胃肠道中鱼卵磷酸肽-钙纳米粒的稳定及吸收机制研究

Calcium deficiency is still one of the global health risks, and calcium nanoparticles are considered to be an effective method for solving it. Studies have shown that phosphopeptides and phosphopeptide-calcium nanoparticles had significant calcium supplementation effect. However, three key scientific questions still remain unclarified: first, whether phosphopeptide-calcium nanoparticles can form and stabilize in gastrointestinal tract, second, how to absorb phosphopeptide-calcium nanoparticles, and third, whether the form of peptide-calcium nanoparticles in gastrointestinal tract and their absorption mechanism are correlated with the effect of calcium supplementation. In this project, fish-egg phosphopeptide and its peptide-calcium nanoparticles were prepared in vitro from fish eggs. The formation mechanism of fish-egg phosphopeptide-calcium nanoparticles and the stability mechanism of preformed fish-egg phosphopeptide-calcium nanoparticles in gastrointestinal tract will be studied by simulated digestion experiments. We can confirm the formation and stability of peptide-calcium nanoparticles by gastric lavage experiment of rats. Using in vitro absorption model of Caco-2 cells，the absorption mechanism of fish-egg phosphopeptide-calcium nanoparticles will be revealed. Through rat model of osteoporosis, the effects of calcium supplement in different forms will be compared to elucidate the relationship between the intake form and absorption mechanism of calcium and the effect of calcium supplement. In this project, the calcium supplementation mechanism of phosphopeptide-calcium nanoparticles will be systematically studied from calcium intake form, absorption mechanism and bioavailability to lay the theoretical foundation for the development of nanometer calcium supplements.

缺钙仍是全球性的健康风险之一，钙纳米粒被认为是有效的解决办法。研究表明磷酸肽和磷酸肽-钙纳米粒均具有显著的补钙效果。然而仍有三个关键科学问题未阐明：一是磷酸肽-钙纳米粒能否在胃肠道中形成及稳定，二是磷酸肽-钙纳米粒以何种机制吸收，三是胃肠道中钙的肽-钙纳米粒存在形式及吸收机制与补钙效果有无关联性。本项目以鱼卵为原料，体外制备鱼卵磷酸肽及其肽-钙纳米粒，通过模拟消化实验分别研究鱼卵磷酸肽在胃肠道与钙形成纳米粒的机制和预制的鱼卵磷酸肽-钙纳米粒在胃肠道的稳定机制，并用大鼠灌胃实验验证纳米粒的形成及稳定；通过构建Caco-2细胞体外吸收模型，揭示鱼卵磷酸肽-钙纳米粒的吸收机制；构建骨质疏松大鼠模型，比较不同摄入钙形式的补钙效果，明确钙的摄入形式及吸收机制与补钙效果的关联性。本项目从钙的摄入形式、吸收机制、生物利用率三方面对磷酸肽-钙纳米粒的补钙机制进行系统研究，为纳米型补钙制剂开发奠定理论基础。

本项目以鮰鱼卵为原料，通过可控酶解制备鱼卵肽，研究其在体外和胃肠道中与钙形成肽-钙纳米粒的形成和稳定机制，通过构建Caco-2细胞体外吸收模型，明确鱼卵肽-钙纳米粒的吸收机制，构建缺钙大鼠模型，比较不同形式摄入钙的补钙效果，明确钙的摄入形式及吸收机制与补钙效果的关联性。结果表明，随着鱼卵肽平均分子量的下降和磷含量的上升，其肽-钙纳米粒形成能力增加，鱼卵肽平均分子量1.9 kD，含有85.56%的蛋白质和1.01%的磷，氮磷摩尔比为30.01。在钙离子与鱼卵肽分子表面的磷酸基团和羧基间形成钙桥的作用下，鱼卵肽不但能在体外形成具有较高消化稳定性的肽-钙纳米粒，还能在胃肠道中形成稳定的肽-钙纳米粒。当控制鱼卵肽终浓度为0.5%，其在胃肠道中能与5~12.5 mmol/L的钙离子形成粒径为30~119 nm的肽-钙纳米粒，其粒径随钙离子浓度升高而增大。与体外相比，胃肠道中形成的肽-钙纳米粒具有更小的粒径，需要更高浓度的钙离子。钙离子是纳米粒的形成和保持的必要条件，静电相互作用、疏水相互作用和氢键参与了鱼卵肽-钙纳米粒的形成和保持，其中静电相互作用、疏水相互作用是关键空间作用力。膳食中的卵磷脂和富含酸性氨基酸的蛋白质能显著促进胃肠道中鱼卵肽-钙纳米粒的形成，而淀粉、甘油三酯等膳食成分对鱼卵肽-钙纳米粒的形成无影响。Caco-2细胞钙转运实验表明，鱼卵肽-钙纳米粒的钙转运量显著高于氯化钙，其主要通过胞吞途径递送钙，也能通过L-型钙离子通道Cav1.3和细胞旁路途径递送钙，其递送钙不依赖于TRPV6钙离子通道。鱼卵肽-钙纳米粒显著的对钙吸收转运促进作用正是由于其具有的纳米尺寸。无论是体外预制还是胃肠道形成的鱼卵肽-钙纳米粒，对缺钙大鼠的补钙效果均显著高于非纳米型鱼卵肽钙复合物和碳酸钙，证明鱼卵肽-钙纳米粒的补钙效果正是由于其纳米粒存在形式及其以胞吞吸收机制为主的多种吸收途径。本项目从钙的摄入形式、吸收机制、生物利用率三方面对鱼卵肽-钙纳米粒的补钙机制进行系统研究，为纳米型补钙制剂开发奠定理论基础。