绿色合成石榴树介导的银纳米颗粒可缓解环境内毒素引起的大鼠心血管氧化炎症

《Environmental Research》：Green-synthesized Punica granatum-mediated silver nanoparticles mitigate environmental endotoxin-induced cardiovascular oxidative inflammation in rats

　　袁春燕|刘毅军|王丹|陈毅军|朱兴忠 中国湖南长沙410012，湖南工业大学摘要生物气溶胶和有机粉尘中的细菌内毒素主要是来自革兰氏阴性菌的脂多糖，它是引发类似败血症的炎症反应的重要诱因。目前用于诊断和治疗败血症的方法，包括血液培养检测、基于聚合酶链反应的检测以及抗生素治疗，都存在不足之处，因此与败血症相关的死亡率依然很高，而且抗菌药物耐药性也在不断上升。为了解决这一问题，人们开始利用纳米技术来诊断和治疗败血症，这种技术涉及在纳米尺度上的工程设计。这项新研究重点关注生物学层面，具体探讨了石榴水提取物中的银纳米粒子对大鼠因细菌内毒素导致的脏器和主动脉损伤的保护作用。研究采用了透射电子显微镜、X射线衍射、能量色散X射线光谱、紫外-可见光谱、场发射扫描电子显微镜以及傅里叶变换红外光谱等方法，对所制备的[e-mail]进行了全面分析。研究中使用1毫克/千克的LPS通过腹腔注射的方式诱发败血症，从而造成心脏和主动脉损伤。实验将大鼠分为六组：对照组、单纯败血症组、[e-mail]处理组（50和100微克/千克）、[e-mail]处理加败血症组（50和100微克/千克）。这些球形纳米粒子的平均尺寸为36.95纳米。与接受[e-mail]及石榴提取物治疗的组别相比，单纯患败血症的大鼠心脏和主动脉损伤更为严重。而接受[e-mail]治疗后，败血症组的心脏和主动脉损伤显著减轻（p<0.05），[e-mail]处理组与对照组之间则没有明显差异（p>0.05）。此外，败血症组在接受该处理后，炎症细胞因子IL1和TNF-α的水平也显著下降（p<0.05）。因此，通过降低炎症细胞因子和一氧化氮水平，调节抗氧化酶的活性，控制脂质过氧化/氧化应激的标志物水平，并提升总硫醇含量，[e-mail]可能有助于避免败血症引发的脏器和主动脉氧化损伤。引言内毒素是一种来自革兰氏阴性菌外膜的耐热脂多糖，会随生物气溶胶和有机粉尘中的空气颗粒一起传播。生物气溶胶和有机粉尘中还可能含有活的或死的花粉、真菌、细菌以及其他微生物碎片，但内毒素是其中研究最为深入的炎症成分之一。吸入这类物质可引发呼吸道炎症和类似流感的有机粉尘中毒综合征，同时接触此类物质还可能与败血症、肺功能下降以及呼吸系统症状有关（Góra等人，2009年）。目前，败血症被定义为机体对感染的反应失去控制，进而导致器官功能出现潜在致命性障碍的一种疾病，它正在逐渐夺去全球各地重症监护病房患者的生命（Góra等人，2009年；Sartelli等人，2018年）。世界卫生组织也将败血症视为对公众健康和患者福祉的严重威胁（Rudd等人，2020年）。据报道，1990年至2017年间全球共发生了4900万例败血症病例。及时检测并给予适当治疗对于提高败血症的临床治疗效果、降低死亡率至关重要（Kumar等人，2019年）。败血症治疗指南主要聚焦于三个方面：保持稳定的血液流动、控制感染以及调控机体对败血症的反应（Mirijello等人，2020年）。除此之外，还包括一些非特异性的改善器官功能的方法，如使用人工呼吸、氧疗、皮质类固醇、血流动力学支持以及肾脏替代疗法（Liu等人，2022年）。根据病情的严重程度，治疗败血症需要采取不同的方法——多器官功能障碍的情况可能需要更积极的干预措施，而仅单个器官功能出现问题的轻症病例则可能只需简单的支持性治疗即可（Kim等人，2019年）。虽然广谱抗生素在败血症治疗中起着重要作用，但细菌对抗生素的耐药性给治疗带来了很大困难，从而导致死亡率上升（Capsoni等人，2019年）。除了抗菌药物之外，血液净化、免疫调节剂、抗炎药、合成抗菌肽以及抗氧化剂等其他辅助疗法也在提高败血症患者的生存率方面展现出一定效果（Tosi等人，2024年）。不过，这些替代药物在临床应用中的效果尚未得到充分证实。造成这种差异的可能原因包括败血症会导致药物在体内的分布发生变化，从而影响治疗的疗效和安全性，增加治疗失败或产生耐药性的风险（Kashiouris等人，2020年）。此外，抗氧化剂和抗炎药物的药效持续时间较短，对某些组织或细胞的选择性较差，且水溶性和吸收性也不理想，这些因素也都影响着其治疗效果。另外，许多药物在实验室环境中的体外测试中显示出较强的抗炎作用，尤其是那些以肽类为基础的药物，但由于这些物质会被细胞内的酶分解，因此在活体动物体内的测试中无法达到同样的效果（Papafilippou等人，2021年）。在已有研究中，对于败血症具有较好疗效的植物来源物质，大多为在细胞和动物模型中经过研究的提取物及植物化学成分，并未在人类身上被证明具有确切的治愈效果（Liew等人，2020年；Mahomoodally等人，2022年；Usmani等人，2021年；Song等人，2023年；Lai等人，2025年）。其中最常被提及的有效候选物质包括穿心莲、生姜、姜黄、黑胡椒、丁香、苦瓜以及积雪草（Mahomoodally等人，2022年）。这类植物化合物通常通过降低IL-6、IL-1β和TNF-α的水平，抑制TLR4/NF-kB通路，减少HMGB1的释放，以及增强Nrf2/HO-1等抗氧化防御机制来发挥作用。在相关综述中，研究者们指出，由于败血症的发病机制既与炎症反应异常有关，也与感染因素密切相关，因此这些植物化合物有望作为辅助治疗手段（Mahomoodally等人，2022年；Lai等人，2025年）。石榴具有广谱的抗菌作用，其叶片和果皮是活性最强的部分。已有研究显示，石榴对金黄色葡萄球菌等革兰氏阳性菌的抗菌效果较为显著，同时对大肠杆菌和铜绿假单胞菌等部分革兰氏阴性菌也有一定抑制作用（Güner和A?kun，2023年）。石榴的抗菌特性主要归因于其中的黄酮类化合物、酚酸、鞣花单宁、单宁以及相关的多酚物质。这些化合物能够破坏细菌的细胞膜和细胞壁，干扰细菌的酶活性，同时抑制细菌生物膜的形成（Doostkam等人，2020年）。关于石榴在败血症治疗中的应用，目前的临床前研究结果尚不一致：有些研究显示石榴提取物能提高动物的存活率并降低细菌负荷，而另一些研究则发现，在较高剂量或提前使用的情况下，石榴提取物反而可能使病情恶化。因此，目前更合理的观点是，石榴提取物仅可作为潜在的辅助治疗手段，还不能被视为有效的败血症治疗方法（Islamova等人，2025年；de O Trov?o等人，2023年）。目前有大量研究正在积极探索基于纳米技术的解决方案，以弥补现有败血症治疗方法的不足。这些纳米技术已在败血症的识别和治疗领域展现出巨大潜力（Vasiliev等人，2023年）。由于银纳米粒子具有独特的物理化学性质，比如特定的形态以及较高的表面积与体积比，它们能够在体内更精准地移动，并且停留时间更长，这进一步增强了它们的抗氧化、抗菌和抗炎功效（Tang和Zheng，2018年）。此外，还可以通过对银纳米粒子表面进行改性，使其能够针对特定类型的细胞产生所需的作用（Vasiliev等人，2023年）。在纳米系统中，多种有机和无机聚合物及载体成分也展现出了抗菌和抗炎特性，这为解决抗菌药物耐药性问题提供了新的思路（Yin等人，2020年）。这些额外的协同抗菌作用有助于应对药物治疗中的各种挑战，也可作为减少抗生素使用的策略之一（Bruna等人，2021年）。因此，基于纳米的技术为改善多个方面的治疗效果奠定了基础，包括实现精准的药物递送、减少药物不良反应、提升治疗效果，以及更有效地诊断和治疗败血症（Shao等人，2019年）。在实验室和动物模型中，已有不少研究显示，基于银纳米粒子及纳米制剂的败血症治疗手段具有较好的效果。因此，有必要对利用银纳米粒子及植物纳米粒子作为新型败血症治疗策略进行进一步的研究评估（Liu等人，2025年）。基于上述理由，本研究的目的是利用石榴提取物通过绿色合成方法制备银纳米粒子，进而研究这些银纳米粒子对因环境中的生物气溶胶和有机粉尘中所含的细菌内毒素（即脂多糖）而导致心脏和主动脉损伤的大鼠的氧化应激及一氧化氮指标可能产生的影响。研究还采用多种技术对所制备的[e-mail]进行了全面分析。章节节选石榴水提取物的制备首先用自来水清洗石榴叶片上的灰尘，再用蒸馏水冲洗，之后将其放置数天风干。每片干燥后的叶片都被切碎并研磨成细粉，随后存放在带有相应标签的容器中以备后续使用。在一个带有清晰标签的烧杯中，加入200毫升的无菌双蒸馏水以及20克的叶片粉末。将这些叶片在60摄氏度下烘烤0.5小时。冷却后将所得物质通过Whatman滤纸过滤。[e-mail]的合成机制根据先前的研究，通过绿色合成方法，植物提取物可以同时起到限制金属纳米粒子生成以及缩小其尺寸的作用。在本研究中从石榴中分离出的植物化学物质能够与银离子结合，促使较大的纳米粒子通过聚并或奥斯瓦尔德成熟等机制发生聚集。此外，研究还发现，石榴中的次生代谢产物也参与了降低纳米粒子尺寸的过程。结论总体而言，本研究展示了如何利用石榴提取物来修饰仿生结构的[e-mail]。在成功制备出目标纳米粒子后，研究人员又通过多种分析方法对其结构进行了检测。根据场发射扫描电子显微镜和透射电子显微镜图像的分析结果，所制备的[e-mail]的尺寸在20到50纳米之间。本研究的结果表明，石榴提取物能够帮助保护大鼠的心脏和主动脉组织免受损伤。作者贡献说明袁春燕：撰写原文初稿、开展实验研究。刘毅军：撰写原文初稿、开展实验研究。朱兴忠：参与文章审阅与修改、撰写原文初稿、负责研究指导与实验工作。王丹：撰写原文初稿、开展实验研究。陈毅军：参与文章审阅与修改、撰写原文初稿、开展实验研究。出版许可无需特殊许可。数据与材料提供情况本篇已发表的文章包含了本次研究过程中生成或分析的所有数据。如有合理需求，通讯作者将会提供本次研究中所创建和/或分析的数据集。利益冲突声明作者们声明不存在任何利益冲突。参与同意声明无需特别声明。伦理审批说明本实验是按照国际体外、体内及人类研究协会的伦理准则进行的。未引用参考文献de等人，2023年；Hattori等人，2017年；Kim和Park，2019年；Mahomoodally等人，2022年；Mirijello和Tosoni，2020年。资金支持情况无资金支持。利益冲突声明作者们再次声明不存在任何利益冲突。