我院谭明乾教授团队在利用藻蓝蛋白靶向递送叶黄素干预干眼病方向发表高水平文章

       近日，大连工业大学食品交叉科学研究院谭明乾教授在TOP学术期刊Chemical Engineering Journal（IF=15.1）发表题为“Layer-by-layer oral-deliverable nanoparticles targeted microfold cells to promote lutein absorption in alleviating dry eye disease”的研究论文，其中谭明乾教授为通讯作者，2020级博士生刘荣刚为第一作者。

研究背景

       干眼病（Dry eye disease, DED）是一种由多种因素引起的眼部健康问题，常伴有眼部不适、视力下降等症状。近年来，随着智能电子设备的广泛使用，以及隐形眼镜的普及，全球近30%的人患有DED，DED已成为公认的健康问题。DED的主要表现为泪膜质量差、角膜细胞损伤、结膜杯状细胞丢失等特点。虽然DED的病理生理机制尚不完全清楚，但氧化应激和炎症反应被认为是疾病进展的重要因素。目前DED的治疗方案主要是使用人工泪液改善眼表湿润度，或在人工泪液中添加外用皮质类固醇等药用抗炎成分。虽然这种策略可以改善眼部症状，但长期使用会引起不良反应。所以通过口服天然生物活性物质改善DED，避免长期频繁使用眼药水带来的不适已成为新的需求。
       叶黄素是一种类胡萝卜素，广泛存在于蔬菜和水果中，主要积聚在人视网膜的黄斑区域。叶黄素具有抗炎、抗氧化、抗抑郁、抗血管生成等生理功效，在改善DED、老年性黄斑变性、白内障等眼部疾病中发挥重要作用。由于叶黄素的疏水性及其光敏和热敏特性，叶黄素在人体中的生物利用度较差。此外，叶黄素易氧化降解，增加了其储存和运输的难度。为了提高叶黄素在人眼中的功效，需要克服叶黄素在胃中的降解，提高叶黄素在小肠部位的吸收效率。因此，设计和制备一种提高叶黄素在肠道内转运效率的给药载体，是口服途径干预DED的迫切需要。藻蓝蛋白是来源于钝顶螺旋藻的天然色素蛋白，具有免疫调节、抗氧化、抗炎等生理作用。我们之前的研究证实了藻蓝蛋白递送疏水物质的能力。壳聚糖作为一种阳离子多糖，可通过与阴离子蛋白和多糖的静电作用形成复合纳米颗粒。壳聚糖的粘接性能也为其作为缓释载体提供了可行性。此外，酵母β-葡聚糖还具有抗炎、抗肿瘤、心血管保护等生理功能。此外，最近的研究表明，酵母β-葡聚糖具有通过特异性受体dectin-1被动靶向肠道派伊尔斑中的微褶细胞(M细胞)的特点，然后通过免疫细胞(如巨噬细胞)转运参与血液循环。因此，通过特异性受体dectin-1和酵母β-葡聚糖的干预，制备可口服递送的叶黄素纳米颗粒，有可能提高疏水活性物质的生物利用度。

成果介绍

       在本研究中，报告了一种简单的制备口服叶黄素纳米颗粒的策略，通过靶向M细胞来有效干预DED来提高叶黄素的生物利用度。首先，利用来自钝顶螺旋藻的藻蓝蛋白的两亲性与叶黄素结合。藻蓝蛋白和叶黄素复合物与壳聚糖和3-羧基苯硼酸修饰的酵母β-葡聚糖(BYG)通过静电相互作用自组装形成靶向M细胞dectin-1的纳米颗粒。我们对叶黄素纳米粒的表观形貌进行表征，并对其光谱特性和体外消化行为进行分析。利用人角膜上皮细胞(HCECs)和RAW264.7细胞体外研究叶黄素纳米粒的抗氧化应激和抗炎作用。在苯扎氯铵诱导的DED小鼠模型中评估叶黄素纳米颗粒的缓解作用。苏木精-伊红(he)染色和免疫荧光染色分析显示角膜损伤和角化明显缓解。结果说明，叶黄素纳米颗粒能够提高叶黄素的生物利用度，有效预防干眼，为口服天然营养素干预干眼提供了新的策略。

图1. 通过肠道派尔斑上M细胞增强吸收来缓解DED的逐层设计策略和制备口服递送的叶黄素纳米颗粒的示意图

图2 （A）叶黄素纳米颗粒在体内营养干预DED实验示意图。（B）荧光素钠和（C）孟加拉玫瑰红在口服不同样品（0.9%生理盐水、叶黄素、商业叶黄素咀嚼片、LC20）后不同时间点的角膜代表性裂隙灯图像。（D）不同干预组建模后不同时间点的荧光染色评分，（E）孟加拉玫瑰红染色评分，（F）泪液产量和（G）泪膜破裂时间。

                                         原文链接：http://https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.147590