姜黄素在重组人类H-链铁蛋白的封装能增加它的水溶性和稳定性

摘要：姜黄素是一种在姜黄中发现的天然生物活性物质，具有许多促进健康的功效。然而，它的水溶性差、热稳定性和光稳定性限制了其在食品中的应用。在

目前的研究，重组人H-链铁蛋白(rHuHF)，一种具有内径约8nm的典型壳类蛋白，利用去铁铁蛋白在不同pH值上的可逆性分离和重组特性的优点来对姜黄素进行封装。我们证明了姜黄素分子被成功地包裹在蛋白笼内，其姜黄素/蛋白摩尔比为14.7比1。在这样的分子包囊作用下，姜黄素分子具有很大的水溶性，同时与自由类似物相比，由于蛋白质笼保护的改善热稳定性和光稳定性也大大提高。本研究报告的这种新方法有可能应用于其他不可溶性的生物活性化合物。

关键词：铁蛋白 姜黄素 封装 溶解度 稳定性

1. 介绍

姜黄素[（E，E）-1,7-双（4-羟基-3-甲氧基苯基）-1,6-庚二烯-3,5-离子]（图1A）是一种衍生自根茎的疏水性多酚 姜黄（东印第安工厂的姜黄），以及去甲氧基姜黄素和双去甲氧基姜黄素（Anderson，Mitchell，＆Mohan，2000）。它是一种黄色颜料，广泛用于食品和化学工业，如着色剂，调味剂和防腐剂 (Bhawana, Basniwal, Buttar, Jain, amp; Jain,2011)。近年来，由于其多种有益的药理学作用如抗氧化剂，抗炎症（治疗骨关节炎），抗致癌剂，抗菌剂，伤口愈合，解痉和抗凝活性，对膳食多酚的兴趣一直在增长。（Aggarwal， Kumar，＆Bharti，2003; Pizzo，Scapin，Vitadello，Florean，＆Gorza，2010）。此外，姜黄素即使在相对较高的剂量下也是无毒的（Strimpakos＆Sharma，2008）。尽管具有多种药物益处和极高的安全性，但这种有前途的分子在食品和化学工业中的广泛应用受到其水溶性差（估计为11ng / mL）的阻碍，短的生物半衰期和口服给药中的低生物利用度（Anand，Kunnumakkara，Newman，＆Aggarwal，2007）。 因此，提高姜黄素的水溶性和稳定性具有重要意义。

不溶于水的生物活性化合物，如类胡萝卜素，植物甾醇和天然抗氧化剂，如果它们的纳米分散体形式具有纳米范围内的粒径，则它们可以具有更高的溶解速度和饱和溶解度的水溶性（Bhawana等， 2011）。同样，为了克服姜黄素溶解性差和生物利用度低的问题 ，用于生产纳米颗粒的流行技术是溶剂型工艺，包括乳化 - 溶剂蒸发，乳化 - 溶剂扩散和沉淀方法（Bhawana等，2011; Horn ＆Rieger，2001）。这些方法的缺点是它们需要添加大量的表面活性剂以防止在颗粒形成期间聚结。另外，这些方法中使用的有机溶剂会导致样品污染和环境污染。最近报道了基于纳米粒子的药物递送方法（Anand等人，2010），其中姜黄素被包封在脂质体中（Wang等人，2008），基于蛋白质的微粒如牛血清白蛋白 (Gupta, Aseh, Rios, Aggarwal, amp; Mathur, 2009）和壳聚糖（Das，Kasoju，＆Bora，2010），或者与磷脂（Maiti，Mukherjee，Gantait，Saha，＆Mukherjee，2007）和环糊精（Dhule 等， 2012）。此外，最近还报道了使用N-异丙基丙烯酰胺与N-乙烯基-2-吡咯烷酮和聚乙二醇单丙烯酸酯合成姜黄素包封的聚合物纳米粒子的方法（Bisht 等，2010）。增加姜黄素溶解速率的另一种方法是增加其表面积。 这可以通过研磨或磨碎来减小粒度来实现（Bhawana等，2011）。

尽管有这些重大进展，但需要做大量的工作来制备单分散纳米粒子，用于透明功能性应用，使用一般公认的安全（GRAS）成分。幸运的是，具有特定纳米笼的铁蛋白的广泛存在为这种目的提供了良好的机会。铁蛋白是一类广泛分布于动物，植物和细菌中的铁储存蛋白，除酵母外，它们在所有生物体中具有铁储存和解毒的重要功能，并在控制地窖铁稳态中发挥重要作用（Arosio， Ingrassia，＆Cavadini，2008; Zhao，2010）。铁蛋白通常由24个识别/不同的亚基组成，它们以八面体对称排列，形成一个空心蛋白质壳（外径约12-13nm，内径约7-8nm），能够存储高达4500铁原子作为铁无机配合物。每个铁蛋白分子有8个3倍通道和6个4倍通道，通过它们连接铁蛋白和外部溶液的内腔（Arosio et al。，2008; Zhao，2010）（图1B）。通过还原Fe（III）并随后螯合Fe（II），可以容易地从蛋白质笼中除去天然氧化铁颗粒，导致形成具有空的完整蛋白质笼的脱铁铁蛋白。除铁蛋白可以在极端酸性条件下（pHle;2）分解成亚基，但不会变性，然后在pH值调节至pH〜7.0时重新组合（Kim 等人，2011）。在这个过程中，溶液中的小分子可能会陷入其内部（Liu，Wang，Lea，＆Lin，2006）。这种有趣的性质已被用于制备各种无机纳米粒子。所有获得的含铁蛋白的纳米颗粒被发现具有相同和窄的粒径分布（Iwahori，Yoshizawa，Muraoka，＆Yamashita，2005; Li，Viravaidya，＆Mann，2007）。铁蛋白包封与上述方法相比具有几个优点。首先，铁蛋白包裹的纳米颗粒是均匀的，并且具有与〜12nm几乎相同和窄的尺寸。其次，通过使用不同pH值的脱铁铁蛋白的可逆解离和重组特性，小分子可以容易且有效地包封在铁蛋白的内腔中而不使用任何有机溶剂。第三，铁蛋白是一种天然存在的蛋白质，食用和环境友好。