烤肉纳米粒子与人血清白蛋白的结合特性及诱导细胞凋亡机制研究

The effect of nanoparticles on human health in food safety area is one of the most important topics in fundamental research of food sciences. The endogenous carbon nanoparticles produced in meat roasting can cause complexed interaction with protein within body, which plays an important role in the safety of nanoparticles in roast food. In this project, the binding characteristics of nanoparticles from roasted meat and human serum albumin (HSA) will be studied to demonstrate the formation of protein corona. The molecular interaction between the thermally induced nanoparticles and HSA during protein corona will be illuminated, together with the binding sites and interaction distance. The interaction mechanism between nanoparticles and protein will be demonstrated in two respects from thermodynamics and dynamics. The location of the nanoparticles with protein corona will be demonstrated to clarify their accumulation in live cells. The influence of the nanoparticles with protein corona on cell viability will be studied to illuminate molecular mechanisms that induce cell apoptosis. The formation of corona between nanoparticles produced in roasted meat and HSA as well as the reason of cell apoptosis will be studied in this project for the first time, and the results will provide a theoretical basis for future nanoparticles control technology in food thermal processing to assure food security.

食品安全领域中纳米粒子对人类健康的影响机制，是食品科学研究中的重要热点问题之一。在烤肉过程中生成的内源性碳纳米粒子与人体蛋白发生复杂的相互作用形成纳米蛋白冠，对烤制食品纳米粒子安全性产生重要影响。本课题将重点研究烤肉纳米粒子与人血清白蛋白形成蛋白冠的规律。在解析蛋白冠基本特征的基础上，阐明烤肉纳米粒子与人血清白蛋白作用形成蛋白冠的分子间作用力，明确纳米粒子-蛋白质的结合位点及作用距离，并从热力学和动力学两方面阐释纳米粒子与人血清白蛋白作用机理。同时，通过对具有蛋白冠的纳米粒子进入细胞的途径及细胞内的定位进行研究，阐明其在细胞内蓄积规律，开展具有蛋白冠的纳米粒子影响细胞活性的研究，阐明其诱导细胞凋亡的机制。课题首次对烤肉中纳米粒子与人血清白蛋白作用形成蛋白冠规律和诱导细胞凋亡的机制进行研究，为将来建立食品热加工纳米粒子控制技术及提高食品安全性打下理论基础。

食品加工过程中形成的内源性荧光纳米颗粒(FNPs)是否安全性是食品科学领域的重要科学问题。纳米颗粒在体内随血液等体液转运的过程中，会自发地吸附蛋白质形成蛋白冠。蛋白冠进而影响纳米颗粒表面的理化性质和功能，产生未知的生物学效应。鉴于人血清白蛋白（HSA）在血液蛋白中的丰富度与重要功能，本项目重点围绕烤肉中等内源性FNPs与HSA形成蛋白冠的结合特性、形成动力学以及诱导细胞凋亡的机制进行了系统研究。首先，通过建立食品内源性FNPs蛋白冠的表征新方法，多角度评估了不同加工条件下烤牛肉、烤鲅鱼、烤三文鱼、烤鸡肉、烤鱿鱼等烤制食品中FNPs的形成及其与HSA结合形成蛋白冠的理化特征，解析了纳米粒子的形态结构、分散性、平均粒径、主要元素组成、表面官能基团、荧光特性等内容。接着阐释了蛋白冠的形成所驱动的FNPs表面电性以及HSA结构形态的变化，探索了血液蛋白质与FNPs分子间结合特性与蛋白质的种类和分子量的关联规律。深入揭示了FNPs与HSA相互作用形成蛋白冠的分子驱动力、结合位点以及分子间荧光静态淬灭机制。最后，通过观察细胞分布、内质网肿胀程度，监测细胞活性氧、线粒体膜电位、谷胱甘肽消耗水平，同时考察FNPs及蛋白冠对细胞周期、细胞吸收、细胞碳水化合物及能量代谢的影响，综合评价了FNPs促细胞凋亡效果，揭示了蛋白冠的形成对FNPs毒性的缓解机制。研究结果为热加工过程中新型食源安全潜在风险因子的安全性评价以及科学控制奠定坚实的理论支撑。本项目发表第一标注论文21篇，第二标注SCI论文9篇，申请2项发明专利，获得发明专利授权2项，本人获得国家杰出青年科学基金资助、培养国家优秀青年基金获得者1人，培养博士后1人，培养毕业研究生6人。