近日，中國農業大學食品學院李媛教授在生物材料頂級期刊《生物材料》（Biomaterials，影響因子IF=12.479）發表文章“The kinetic mechanism of cations induced protein nanotubes self-assembly and their application as delivery system”，在牛奶蛋白納米管分子自組裝機制和遞送功能因子應用方面取得重要進展。食品學院博士生張繼鵬為該文章第一作者，李媛教授為通訊作者。   　　20多年前，丹麥科學家Ipsen在制備奶酪過程中偶然發現α-乳白蛋白能夠形成納米管，但形成機制尚不清楚。鑒于此，李媛教授自2015年就對納米管形成機制和應用進行了研究。該研究較為系統地解釋了α-乳白蛋白納米管的形成機制（圖1），發現納米管的形成分為水解、聚集和螺旋卷曲三個過程，并闡明了納米管的手性結構，解析了納米尺度的卷曲過程，發現納米管的形成是通過水解獲得了兩親性多肽二聚體，隨后二聚體在鈣離子誘導下形成細絲，然后多股細絲在鈣離子的鈣橋作用下繼續發生卷曲螺旋，最后鈣離子對螺旋進行了閉合形成納米管，對納米管在自組裝過程中的長度、直徑、螺距變化等演變過程進行納米尺度的精確分析。鑒于納米管具有中空疏水壁和較高長徑比的優點，進一步嘗試了納米管在遞送功能因子和食品體系增稠中的應用。   　　近年來，天然蛋白質和多肽的自組裝由于較高的生物相容性和可調節的超分子結構而引起了廣泛關注。食品蛋白質（例如β-乳球蛋白、溶菌酶、卵清蛋白、大豆蛋白等）在特定的加工和生理條件下會通過螺旋卷曲的分子自組裝，形成具有一定功能的納米結構，探究天然蛋白的納米自組裝對于解析蛋白質加工特性以及挖掘潛在的應用特性具有重要意義。α-乳白蛋白大量存在于牛奶中，在食品工業中應用廣泛。它含有高含量的必需氨基酸，是嬰幼兒配方奶粉的關鍵成分，可以很好地模仿人類母乳。它還具有抗癌、抗炎、增強免疫力等功效。因此研究這種高價值蛋白質的結構-功能構效關系具有重要意義。   　　李媛碩士論文期間，在荷蘭烏特勒支大學的Kees de Kruif教授門下學習了α-乳白蛋白納米管的制備和研究方法，回國后帶領實驗室在納米管卷曲機制和應用方面繼續從事系統深入的研究工作。先后發現：   　　（1）α-乳白蛋白能夠形成不同形貌、粒徑和硬度的納米結構，并探究了不同理化特性的納米自組裝滲透腸道粘液吸收屏障的擴散機制，并構建了分子動力學模擬證明了納米管具有最優的粘液滲透能力，最高的姜黃素生物利用率的機制（Nano Letters, 2020, DOI:10.1021/acs.nanolett.9b04841）；   　　（2）探究了不同理化特性的乳白蛋白載體在腫瘤靶向滲透的生物學機制，并發現納米管具有最佳的腫瘤滲透和靶向效果（Science Advances. 2021, 7（6）， eaba2458.DOI: 10.1126/sciadv.aba2458）；   　　（3）應用了α-乳白蛋白納米管遞送番茄紅素以增強其在乳制品飲料中的抗氧化活性和穩定性等（Food Hydrocolloids, 2022, DOI: 10.1016/j.foodhyd.2022.107792）；   　　（4）探究了蛋白自組裝在油水界面的Pickering乳液穩定機制和緩油脂消化的應用（Journal of Agricultural and Food Chemistry 2021. 69, 8, 2485）；   　　（5）α-乳白蛋白納米管優異的界面吸附效應可以增強油水界面的脂肪酶催化活性，提高了減脂奶酪的脂肪風味（Food Hydrocolloids. 2021.116,106651）。   　　其中，“乳清蛋白納米膠束活性因子腸道高效吸收技術”還獲得了第十屆高校科技創新成果展示推介會“創新金獎”。   　　α-乳白蛋白納米自組裝的系列研究將為深入理解食品天然蛋白的自組裝形成機制，開發新型的食品功能配料，提高奶酪副產物的綜合利用和功能因子營養利用率奠定理論基礎。該論文的發表也對已故的Kees de Kruif教授對于該項工作所發揮的物理思維啟發以及學術引領作用進行了紀念。該工作是在教育部功能乳品重點實驗室的平臺支持以及國家自然科學基金（NSFC 31471577, 31972202, 31772014） 的資助下完成的。   　　網絡鏈接：https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2022.121600