2025年6月9日，大连工业大学海洋食品加工与安全控制全国重点实验室谭明乾教授课题组在国际顶级期刊《Chemical Engineering Journal》（Q1，中国科学院1区Top，IF: 13.4）发表题为“AI-driven target screening and microfluidic sonication-assembled oral delivery of fucoxanthin-loaded probiotic vesicles for targeted alleviation of diet-induced obesity”的研究性论文。该文通讯作者为大连工业大学食品学院苏文涛和信息科学与工程学院常镜洳。
研究背景 近年来，肥胖及其相关代谢性疾病（如非酒精性脂肪肝NAFLD）发病率日益上升，成为全球性健康难题。天然类胡萝卜素，尤其是岩藻黄素（Fucoxanthin, Fx）因具备抗氧化、抑脂及抗炎等活性，受到了广泛关注。然而，Fx调控脂质代谢的关键上游激酶尚未系统明确，其水溶性差、生物利用度低也限制了其应用。为此，本研究结合人工智能（AI）对Fx的潜在作用靶点进行多组学预测，并开发了基于微流控-超声技术的益生菌来源囊泡（PDEVs）递送系统，实现Fx高效封装与递送。以Lactobacillus casei囊泡为载体，优化超声能量与流速，实现结构稳定、封装效率高的纳米载体制备。本研究系统分析了该递送系统的粒径、电荷、包封率等理化特性，并通过细胞及动物模型验证其改善脂质代谢、缓解肥胖的作用及机制。本研究为天然产物的递送与代谢性疾病治疗提供了新策略。 成果介绍 肥胖与多种疾病密切相关，其日益上升的患病率已构成严重的公共卫生挑战。目前常用的药物治疗手段，如食欲抑制剂和脂肪吸收抑制剂，疗效有限且常伴随不良副作用。本研究利用微流控辅助超声技术构建了乳酸杆菌来源囊泡（LCEV）系统，以封装岩藻黄素（Fx）。同时，结合人工智能（AI）靶点筛选，评估其在体内外调控脂质代谢的作用。通过模拟建模与实验验证，微流控超声技术能够形成稳定、均匀分布的声压场，优化能量输入并减少局部高压对囊泡结构的破坏，从而提高了封装效率。在体外实验中，微流控超声组装的Fx负载囊泡（LCEV@Fx）可抑制游离脂肪酸诱导的肝细胞脂质积聚，降低氧化应激水平，并抑制3T3-L1前脂肪细胞的脂肪生成及脂质合成。在体内实验中，囊泡封装延长了Fx在胃肠道的停留时间，增强了其经肠外膜的吸收，并增加了在肝脏的累积。AI驱动的靶点筛选与分子对接分析识别出AMPKα1为Fx调控脂质代谢的关键靶点，为其作用机制提供了理论依据。进一步实验验证表明，LCEV@Fx可减少高脂饮食诱导小鼠的白色脂肪组织积累，改善肝脏脂肪变性，通过激活AMPK/SIRT1通路促进脂肪酸氧化，同时抑制SREBP1和FAS表达以抑制脂质合成。本研究通过AI靶点筛选与验证，阐明了LCEV@Fx的作用机制，为其在代谢性疾病中的应用提供了新思路，特别是在调控脂质代谢和缓解脂肪肝方面展现出显著的治疗潜力。 图文赏析 图形摘要 一种利用 PDEV 和微流控芯片辅助超声技术高效装载和递送 Fx 以提高其生物利用率的口服给药系统。 基于人工智能的蛋白质配体结合亲和力预测工作流程。 原文链接 https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.164598
