSI)显示,PCH稳定性较好。

图片 2.png

 

2. 姜黄素包封效率突破

PCH的前四组包封率(EE)达80%以上。与PC纳米颗粒相比,PCH纳米颗粒的EE随着HA的掺入而增加。HA的加入不仅“锁住"更多姜黄素,还通过氢键增强姜黄素与蛋白的结合(结合常数Ka从6.76×10⁷升至8.63×10⁷),给姜黄素提供更疏水的微环境UV-Vis红移证实)。

图片 3.png

 

3. 构象变化驱动吸附增强

Ø 蛋白“变形记"CD光谱表明与PC相比,PCHα-螺旋含量增加,β-折叠含量减少,说明HA的添加改变了蛋白的构象

Ø 实时吸附QCM-D结果显示,PC的Δf(频率下降)和ΔD(耗散增加)显著高于纯蛋白,表明姜黄素诱导的蛋白构象变化显著增强PC吸附量(PC3组厚度达12.8 nm,是纯蛋白的2.8倍);

图片 4.png

 

Ø 分子“锁钥"机制MD模拟证实,HA与蛋白通过多位点氢键(如HA的羟基与蛋白的Lys、Asn残基)紧密结合,体系自由能(ΔG)从-20.96 kcal/mol降至-36.35 kcal/mol,稳定性大幅提升。

图片 5.png

 

结论与展望:从机制到应用的“跨越"

本研究证实,MP与姜黄素结合后的构象发生改变(二级结构与三级结构,并增强了HA与MP-姜黄素的吸附和相互作用,形成的核壳结构(PCH)在蛋白溶解度、稳定性、包封率三方面表现优异。这一发现为设计高效姜黄素递送系统提供了新思路——通过“蛋白-多酚-多糖"协同作用,精准调控纳米颗粒的组装与功能。

基金支持

本研究获国家现代农业产业技术体系CARS-41)、国家自然科学基金(32172243)等项目资助。

原文链接

htt    ps://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2025.111645


400-833-6968
欢迎您的咨询
我们将竭尽全力为您用心服务
关注公众号
版权所有 © 2025 佰奥林(上海)贸易有限公司  备案号:沪ICP备18035521号-3

TEL:18612271669

关注公众号