食品相关纳米颗粒蛋白冠的形成及其生物效应
Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety (IF=12.811)
食品中纳米颗粒添加剂的运用以及内源性纳米颗粒的发现，引起人们对纳米材料的安全性的广泛关注。纳米颗粒在体内随血液转运的过程中会自发地吸附蛋白质形成蛋白冠。蛋白冠会影响纳米颗粒表面的理化性质和功能，进而产生纳米颗粒蛋白冠的一系列生物学效应。大连工业大学食品交叉科学研究院谭明乾教授团队在国际期刊Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety发表题为“Formation and biological effects of protein corona for food-related nanoparticles”的综述，谭明乾教授、苏文涛副教授为通讯作者，崔国馨硕士为第一作者。该综述回顾了有关食品纳米颗粒形成的蛋白冠的基本信息，列举了蛋白冠的形成对纳米颗粒性质以及蛋白质结构和功能的影响，论述了蛋白冠对纳米颗粒细胞摄取，体内转运，细胞毒性和免疫反应的影响及机制，并对食品纳米蛋白冠的未来研究进行了展望。
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纳米科学研究三个维度中至少一个维度介于1-100 nm之间的材料。在食品工业中，纳米材料已在多种食品中被用作食品添加剂以改善食品的品质。例如，编号为E551的SiO2纳米颗粒可以作为抗结块剂添加到奶粉、调味粉、蛋糕粉和咖啡粉等粉末状产品中以保持它们的流动性能。编号为E171的TiO2纳米颗粒可作为增白剂添加于糖果、白色调味料以及某些粉末状食品中。除此之外，将Ag和ZnO纳米颗粒添加到食品包装中可以提高包材的抗菌和抗氧化性能，从而延长食品的货架期。食品添加剂中使用的纳米颗粒在很长一段时间内都没有显示出明显的人体毒性和副作用，但是有关纳米颗粒安全性的争论一直没有停止。
除了外源添加到食品中的纳米颗粒，自从2012年，研究人员在一系列加工后的食品中发现了内源性纳米颗粒，其中包括调味品（焦糖，蜂蜜和陈醋），饮料（可乐，咖啡，啤酒，运动饮料，牛奶），烤制品（烤鸡，烤鸭，烤羊肉，烤牛肉，烤派克鳗鱼，烤大西洋鲑鱼，披萨和面包），以及罐头食品(黄花鱼罐头)。食品加工过程中内源性纳米颗粒的发现引发了对它们的理化和生物学特性的研究，阐明这些纳米颗粒的安全性已成为亟需解决的重要问题。
当纳米颗粒随食物通过口服进入人体后，可以与胃肠道内的许多上皮细胞发生相互作用，被消化道黏膜吸收，接着进入毛细血管并随血液到达全身各器官和组织，在这个过程中它们会自发地吸附体液中的蛋白质，形成一层或多层冠状结构，称为蛋白冠。血液中包含多种蛋白质（如白蛋白，球蛋白，纤维蛋白原，补体成分，载体蛋白和蛋白酶类），它们与纳米颗粒相互作用形成蛋白冠后可赋予食品纳米颗粒新的化学生物学特性。
在本文中，作者介绍了蛋白冠的分类、组成以及影响因素，阐述了食品中外源和内源纳米颗粒所形成的蛋白冠对纳米颗粒及蛋白质结构和性质的影响，接着重点介绍了有关食品蛋白冠细胞毒性和免疫反应的研究进展，最后，对食源性纳米颗粒在实际应用中面临的挑战和未来的发展前景进行了展望。该综述寄望于为食品纳米蛋白冠的形成及生物效应提供多角度、综合信息，拓宽研究思路，有助于对食品中纳米颗粒安全性的系统评价。
图1.食品中内源性纳米颗粒（NPs）和添加剂中NPs的来源，以及蛋白冠的形成示意图
蛋白冠的存在对纳米颗粒在食物基质中的命运有重要的影响。蛋白冠已经成为一个标签或身份，反映了纳米颗粒的行为。虽然在文献中对食品蛋白冠的研究有限，但由于潜在的风险和不确定性，蛋白冠对加工过程中产生的工程或内源性食物源纳米颗粒的影响值得关注。鉴于与食物相关的纳米颗粒上的蛋白冠的复杂性，需要更详细的工作来阐明以下几个方面。首先，要识别容易与纳米颗粒结合的蛋白质，跟踪蛋白冠组分在生理环境运输过程中的动态演化，研究蛋白质在纳米颗粒上的结构、特性、停留时间，阐明蛋白质电晕形成的可能机制。其次，在体内和原位监测食物纳米颗粒上的蛋白冠的行为。特别是生物流体蛋白与食物基质中在热加工过程中产生的食源性纳米颗粒(如荧光碳点)之间的相互作用更为复杂。第三，蛋白冠在食物纳米颗粒上形成的生物界面可能会随着食物摄入在细胞、组织、器官水平上引发特殊反应。因此，了解蛋白冠如何诱导细胞免疫反应对食物过敏和食品安全至关重要。目前人们对与食物相关的纳米颗粒的蛋白冠的认识仍处于初级阶段，迫切需要了解这些自然修饰的纳米颗粒在生理系统中的作用，以减少其潜在的危害性。
参考文献
https://doi.org/10.1111/1541-4337.12838
专 家 简 介
谭明乾，博士，教授，博士生导师，大连工业大学食品交叉科学研究院院长。曾获2019年国家杰出青年科学基金资助，享受国务院政府特殊津贴，入选辽宁省“百千万人才工程”百人层次人才，辽宁省科技创新领军人才。获辽宁省自然科学二等奖。承担国家重点研发计划项目2项，国家自然科学基金项目3项，国家重大科学仪器设备开发专项1项，中央引导地方科技发展专项1项，省市级项目3项。以第一作者或通讯作者发表SCI收录论文100余篇。编写英文科技著作1部，参编图书章节5部。以第一发明人获得授权发明专利10件。在国内外相关学术会议做学术报告30余次。SCI收录期刊Foods编委、eFood编委以及《食品科学》青年编委。主要从事的领域：（1）食品加工营养素结构转化与相互作用机制；（2）食品功能因子稳态化靶向递送及精确营养研究。
苏文涛，博士，副教授，硕士生导师。中国毒理学会毒理学替代法与转化毒理学专业委员会青年委员，中科院大连化物所青年促进会会员，获中国科学院院长奖，入选大连市青年科技之星，主持国家自然科学基金、省市级项目5项。发表学术论文30余篇，其中以第一作者或通讯作者在Trends in Food Science and Technology, Critical Reviews in Food Science and Nutrition, Trends in Analytical Chemistry, Biotechnology and Bioengineering, Biomicrofluidics等杂志发表SCI收录论文10余篇，H-index 15。申请国家专利20余项，获授权11项。主要研究方向：基于海洋多酚的海洋功能性食品研发、微流控芯片系统与食品营养递送。
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