玉米醇溶蛋白作為納米運載體的研究進展

喻祥龍，吳婭麗，杜守穎，陸 洋

北京中醫藥大學中藥學院，北京 100029

玉米醇溶蛋白(zein)，也稱玉米朊，是一種天然植物大分子。玉米醇溶蛋白來源廣泛、價格低廉、富含多種氨基酸，因其具有良好的生物相容性、自組裝特性、骨誘導性以及生物可降解性，在食品、醫藥等領域有著廣泛的研究和應用[1-4]。近年來，玉米醇溶蛋白作為一種天然高分子材料在藥物載體方面的優勢已引起了人們廣泛的關注。高分子藥物載體能有效地提高藥物在體內的穩定性和生物利用度，同時具有提高藥物選擇性和長效性等優勢。通過目前的文獻報道可以看出，zein作為藥物載體的研究目的主要集中在以下幾個方面：一是為了提高難溶性藥物的生物利用度、增加藥物穩定性，以zein為運載體材料研究設計了納米粒；二是為了減少藥物對正常組織器官部位的毒副作用，增加藥物作用的選擇性，研究設計了具有靶向作用的納米給藥系統。此外，由于玉米醇溶蛋白作為納米運載體材料在包封率、穩定性和藥物釋放等方面的性能仍然不夠理想，因此國內外學者對其進行了改性研究，大致可分為物理改性和化學改性兩大類，對玉米醇溶蛋白的改性主要集中在改善其親水能力以及提高納米粒體系的穩定性，但某些方法改性后的玉米醇溶蛋白擁有特殊的性能，如pH響應性[5]。本文將從玉米醇溶蛋白的組成和性質，玉米醇溶蛋白納米粒的不同制備方法及其原理，玉米醇溶蛋白作為納米運載體材料的物理化學改性等方面進行綜述，為玉米醇溶蛋白的進一步開發利用提供理論指導。

1 玉米醇溶蛋白的組成與性質

玉米醇溶蛋白存在于玉米的胚乳組織中，是蛋白質的主要儲存形式，約占玉米中蛋白質總量的80%。玉米醇溶蛋白平均分子量在40 kDa左右，主要由α-zein、β-zein、γ-zein和δ-zein四類蛋白組成。其中，α-zein占玉米醇溶蛋白總量的35%，是分子量為22和24 kDa兩種蛋白的混合物。β-zein是一種具有高蛋氨酸的蛋白，分子量為17 kDa。γ-zein含有半胱氨酸，分別由18和27 kDa兩種分子量蛋白組成。δ-zein是分子量只有10 kDa的小分子蛋白，含量很少。β-zein和δ-zein都具有類似于α-zein的溶解特性。在結構上，玉米醇溶蛋白由大量非極性氨基酸組成，其平均疏水性約是纖維蛋白原和白蛋白等的50倍。大量不帶電荷的氨基酸殘基的存在使玉米醇溶蛋白本身不溶于水，但可溶于一定濃度的乙醇、陰離子表面活性劑、堿性溶液(pH≥11)或高濃度尿素溶液[6-8]。此外，玉米醇溶蛋白分子結構中親水部分和疏水部分分區明顯，具有獨特的自組裝特性、凝膠性、成膜性、抗水、抗油性，并且具有良好生物相容性、生物粘附性，這些獨特的屬性，使其在藥物輸送載體系統、可食性的材料制備等方面具有天然優勢[9]。

2 玉米醇溶蛋白作為納米運載體的制備方法

2.1 反溶劑沉淀法

反溶劑沉淀法(anti-solvent precipitation，ASP)，又稱相分離法或液-液分散法[10]，常用于玉米醇溶蛋白納米粒的制備，其原理為：將玉米醇溶蛋白溶解于良溶劑中(通常為70%～80%乙醇水溶液)，由于玉米醇溶蛋白不溶于水，因此以水為非溶劑，將玉米醇溶蛋白溶液與水混合，該過程使體系中的良溶劑濃度降低，玉米醇溶蛋白溶解度隨之降低，進而從體系中析出，由于自身的特性自組裝成納米粒[11]。制備過程通常為：將玉米醇溶蛋白和難溶性藥物溶解于80%左右的乙醇溶液中，配置成一定濃度的母液備用；將水溶性物質(如多糖)溶解于水溶液中，在攪拌狀態下將乙醇溶液加入到水溶液中或將水溶液加入到乙醇溶液中，即得自組裝而成的玉米醇溶蛋白納米粒[12-14]。Li等[15]將50 mg玉米醇溶蛋白溶解于5 mL 80%乙醇溶液中，在攪拌狀態下用蠕動泵將15 mL去離子水滴加入玉米醇溶蛋白溶液中，并以1 200 rpm的速度持續攪拌3 h確保乙醇完全蒸發，得到玉米醇溶蛋白納米粒。Li等[16]分別用75%乙醇溶液和去離子水配置2%(W/V)玉米醇溶蛋白溶液和0.6%(W/V)可溶性大豆多糖溶液(pH 4.0)，作為母液備用。將2 mL玉米醇溶蛋白母液在攪拌狀態下滴加入38 mL可溶性大豆多糖溶液中，持續攪拌20 min，制備所得玉米醇溶蛋白和可溶性大豆多糖(SSPS)納米復合物，粒徑大小約為200 nm，多分散指數(PDI)小于0.2，且在pH 2.0～8.0時不產生沉淀，該納米復合物可用作食品生物活性分子的遞送載體。此外，有研究表明，使用反溶劑沉淀法制備玉米醇溶蛋白納米顆粒過程中給予熱處理(70 ℃)，可使制備所得納米顆粒粒徑更小、分布更均勻[17]。另一項研究表明，將制備所得的玉米醇溶蛋白納米粒進行熱處理(90 ℃)，當pH值為7.0時玉米醇溶蛋白納米粒會發生聚集，導致粒徑增大[18]。因此，對玉米醇溶蛋白納米粒給予不同溫度的熱處理并控制pH值、時間等因素或可用于控制玉米醇溶蛋白納米粒的粒徑大小。ASP法制備玉米醇溶蛋白納米粒因其操作簡單而得到廣泛應用。然而，ASP法在制備過程中需要使用大量乙醇，有易燃易爆的風險，且在生成玉米醇溶蛋白納米顆粒之后又需將乙醇去除，該過程增加了工業成本，不利于工業化生產。

2.2 乳化溶劑蒸發法

乳化溶劑蒸發法將與水互溶的溶劑作為水相，以與水不互溶的溶劑作為油相，將水相與油相混合予以攪拌形成納米乳(粒)，隨后利用旋轉蒸發儀除去油相等有機溶劑，使體系中極性發生變化，進而誘導玉米醇溶蛋白進行自組裝，得到納米復合物[19,20]。Wei等[21]采用乳化溶劑蒸發法制備了玉米醇溶蛋白和藻酸丙二醇酯復合體，其粒徑約為900 nm，當玉米醇溶蛋白:藻酸丙二醇酯為1∶3時對β-胡蘿卜素包封率最高，該納米復合物體系能改善β-胡蘿卜素的穩定性，使其在胃腸道中緩慢釋放。Wei等[22]在其隨后的另一項研究中，采用乳化溶劑蒸發法制備了載有輔酶Q10的玉米醇溶蛋白-藻酸丙二醇酯-鼠李糖脂三元復合納米粒，將玉米醇溶蛋白、藻酸丙二醇酯、鼠李糖脂先后溶解于70%乙醇溶液，將輔酶Q10溶解于乙酸乙酯，在均質器攪拌狀態下將乙醇溶液與乙酸乙酯溶液進行混合，隨后應用旋轉蒸發器除去乙醇及乙酸乙酯，得到納米復合物，其粒徑在80～344 nm以內。研究表明鼠李糖脂的加入，改善了納米復合體的理化穩定性、生物相容性以及輔酶Q10的包封率。Dai等[23]使用乳化溶劑蒸發法制備了玉米醇溶蛋白和藻酸丙二醇酯復合體系作為Pickering乳液的穩定劑，當玉米醇溶蛋白與藻酸丙二醇酯質量比為10∶1時，制備得復合體粒徑為346 nm，具有合適的界面潤濕性，可以有效的穩定Pickering 乳液。另有研究表明，乳化溶劑蒸發法制備所得玉米醇溶蛋白納米復合物的粒徑大小與其濃度呈正相關，隨著玉米醇溶蛋白濃度的增加，粒徑變大，易引起顆粒粘連[24]，因此制備粒徑適宜的玉米醇溶蛋白納米復合體需要對載體材料的質量比進行優化篩選。乳化溶劑蒸發法可制備高濃度的玉米醇溶蛋白復合體，但仍需應用乙醇等有機溶劑且所得復合體納米粒徑較大，貯藏穩定性較差。

2.3 pH偏移法

pH偏移法又稱一步法或pH循環法。由于玉米醇溶蛋白可溶于堿性溶液(pH 11.3～12.7)，但難溶于中性或酸性溶液。因此，將玉米醇溶蛋白的堿性溶液用鹽酸調節至中性(pH 7.0)，在溶液由堿性向中性變化過程中，玉米醇溶蛋白因溶解度逐漸降低而析出并自組裝成納米粒[25]。Zhang[26]采用pH偏移法制備了玉米醇溶蛋白/酪蛋白酸鈉/海藻酸鈉納米復合物用于包埋蜂膠，結果表明pH偏移法制備所得納米復合物相比于反溶劑法制備所得納米復合物粒徑及zeta電勢更小、包封率及載藥量更高，并具有很好的pH穩定性，在pH值2～8之間保持穩定，能控制蜂膠在胃腸中的釋放，顯著提高蜂膠的生物利用度，該體系可用于疏水性物質，如姜黃素、百里香酚、蘆丁等的包埋。研究表明，使用鹽酸溶液滴定酸化時，由于滴定過程中氫離子不能在體系中分散均勻，易使蛋白質顆粒發生聚集。而D-葡萄糖酸-δ-內酯(GDL)在堿溶液中水解可緩慢釋放氫離子，從而逐漸降低體系的pH值，與鹽酸溶液滴定酸化相比該方法制備所得玉米醇溶蛋白納米粒粒徑更小、分布更均勻[27]。Sun[28]利用藻酸丙二醇酯在可在堿性溶液中部分水解釋放氫離子的特性，制備了玉米醇溶蛋白-藻酸丙二醇酯-酪蛋白酸鈉三元納米復合物，可作為高含油量Pickering 乳液穩定劑。相比于反溶劑法和乳化溶劑蒸發法，pH偏移法避免了有機試劑和特殊制備設備的使用，更加安全、簡便；傳統方法需要用鹽酸溶液不斷的滴定，使體系的pH值下降，這一過程增加了時間成本，且易使蛋白質顆粒聚集，因此通過酯類化合物在堿溶液中水解緩慢釋放氫離子從而降低體系pH值的方法更適合納米粒的制備。

2.4 電噴霧法/靜電紡絲法

電噴霧法通過使用高壓靜電場在玉米醇溶蛋白及藥物溶液內部施加壓力，破壞液體的表面張力，在表面形成超薄液滴，隨后液滴被噴射而出，液滴中的溶劑在室溫下蒸發，由于庫侖斥力作用玉米醇溶蛋白隨之形成干燥膠囊[29,30]。研究表明，玉米醇溶蛋白在乙醇水溶液中表現出牛頓流體行為，在電噴霧法制備納米粒過程中發生反彈，形成均勻、致密球狀納米膠囊[30]。Bhushani等[31]應用電噴霧技術制備了封裝綠茶兒茶素的玉米醇溶蛋白納米膠囊，當玉米醇溶蛋白溶液的濃度為5%(W/W)，所得納米膠囊為157 nm的球形單分散納米粒，該納米膠囊顯著改善了綠茶兒茶素的體外胃腸道穩定性和Caco-2細胞單層通透性。此外電噴霧法也可用于水溶性成分的封裝，Agustin等[32]報道了電噴霧法制備沒食子酸/玉米醇溶蛋白納米粒，在高電壓(15 kV)、低流速(0.1 mL/h)和短距離(10 cm)條件下可制備出粒徑較小的納米粒。電噴霧法可直接制備得到固體納米粒，相比于噴霧干燥法不需要加熱，適用于揮發油、熱不穩定性成分納米粒的制備，所得納米顆粒粒徑更小，且制備方法簡便，適合工業化生產。

靜電紡絲法與電噴霧法的原理及制備儀器相同，不同之處在于靜電紡絲法會在靜電場的作用下形成泰勒錐，從而形成絲狀納米纖維[33]。靜電紡絲法制備所得玉米醇溶蛋白納米纖維不僅保有了玉米醇溶蛋白本身的優良特性，還具有纖維直徑小、孔隙率大、比表面積大、透氣性強、柔韌性好等特點，被廣泛應用于組織工程支架、食品抑菌、過濾膜、藥物遞送、生物技術等領域[33-35]。

2.5 其他方法

此外，一些新興方法如連續雙通道微流化法、超臨界流體技術、超聲輔助反溶劑法、微流控技術等也可用于制備玉米醇溶蛋白納米粒[36-39]。連續雙通道微流化法制備玉米醇溶蛋白納米粒的原理與反溶劑法相同。研究表明，連續雙通道微流化方法將溶劑相的玉米醇溶蛋白乙醇溶液與反溶劑相的酪蛋白水溶液高速碰撞，可產生強烈的剪切、湍流和空化力，確保兩相溶液的充分混合和溶解，在不同條件下可制備出粒徑在120～1 000 nm以內的玉米醇溶蛋白粒，由于該方法可持續形成納米粒，可用于工業化生產[36]。此外，超聲輔助反溶劑法借助內置超聲反溶劑滲析技術也可實現連續化的生產，制備粒徑可控的單分散納米粒，具有良好的工業應用前景[38]。

3 玉米醇溶蛋白的改性

由于玉米醇溶蛋白具有良好的生物相容性、兩親性、自組裝性，常被用作運載體材料包封疏水性物質以改善其水溶性、穩定性以及吸收特性等，廣泛應用于食品、醫藥等領域。但其作為運載體材料仍然存在一些問題，例如：包封率低、水溶性差、藥物突釋、較差的穩定性及凍干后再分散性較差等，這些不利的因素使其在實際應用中受到限制[40-42]。因此國內外不少學者開始關注玉米醇溶蛋白的改性修飾，從而提高其功能性質，擴展應用場景。目前，對玉米醇溶蛋白的改性研究可大致分為物理改性和化學改性兩大類。

3.1 物理改性

3.1.1 與多糖復合

由于玉米醇溶蛋白納米粒子的高疏水性在進入人體后很容易被免疫系統攻擊，從而降低藥物的生物利用率。而多糖具有很好的水溶性，能夠與玉米醇溶蛋白通過靜電、疏水、氫鍵等作用力相結合，此外，通過改變多糖的類型、離子強度、濃度、環境pH值以及溫度等因素可以調控蛋白質-多糖復合物的性質[26]。因此，為了進一步提高運載體體系的效率，研究人員利用玉米醇溶蛋白與多糖間的相互作用，制備出玉米醇溶蛋白-多糖自組裝復合載體，用以平衡納米粒子的親水-疏水性，減少免疫系統的攻擊，同時研究發現多糖的引入可提高藥物的包封率。Liang[43]以玉米醇溶蛋白為主要基材，以疏水性藥物紫杉醇或疏水性營養素姜黃素為模型負載物，通過自組裝的方式分別與兩種不同形式的多糖(陰離子多糖-羧甲基纖維素鈉和陽離子多糖-季銨鹽殼聚糖)自組裝形成納米復合體，提高了藥物的包封率和穩定性。其中，玉米醇溶蛋白/羧甲基纖維素鈉納米運載體帶負電荷，而玉米醇溶蛋白/季銨鹽殼聚糖納米運載體帶正電荷。因此，在藥物運載體系統設計中可根據用藥目的，將玉米醇溶蛋白與不同類型的多糖復合形成帶有不同電性的納米運載體。此外，玉米醇溶蛋白-多糖復合物還能改善單一蛋白載體在胃腸道下的穩定性，Chang等[44]使用酪蛋白酸鹽，玉米醇溶蛋白和三種多糖(果膠，羧甲基纖維素和阿拉伯樹膠)，研究了蛋白質-多糖納米復合體的形成。結果表明應用果膠及羧甲基纖維素所得酪蛋白-玉米醇溶蛋白-多糖復合物納米顆粒，粒徑較小(160～210 nm)且分布均勻，外觀呈球形，包封率高達80%，具有較慢的釋放速度及良好的抗氧化活性，噴霧干燥形成粉末后在水中在分散性良好，并可在模擬胃腸道條件中保持完整性，表明該體系用于口服給藥具有良好的前景。

3.1.2 與表面活性劑復合

表面活性劑具有強大的增溶作用，能夠與疏水性球蛋白結合從而提高水不溶性蛋白的親水能力，一些小分子表面活性劑可以降低表面疏水性，增加靜電，防止玉米醇溶蛋白納米粒子的聚集和空間排斥，常用于改善玉米醇溶蛋白納米粒子的包封率、物理穩定性及某些功能特性[26,45]。卵磷脂是一種具有良好生物相容性的表面活性劑。Gao等[46]構建了玉米醇溶蛋白-卵磷脂復合納米粒用于包裹表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)，結果表明，EGCG包封率從玉米醇溶蛋白納米粒的46.3%提高到了玉米醇溶蛋白-卵磷脂復合納米粒的73.2%。玉米醇溶蛋白-卵磷脂-EGCG復合納米粒在光照、熱穩定性、酸堿穩定性等實驗中均表現出良好的穩定性，并提高了EGCG的抗氧化能力，表明玉米醇溶蛋白-卵磷脂復合體有利于活性成分的保護和長效利用。Sun等[47]對pH 7.0下不同濃度的藻酸丙二醇酯(PGA)與玉米醇溶蛋白形成的二元配合物進行了研究，結果表明，PGA的存在增強了玉米醇溶蛋白膠體體系的物理穩定性和熱穩定性，但隨著PGA摻入比例的增加，玉米醇溶蛋白顆粒的尺寸從納米級增加到微米級，當玉米醇溶蛋白與PGA之間以2∶1和1∶1的質量比相互作用后觀察到大直徑的團塊和不規則形狀的聚集體，從而導致玉米醇溶蛋白膠體分散體的濁度大大提高。因此，應控制玉米醇溶蛋白與表面活性劑的質量比，原則上以玉米醇溶蛋白為主材料，盡可能減少表面活性劑的用量，避免制備所得復合體粒徑過大或發生聚集。Hu等[48]首先通過反溶劑沉淀法制備玉米醇溶蛋白納米粒，隨后進行靜電沉積以形成藻酸鹽殼，所得納米粒具有80 nm的核及40 nm的殼。實驗表明，該納米復合體系具有相對良好的穩定性：當pH值為3～8時穩定性良好，但由于電荷損失，當pH 值為2時發生聚集。此外該納米復合體系還具有很強的離子穩定性和熱穩定性(pH 7.0)。從粒徑控制上看，將玉米醇溶蛋白制備成納米粒后，再通過適宜的方法在其表面形成一層殼，這樣的制備過程能得到粒徑更小、更均一的納米復合體，并可避免納米復合體的聚集。

3.1.3 與蛋白復合

玉米醇溶蛋白的等電點為pH 5～6，在中性及生理環境下不穩定易發生聚集。針對這些問題，Sabra等[49]以玉米醇溶蛋白為核心材料包裹雷帕霉素和沃戈寧，之后以玉米醇溶蛋白納米粒為核心，在其上附著親水乳鐵蛋白形成殼狀電暈，用以增強腫瘤靶向，并延長納米載體的全身循環，再輔以戊二醛交聯以減小粒徑并改善膠束穩定性。該納米復合體系能夠相對較快的釋放出沃戈寧，隨后雷帕霉素從玉米醇溶蛋白核心緩慢釋放。這種釋放順序可能有助于沃戈寧抑制外排泵，從而使腫瘤細胞對雷帕霉素更加敏感。有趣的是，由于乳鐵蛋白殼的刷狀結構，納米膠束表現出良好的血液相容性以及良好的血清穩定性。該納米遞送系統中的雷帕霉素和沃戈寧在MCF-7乳腺癌細胞和Ehrlich腹水腫瘤動物模型中表現出協同抗腫瘤作用。

為了克服單一玉米醇溶蛋白載體凍干后再分散性及穩定性較差的問題，并在不使用乙醇等其他有機溶劑的情況下制備玉米醇溶蛋白納米粒，實現“綠色生產”。Wang等[50]通過低能自乳化技術，以玉米醇溶蛋白和酪蛋白酸鹽(NaCas)作為共乳化劑制備納米乳液，將玉米醇溶蛋白或NaCas溶解于堿溶液中(pH 11.5)，隨后將熱堿中去質子化的丁香酚以不同的質量比在pH 11.5下添加到NaCas/玉米醇溶蛋白混合物中，輔以攪拌(600 rpm)，然后將pH中和至7.0，所得納米復合體粒徑為109～139 nm，外觀呈球形，包封率達84.24%，該體系能在室溫下儲存超30天，經過噴霧干燥或冷凍干燥后仍具有較好的在分散性。

3.1.4 與多酚復合

多酚是植物體內重要的次級代謝產物，富含羥基，具有抗氧化、抗衰老等功能活性，能夠與富含脯氨酸的玉米醇溶蛋白發生氫鍵、疏水及靜電相互作用。因此多酚與玉米醇溶蛋白的納米復合體具有很好的穩定性及更強的抗氧化能力[26,51]。玉米醇溶蛋白-多酚復合物多用于提高Pickering乳液的穩定性。Liu等[52]將玉米醇溶蛋白水解得到玉米醇溶蛋白肽，水解后玉米醇溶蛋白的極性基團和疏水性殘基暴露更加徹底，更容易發生自組裝。隨后構建玉米醇溶蛋白肽-丁香酚納米復合粒子用于制備Pickering乳液，由于丁香酚的加入，玉米醇溶蛋白分子間作用力減弱，自組裝效果變差，但已存在的自組裝體系，由于競爭的存在更為穩定，因此具有更好的乳化穩定性和乳液穩定性。Zou等[53]通過反溶劑法制備了玉米醇溶蛋白/鞣酸納米復合顆粒，用于Pickering乳液的制備。經圓二色譜和小角X射線散射儀分析，表明鞣酸與玉米醇溶蛋白結合后，其構象發生了變化，但未改變其超分子結構。鞣酸的加入可以調控玉米醇溶蛋白的表面濕潤性，增強了界面反應性，但其表面電荷并沒有減少。玉米醇溶蛋白/鞣酸納米復合顆粒能穩定油滴并能夠誘導油滴和蛋白顆粒之間形成連續的網絡，從而形成穩定的Pickering乳液。

3.1.5 與無機物復合

多酚含有大量的酚羥基能夠通過疏水和氫鍵作用與蛋白質相結合，而其大量的鄰酚羥基可以通過配位鍵與金屬離子結合在蛋白質分子形成一層包被膜，從而使蛋白質分子具備新的特性。為了進一步提高抗癌藥物的療效、降低毒副性，賦予運載體系定向釋放的性質，Liang[43]在已制備好的玉米醇溶蛋白納米粒子表面通過金屬-蛋白質螯合作用形成一層單寧酸-金屬離子包被膜，通過膜的pH-響應性崩解，賦予納米粒子pH-響應性釋藥的性質，且包被于納米粒子表面的單寧酸可以原位還原金納米粒子，因此該體系還可以聯合光熱治療，為癌癥療法提供了新思路。但該體系并沒有設計靶頭，因此可以在該體系中引入靶向配體，使其腫瘤靶向效率進一步提高。

ZnO是一種大小為10～30 nm的針狀納米材料，可以通過脂質過氧化作用選擇性殺死人源白血病HL60癌細胞，而不傷害正常細胞。Wang等[54]合成了棒狀玉米醇溶蛋白共軛的ZnO/Cd(OH)Cl分級納米復合材料，實驗證明，納米復合材料通過脂質過氧化介導的膜分解途徑表現出對腫瘤細胞的高效殺傷能力。BALB/c小鼠的安全性研究未觀察到注射過敏反應、溶血和細胞毒性。而納米復合材料在肝臟和腎臟中存在蓄積，這將有助于靶向治療這些區域性癌癥。Hu[55]制備了適用于多酶共固定化磁性納米復合材料，首先制備玉米醇溶蛋白/Fe3O4磁性納米粒子并在該納米粒子表面包覆聚多巴胺層，該納米復合體具有良好的超順磁性、復溶性和穩定性，并保有Fe3O4的晶體結構。對該納米復合體進行巰基聚乙二醇羧基修飾后，用于共固定化葡萄糖氧化酶和辣根過氧化物酶，固定化后兩酶的酶活保留率可達70%以上，表明該復合體系是固定化多酶的良好載體。此外，該體系具有超順磁性，因此可給予外部磁場，引導納米粒子實現靶向給藥。

3.2 化學改性

3.2.1 糖基化改性

為了改善玉米醇溶蛋白的水溶性、穩定性，將其與親水性多糖以共價鍵的方式結合，得到兼具兩者功能特性的產物，這就是玉米醇溶蛋白的糖基化改性。目前，糖基化改性主要包括美拉德途徑和轉谷氨酰胺酶催化兩條途徑。其中，美拉德反應應用較多，但其存在反映溫度高、耗時長、易產生致癌、致突變產物及糖化程度不易控制等缺點。轉谷氨酰胺酶途徑相對而言反應特異性強、反應條件溫和、反應產物更加安全[26,56]。Qu等[56]以含有伯胺基團的D-氨基半乳糖為酰基受體，通過谷氨酰胺轉氨酶催化途徑對玉米醇溶蛋白進行糖基化改性。結果表明，糖基化改性對玉米醇溶蛋白結構性質影響較小，而熱穩定性、抗氧化活性和乙醇脫氫酶激活率均顯著提高，提示糖基化改性后的玉米醇溶蛋白具有護肝活性。Kang等[57]利用木糖和葡萄糖兩種還原糖分別對玉米醇溶蛋白進行糖接枝改性，改性后的玉米醇溶蛋白產物用于蝦青素的包埋。結果表明，改性后玉米醇溶蛋白發生了一定程度的展開，對蝦青素的包封率提高了10%，并顯著提高了蝦青素的熱穩定性。李海明[58]系統的研究了還原糖對玉米醇溶蛋白進行接枝改性的接枝條件對接枝效果的影響。研究發現，當溶劑為80%(V/V)乙醇，玉米醇溶蛋白濃度為20%(W/V)，糖與蛋白質量比為2∶1，反應溫度115 ℃，反應時間為30 min，反應pH值為8.0時為最優葡萄糖-玉米醇溶蛋白接枝條件，接糖量為2.59%。玉米醇溶蛋白糖接枝改性后親水性顯著提高，等電點向酸方向偏移，采用反溶劑法制備所得納米粒粒徑為63 nm，相比未改性玉米醇溶蛋白制備所得納米粒粒徑更小。應用噴霧造粒法制備改性玉米醇溶蛋白-蝦青素復合納米粒，場發射掃描電鏡顯示所得復合納米粒可能為空心塌陷粒子，差示量熱掃描儀表明復合納米粒為均一的復合體系，蝦青素均勻分布在復合納米粒中，而不是典型的核-殼結構。

3.2.2 磷酸化改性

磷酸化修飾是蛋白質改性的常用方法之一，磷酸鹽可以選擇性的與蛋白質側鏈上的賴氨酸、絲氨酸、蘇氨酸等活性基團反應，磷酸化修飾后的蛋白質溶解、凝膠、黏度、乳化等特性得到改善[59]。磷酸化主要可以通過酶促反應和化學修飾兩種途徑達成，酶促磷酸化可以在較為溫和的條件下實現蛋白質的功能改性，但不能帶來足夠的磷酸基團；而化學修飾法可以對蛋白質進行更高程度的磷酸化且成本較低[60]。Yang等[60]應用三聚磷酸鈉對玉米醇溶蛋白進行了磷酸化修飾，結果表明玉米醇溶蛋白的磷酸化歸因于色氨酸和酪氨酸殘基的相互作用，磷酸化后的玉米醇溶蛋白物理穩定性得到改善。Hao等[61]應用三聚磷酸鈉對玉米醇溶蛋白進行了磷酸化修飾，應用磷酸化后玉米醇溶蛋白作為載體材料包封阿維菌素用作農藥。結果表明，磷酸化后玉米醇溶蛋白對阿維菌素的包封率達81.52%，所得納米粒粒徑在174～278 nm之間，具有極好的穩定性和抗紫外線性能，并增強了液體與葉面之間的黏附能力，從而減少了農藥的流失。此外，磷酸化后的玉米醇溶蛋白具有pH響應性，pH響應行為歸因于磷酸鹽的質子化和去質子化，從而在酸性條件下實現了相對較快的釋放。

3.2.3 去酰胺改性

去酰胺化是指將玉米醇溶蛋白中的中性氨基酸(天冬酰胺和谷氨酰胺)水解為親水性氨基酸(天冬氨酸和谷氨酸)，從而改善其親水性，同時使蛋白質的結構展開，提高蛋白質的功能性質[26]。去酰胺化可以通過化學法、物理法、酶解法實現。Hong[62]分別采用以上三種方法對玉米醇溶蛋白進行了去酰胺化改性。化學法改性中，以酒石酸、蘋果酸和檸檬酸三種酸分別作為改性劑，結果表明，當酸改性劑的用量在20%～25%之間，反應時間在5～5.5 h之間，溫度在80～85 ℃之間時能得到最佳改性效果，此時玉米醇溶蛋白在水中溶解度最高為14.73%；而應用木瓜蛋白酶進行酶解法改性，改性后玉米醇溶蛋白在水中溶解度達34.9%，且反應條件更加溫和：反應時間2 h，pH 10.0，溫度30 ℃，酶用量2.0%；采用微波法進行物理改性，改性后玉米醇溶蛋白在水溶解度為13.9%。由此可見酶解法相比于化學法和物理法而言具有改性更完全、反應條件更溫和等優勢。Dong[63]采用化學法對玉米醇溶蛋白進行了去酰胺化改性，注重探討改性后玉米醇溶蛋白結構變化與功能性質提高方面的關系，并對改性溶劑的影響進行了研究。其以十二烷基磺酸鈉和堿為改性劑研究了不同極性介質(水和70%乙醇)對玉米醇溶蛋白改性的影響。結果表明，以極性較強的水作為介質改性所得玉米醇溶蛋白在水中的分散性優于以70%乙醇作為介質改性所得蛋白。同時不同極性的介質對改性后玉米醇溶蛋白的結構形態有所影響，在弱極性介質中，玉米醇溶蛋白形成球狀顆粒，具有較大粒徑；而在強極性介質中球狀結構被破壞，形成無規則的顆粒，粒徑較小。從不同的改性劑來看，堿改性能夠改善玉米醇溶蛋白的親水性，且改性效果優于十二烷基磺酸鈉，而這可能與堿改性的玉米醇溶蛋白具有較強的α-螺旋恢復能力有關。

3.2.4 羧甲基化改性

玉米醇溶蛋白中富含蘇氨酸、絲氨酸和絡氨酸，其中羥基為玉米醇溶蛋白的改性提供了反應位點，羥基能夠在催化劑的作用下羧甲基化，從而改善玉米醇溶蛋白的親水性并增強其在酸中的不溶性和堿中的溶解性[64]。Yin等[64]應用氯乙酸在弱堿性條件下對玉米醇溶蛋白進行改性，得到羧甲基玉米醇溶蛋白。實驗證明，羧甲基玉米醇溶蛋白具有pH響應性，能夠在pH 6.8的磷酸鹽緩沖液中快速大量釋放負載的模型藥物；動物實驗進一步證明羧甲基玉米醇溶蛋白在胃中不溶解釋放藥物，而在腸中能溶解釋放藥物，因此羧甲基玉米醇溶蛋白可作為新型pH響應性生物材料用于腸溶制劑等。

3.2.5 嵌段共聚物

將親水性鏈段通過共價鍵偶聯至玉米醇溶蛋白上得到兩親性嵌段共聚物，由于親水性鏈段的存在，嵌段共聚物的親水性增加，其作為一種新的納米運載體材料具有更加優良的性質。Song等[65]合成了一種新型嵌段共聚物：甲氧基聚乙二醇(mPEG)接枝的玉米醇溶蛋白(mPEG-g-α-玉米醇溶蛋白)。該聚合物可在水中自組裝形成核殼納米粒，粒徑為90 nm，其臨界膠束濃度為0.02 mg/mL，對細胞毒性低，生物相容性良好。用其包裹模型藥物在37 ℃下體外釋放符合零級釋放曲線。Song[66]采用聚2-(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯(PDMAEMA)和玉米醇溶蛋白進行接枝反應，得到了具有pH響應性的接枝共聚物(PDMA-g-α-zein)。該聚合物具有較高的內化效率和良好的血清穩定性，并能維持長時間的穩定循環穩定性，相比mPEG-g-α-玉米醇溶蛋白具有更好的生物相容性。

4 總結與展望

玉米醇溶蛋白由于其特殊的物理化學性質成為理想的藥物遞送材料，用于包裹疏水性藥物，提高藥物水溶性和穩定性，具有廣闊的應有前景。目前，玉米醇溶蛋白納米粒的制備方法主要有反溶劑法、pH偏移法、乳化溶劑蒸發法、電噴霧法等，每種方法各有優劣。其中反溶劑法為應用最多的方法，具有操作簡便，無需特殊儀器等優點，但需要用到乙醇等有機試劑。pH偏移法最大的優點是不需要使用有機溶劑，但增加了時間成本。乳化溶劑蒸發法可制備高濃度的納米顆粒，但需要用到特殊設備及有機溶劑。而電噴霧法可直接得到干燥的納米顆粒，并可用于水溶性成分納米粒制備，但需要用到特殊儀器設備。實驗中可根據不同目的選用合適的制備方法。

單一的玉米醇溶蛋白作為藥物的載體材料，具有包封率低、物理穩定性差、藥物突釋、水溶性差、凍干復溶性差等問題，為了改善此類問題，需要對玉米醇溶蛋白進行改性修飾。目前，常用的改性方法可分為物理方法和化學方法。物理方法主要通過引進新的載體材料與玉米醇溶蛋白形成納米復合體，從而克服相關問題。而化學方法主要通過化學反應將玉米醇溶蛋白某些基團功能化或通過共價鍵結合某些鏈段形成聚合物。對玉米醇溶蛋白進行改性修飾，不僅可以改善其水溶性差、包封率低、穩定性差等缺點，還可以通過適當方法使玉米醇溶蛋白納米粒具備特殊的性質，如pH響應性、靶向性等。通過物理改性，可以選用具有pH響應特性的材料與玉米醇溶蛋白組成納米復合運載體，使整個藥物遞送系統在特定pH值下快速釋放藥物；而選用磁性材料與玉米醇溶蛋白組成納米復合體，可在外部給予磁場引導實現靶向治療，在此基礎上還可聯合光熱治療；此外，選用溫敏性材料與玉米醇溶蛋白組成納米復合體，使整個藥物運載體系能對不同溫度做出響應，實現特殊的給藥目的。化學改性通過改變玉米醇溶蛋白的某些化學基團，從而獲得了一些額外的性質，如糖基化后具有護肝活性，磷酸化、羧甲基化后具有pH響應性等，但化學改性后玉米醇溶蛋白的性質改變是否僅限于此，目前研究關注較少，有待進一步的深入研究；此外，可通過化學反應給玉米醇溶蛋白接上靶向配體，使其具備靶向能力。采取適當的改性方法可以提高玉米醇溶蛋白的功能性質，將其應用于食品，醫藥領域具有很好的潛力。但目前較多研究僅停留在對玉米醇溶蛋白的改性上，將其作為一種新的材料應用于納米運載體系統并進行生物評價的研究較少，值得進一步的深入研究。