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川大郭俊凌/杨烈/马钦团队: 开发植物多酚微球实现肥胖治疗新策略

CellPress细胞科学

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2025-03-04 11:35

上海

来源：澎湃新闻·澎湃号·湃客

原创 Cell Press CellPress细胞科学

物质科学

Physical science

2月28日，四川大学郭俊凌教授团队在Cell Press细胞出版社旗下期刊Cell Biomaterials发表题为“Oral polyphenol-based microbeads with synergistic demulsification and fat locking for obesity treatment”的研究论文。研究团队组装出了可食用的生物基PmFL微球，该微球作为一种动态吸收剂，可高效捕获并固定脂肪衍生物，从而促进其排泄。为肥胖治疗提供了一种更安全、有效的饮食干预方案。

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文章亮点

本研究开发了新型植物多酚基纳米工程技术，设计了一种可食用的生物基微球PmFL，其能够有效阻断脂肪的吸收并促进其排出，为肥胖治疗提供了新策略。

PmFL微球通过胃肠道pH响应性膨胀主动捕获乳化脂滴，并在多酚分子相互作用驱动下实现协同破乳和脂肪锁定，显著降低胃肠道内脂肪吸收。

PmFL微球减缓了传统药物如奥利司他、司美格鲁肽可能引发的胃肠道副作用和血糖波动问题，确保了治疗的安全性和患者的依从性。

PmFL微球通过口服给药，实现脂肪随粪便直接排出，避免了在肠道的积累和二次吸收，为肥胖治疗提供了一种无创、有效的饮食干预手段。

文章简介

肥胖作为一种以能量过度累积为特征的流行性代谢疾病，影响着约8.9亿成年人，已成为全球范围内重大公共卫生问题，并被认为是全球第四大死亡原因。聚焦在我国。近年来肥胖问题尤为突出，已是第六大致死致残的主要危险因素，与II型糖尿病、心血管疾病、中风和恶性癌症等多种慢性疾病密切相关。目前，在肥胖症治疗方面，生活方式干预、药物治疗（如奥利司他和司美格鲁肽）和减肥手术是主要的治疗方法，但这些方法存在疗效有限、体重反弹、副作用或术后并发症等问题。过量摄入膳食脂肪是肥胖的主要原因，因此，限制膳食脂肪是解决肥胖问题的一个有希望的解决方案。

四川大学郭俊凌教授团队长期致力于植物多酚（植物单宁）的基础科学和前沿应用研究，自2014年构建了由18种金属离子构建的金属多酚网络材料平台（Metal-Phenolic Networks，MPN）以来，该团队深入研究了多酚独特的界面相互作用，发展了植物多酚高值转化体系（Science 2018; Sci. Adv. 2021; Nat. Nanotechnol. 2016; Nat. Commun. 2022; Cell Biomater. 2025; Matter 2023, 2025; Angew. Chem. 2014, 2019, 2023, 2024等）。

本次研究中，郭俊凌教授团队基于膳食脂肪的代谢机制，将茶多酚（EGCG）和D-α-生育酚（VE）形成的脂肪纳米笼整合到多孔海藻酸盐载体中，组装成可食用的生物基PmFL微球。该微球作为一种动态吸收剂，具备独特的两亲性界面特性，在胃肠道中通过pH响应性膨胀和酚类的多重分子间相互作用力实现界面破乳与脂肪锁定的双重功效，可高效捕获并固定脂肪衍生物，从而促进其排泄（如图1所示）。这种简单、无创、高效的饮食策略通过精确调节脂肪及其衍生物的吸收，为肥胖治疗开辟了新途径。

图1 通过植物多酚纳米工程分层设计制备了可食用PmFL微球。

研究团队基于多酚的多重相互作用力，将EGCG和VE自组装形成超分子脂肪纳米笼，并通过悬滴法将其整合到耐酸的微孔海藻酸盐载体中，制备出具有优良生物兼容性和稳定性的PmFL微球。多种表征技术验证了PmFL微球的结构、成分稳定性及其有效性，并显示其在模拟胃肠环境中保持稳定的性能（如图2所示）。PmFL微球对多种常见膳食脂肪和游离脂肪酸（如大豆油、猪油、油酸等）的排除效率达到63.10%‒81.13%，且PmFL微球展现出与奥利司他相似的排脂效果，成功减少了肠道脂肪吸收（如图3所示）。进一步研究发现，在小肠环境中，PmFL微球膨胀约3倍，显著提升了脂肪排除效率。其核心机制在于EGCG-VE纳米笼通过与胆酸结合，削弱乳化脂肪液滴的外层稳定性，实现界面破乳和脂肪锁定，促进脂肪聚集（如图4所示）。

图2 PmFL微球的合成与表征。

图3 PmFL微球的排脂能力。

图4 PmFL微球排脂机理。

研究团队进一步探讨了其在肥胖治疗中的潜力。体重分析表明，PmFL微球的减重效果显著。与单纯高脂饮食组相比，PmFL微球组的体重增长减少了17.02%，接近正常饮食组的水平。同时，肝脏和脂肪组织的分析显示，PmFL微球显著降低了脂肪含量，且未对正常代谢平衡、肠道屏障完整性和炎症水平产生显著干扰。此外，PmFL微球还显示出良好的生物相容性，有助于改善肝健康（如图5所示）。在明晰PmFL微球对肥胖治疗的效果时，研究团队观察了为期30天的饮食干预后大鼠粪便中脂肪含量的变化。PmFL微球组粪便中脂肪含量显著增加，证实了PmFL微球不仅有效阻止了脂肪吸收，还能完全排出体外，避免脂肪再吸收而无副作用。与奥利司他相比，PmFL微球不仅在脂肪排泄效率上相当，还显著减少了胃肠道副作用（如图6所示）。总而言之，PmFL微球作为一种新型的肥胖治疗策略，不仅在排脂能力和机制上表现出色，还在减重效果和生物相容性方面展现出显著优势。这一成果为肥胖治疗提供了新的思路和方法，有望在未来的临床应用中发挥重要作用。

图5 口服PmFL微球的肥胖治疗效果。

图6 口服PmFL微球的排脂能力。

作者专访

Cell Press细胞出版社特别邀请论文作者郭俊凌教授代表团队进行了专访，请他为大家进一步详细解读。

CellPress：

请简要概述这项工作的亮点。

郭俊凌教授：

肥胖已成为全球公共卫生领域的一个重大挑战，而通过抑制肠道对膳食脂质的吸收，已被证明是一种有效的预防性措施。本研究基于植物多酚的纳米工程技术，创新设计了可食用的PmFL微球，能够显著阻止膳食脂质的吸收并促进其通过肠道排出。该微球在无创减肥的同时，能够有效缓解肠道副作用，减少传统药物可能引发的胃肠不适和血糖波动，从而为肥胖治疗提供了一种更安全、有效的饮食干预方案。

CellPress：

研究过程中遇到了哪些困难？团队是如何克服并顺利解决的？

郭俊凌教授：

在材料设计阶段，我们投入了大量精力以提升PmFL微球的体外破乳和锁脂效果。在此过程中，基于EGCG的多重分子相互作用成功实现了乳化脂滴的破乳效果，但在进一步锁住脂质方面效果并不理想。经过与华西医院胃肠科杨烈主任和马钦教授的深入交流，我们认识到，未被吸收的膳食脂质在结肠的过度堆积可能引发腹泻、腹痛、胀气等胃肠道不适。因此，如何在有效阻止膳食脂质吸收的同时确保其及时排出体外，成为了我们研究的核心问题。为解决这一难题，我们团队集中精力探索微球的脂肪锁控能力。通过与瑞士ETH Zurich的Gustav Nyström教授及64K Cellssense - Vitagenix R&I研发中心的交流，我们发现，VE不仅作为一种营养维生素在人体中具有重要价值，其结构的疏水性也使其能够与脂质牢固结合，成为肥胖治疗中的潜力材料。最终，团队通过精确设计微球结构，成功将EGCG-VE脂质纳米笼结合到海藻酸盐载体中，确保了PmFL微球能够高效捕捉并排除膳食脂质，同时避免引发胃肠道不适和血糖波动。该微球展现了卓越的脂肪排除性能和良好的生物相容性，其简洁的结构设计和完全源自膳食的成分，使其在临床应用中具有更高的可行性。

CellPress：

团队下一步的研究计划是怎样的？

郭俊凌教授：

团队的下一步研究计划将集中于进一步验证PmFL微球的长期安全性和疗效，并探索其临床转化的潜力。具体来说，我们计划开展更大规模的动物实验，评估其在不同肥胖模型中的表现和长期效果，同时评估微球的耐受性与耐药性。我们计划与临床单位合作，进行早期的临床试验，进一步确认其在人群中的疗效和安全性。此外，团队还计划通过改进微球的组成，扩展其在其他代谢性疾病（如2型糖尿病）治疗中的应用潜力。

CellPress：

最后，请与我们分享一下选择Cell Biomaterials发表这项工作的原因。

郭俊凌教授：

我们选择Cell Biomaterials作为该研究的发表平台，主要是因为Cell Press细胞出版社期刊在生物材料领域具有广泛国际影响力。本文通讯作者郭俊凌教授与主编Monika Golda-Cepa开展了广泛的线上交流，与多位医工背景专家的线上面对面活动，让跨领域专家了解到该期刊不仅专注于生物材料的创新，还注重推动具有临床潜力的研究成果，这与我们的研究目标高度契合。通过在该期刊发表，我们可以将研究成果迅速推广至全球科研群体，极大地提高研究的关注度和学术影响力。Cell Biomaterials依托Cell Press的卓越声誉、专业的编辑团队以及严格的同行评审标准，为我们提供了一个理想的学术平台，同时开放获取政策也使得我们的研究能够广泛触及更多的学术与临床领域。因此，Cell Biomaterials是我们发布此项研究的最佳选择。

作者介绍

吴月

博士研究生

吴月，四川大学轻工科学与工程学院博士研究生，师从郭俊凌教授。主要研究方向：植物多酚基生物质材料在人体代谢、衰老、肥胖等重大健康领域的基础科学和应用研究。

何云翔

副研究员

何云翔，四川大学轻工科学与工程学院副研究员，郭俊凌教授团队多酚超分子化学方向负责人。以项目或课题负责人承担国家自然科学基金青年科学基金项目、中国博士后科学基金第2批特别资助（站前）项目、四川省科技厅应用基础研究自由探索项目等。毕业于英国布里斯托大学（师从英国皇家学会院士Ian Manners教授）。聚焦多酚先进功能材料在生物医学领域应用。代表性成果发表于Sci. Adv.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem.、Chem. Sci.、Appl. Phys. Rev.、Environ. Sci. Technol. 等国际顶级期刊，申请及授权国家发明专利10项。获得四川省博士后特别资助、川渝科学技术大会优秀论文奖（2021二等奖，2023三等奖）。

马钦

主治医师

马钦, 四川大学华西医胃肠外科主治医师，担任四川省国际医学交流促进会胃肠外科专委会委员、秘书，肿瘤MDT专委会委员。主要研究方向为顽固性便秘的综合治疗，肠道微生态调控及结直肠癌纳米检测治疗。共计在Spectrochim. Acta. A、Anal. Chim. Acta.、Front. Pharmacol. 等期刊发表SCI文章20余篇；发表SCI论文20余篇，参研国家自然科学基金面上项目，授权国家发明专利、实用新型专利各一项；任《实用外科诊疗学及手术策略》副主编；参与编著《临床肿瘤学》《腹腔镜操作与指南丛书》《外科学（高等教育出版社）》等多部专著。

郭俊凌

教授

郭俊凌，皮革化学与工程教育部重点实验室副主任，国家特聘计划，四川大学教授，博士生导师。现任教育部重大奖项/人才评委专家、全国学科评估专家、成都市委统战部“欧美同学会”副秘书长、成都市工商联（总商会）专委会专家等。以项目或课题负责人承担国家重点研发计划、国家自然科学基金面上项目、四川省重点研发计划等，获得四川“天府峨眉”领军人才，苏州市/高新区领军人才，成都市“蓉漂计划”领军人才，成都市高新区“产业教授”等。曾毕业于四川大学轻工学院（石碧院士、廖学品教授）、墨尔本大学（英国皇家学会院士、澳大利亚科学院院士Frank Caruso），哈佛大学（美国工程院院士、美国医学院院士Samir Mitragotri）。主要围绕植物多酚高值转化与跨领域应用研究，发展了吸附分离体系、药物精准递送体系、细胞工程化体系，共发表论文200余篇，其中以第一/通讯作者发表在Science、Nature、Cell等国际顶级期刊的正刊（Science 2018）和子刊（Science Advances 2021、Nature Nanotechnology 2016、Nature Communications 2022、Cell Biomaterials 2025、Matter 2023, 2025等），总被引8800余次，H指数48，申请及授权专利45项，关键技术实现数亿元产业转化。