植物糖原负载黄酮的分子机制及影响黄酮吸收的机理研究

Phytoglycogen, a natural occurring nanoparticle, can be exploited as a potential carrier to enhance absorption of flavonoids. Self-assembly of flavonoid with phytoglycogen will be used to form the complex. To clarify the molecular mechanisms and thermodynamic process, characterization of the interaction between flavonoid and phytoglycogen as well as thermodynamic parameters of the binding reaction will determined. The effect of the structure of flavonoid and phytoglycogen on main driving force and binding sites will be intensively investigated. Mesocale investigation on aggregated morphology of flavonoid and phytoglycogen will be performed to unravel the distribution of loaded flavonoid in the nano-size complex, as well as to evaluate its encapsulation capacity. To illustrate the combined mechanisms underlying the increasing absorption of flavonoid by the nanoparticle delivery system, the effect of binding force, particle size, fine structure and erosion of amylase of phytoglycogen on aqueous solubility enhancement, release profile, the transepithelial transport and cellular uptake of flavonoid will be investigated. The results obtained here will ascertain the importance of change in structure of flavonoid, the particle size, fine structure of phytoglycogen on the interaction and enhancing absorption, and thus will help to evaluate the possible applicability of phytoglycogen as flavonoid delivery vectors, as well as to provide guidance for synthesizing functional nano-constructs using phytoglycogen as novel template.

本项目针对黄酮类化合物吸收率低的问题，拟以具有天然纳米粒结构的植物糖原为载体自组装负载黄酮，深入研究植物糖原与黄酮分子发生相互作用的分子机制和宏观热力学过程，探索植物糖原和黄酮的分子结构对主导作用力和作用位点的影响；从介观尺度研究植物糖原自组装负载黄酮的动力学过程，获取复合物形貌以及黄酮分布状况信息，实现负载率的准确预测。研究植物糖原作为一种可消化的纳米粒载体，其与黄酮的相互作用、精细结构、粒径以及消化酶的溶蚀作用对黄酮的溶解度、释放、细胞摄取、跨膜转运的影响。最终揭示黄酮与植物糖原作用的特异性和普遍性规律，阐明植物糖原特有的分子结构特征对相互作用的重要性和必要性，解析植物糖原提高黄酮吸收率的综合机制。本研究将为植物糖原作为某一黄酮化合物载体的可能性提供科学预测，也为在原有植物糖原的基础上构建新型高效载体提供方向性的指导。

本项目针对黄酮类化合物（Flavonoid, Fla）生物利用率低的问题，以植物糖原(Phytoglycogen, PG)为载体自组装负载Fla，极大提高了Fla的小肠吸收率。获取了复合物形貌以及Fla分布状况信息，研究了PG与Fla发生相互作用的主导作用力和作用位点，探讨了Fla与PG作用的特异性和普遍性规律，阐明了PG特有的分子结构特征对相互作用的重要性和必要性；研究了复合物的表观溶解度、溶出特性及规律，结合肠上皮细胞的透过特性，解析了PG提高Fla吸收率的综合机制。构建了两种新型高效的纳米粒载体体系，分别为疏水改性植物糖原（PGOS）纳米粒载体以及壳聚糖（Chitosan, CS）覆膜处理的核-壳型新型纳米粒载体（PGOS/CS）；以姜黄素为模式化合物，将被载分子扩展为水溶性差的非黄酮多酚类物质，研究了载体与姜黄素分子的相互作用，探讨了纳米粒提高姜黄素吸收率的途径。作为本项目研究内容的拓展，探讨了黄酮及非黄酮多酚化合物与消化酶相互作用的分子机制及生物学效应。.PG可以与多种Fla发生相互作用，不同程度地提高Fla的表观溶解度。大多数PG-Fla的最大表观溶解度值与Fla的Log P呈显著的线性负相关关系。PG对Fla的负载作用与PG纳米粒的球形结构及粒径无关，PG平均链长短、分支度高是决定其与Fla相互作用的主要结构要素。氢键是PG与Fla相互作用的主要作用力。PG浓度显著影响被载分子在自组装过程中的分布，但不影响复合物粒径、表面电位及形貌。被载分子在PG、PGOS载体上的分布位点影响其宏观尺度上溶解度和溶出速率。PG和PGOS/CS显著提高了被载分子的跨膜转运率，两种载体系统提高被载分子生物利用率的机制包括：（1）通过改善溶解度和溶出率，提高被动扩散的转运量；（2）纳米粒通过内吞入胞跨膜转运途径进一步提高了被载分子的转运量；（3）PGOS/CS纳米粒载体还可打开细胞间紧密连接、通过细胞旁路途径的进行转运。在消化酶作用条件下，消化-被动扩散是复合物纳米粒中被载分子吸收的主要途径。