蚕豆种皮提取物绿色合成银纳米颗粒及其对人急性T细胞白血病的细胞毒性作用研究

本研究针对白血病治疗中传统疗法副作用大及易产生耐药性等问题，开展了基于蚕豆种皮提取物绿色合成银纳米颗粒（AgNPs）及其抗白血病活性的研究。通过多尺度表征证实成功合成出高稳定性、小尺寸（23.14±0.20 nm）的球形AgNPs，细胞实验显示其对Jurkat细胞具有剂量依赖性细胞毒性（IC50=2.27 mg/mL），能显著诱导细胞凋亡和G1期阻滞。该研究为白血病治疗提供了一种环保、高效的纳米药物开发新策略。

　　

白血病作为全球第十大癌症相关死亡原因，2022年新增病例达48.7万例，传统化疗、放疗等手段虽有一定疗效，但存在严重副作用和药物耐药性问题。面对这一治疗困境，纳米技术为白血病治疗带来了新希望。其中，银纳米颗粒（AgNPs）因其独特的细胞毒性特性，在癌症治疗领域展现出巨大潜力。然而，传统化学合成方法使用的有毒还原剂和封端剂可能对人类和环境造成危害，这促使研究人员转向绿色合成方法——利用植物提取物中的生物活性成分同时实现金属离子还原和纳米颗粒稳定化。

蚕豆（Vicia faba L.）作为全球第四大冷季豆类作物，其种皮富含多酚类化合物，这些化合物已被证明具有抗癌活性。但种皮通常在食用过程中被丢弃，未能充分利用其生物活性价值。来自墨西哥自治州立大学的Elizabeth Martinez-Becerril研究团队在《Scientific Reports》上发表了一项创新研究，他们利用蚕豆种皮水提取物成功合成了银纳米颗粒，并系统评估了其对人类急性T细胞白血病细胞的抗癌活性。

研究采用的主要技术方法包括：以蚕豆种皮水提取物为生物还原剂通过一步法合成AgNPs；利用UV-Vis光谱监测表面等离子共振效应；通过透射电镜（TEM）和动态光散射（DLS）分析纳米颗粒形貌和尺寸分布；采用X射线衍射（XRD）鉴定晶体结构；使用傅里叶变换红外光谱（FTIR）表征功能基团；通过细胞活力检测、Annexin V-FITC凋亡检测和细胞周期分析评估体外抗癌活性。

UV-Vis分析结果

研究人员通过紫外-可见光谱监测纳米颗粒合成过程，观察到反应液颜色从浅黄色变为黄棕色，最终呈现胶体棕色，这表明银离子（Ag⁺）成功还原为银纳米颗粒（Ag⁰）。光谱分析显示在430 nm处出现明显的表面等离子共振（SPR）吸收峰，位于纳米银的特征波长范围内。随时间推移的光谱变化表明获得了粒径分布较窄的纳米颗粒，这一特性有利于生物医学应用。

颗粒形貌与尺寸特征

透射电镜分析显示，AgNPs呈近似球形且具有多分散性。高分辨电镜图像清晰显示了晶格条纹，晶面间距为2.201 ?，对应于银的(111)晶面。粒径测量表明纳米颗粒尺寸范围在5-40 nm之间，平均尺寸约为16 nm。动态光散射测得的流体动力学尺寸为23.14±0.20 nm，证实了纳米颗粒在溶液中的良好分散性。

X射线衍射分析

XRD衍射图谱证实了AgNPs的晶体性质，出现了对应于金属银(111)、(200)、(220)和(311)晶面的衍射峰。同时还观察到氧化银的衍射峰，这可能源于AgNPs表面涂层或提取物中有机化合物在样品制备过程中形成的氧化物。此外出现的SiO₂特征峰来自样品载玻片。

FTIR光谱分析

通过比较AgNPs和蚕豆种皮提取物的FTIR光谱，发现在3266 cm^-1(O-H伸缩振动，酚类)、2918 cm^-1(C-H伸缩振动，烷烃)、1606 cm^-1(C=C，芳香环振动，黄酮类和氨基酸)等波数处出现明显峰位移。1377 cm^-1处的峰可能归因于烯烃的CH弯曲振动，而1036和825 cm^-1处的峰则归因于芳香胺和脂肪胺的C-N伸缩振动，表明复杂酚类化合物的存在。提取物中1377 cm^-1处峰的消失表明这些官能团参与了纳米颗粒的形成和稳定过程。

体外抗癌效果

细胞活力实验表明，AgNPs和蚕豆种皮提取物对Jurkat细胞均具有剂量依赖性细胞毒性作用。AgNPs在0.375 mg/mL至3 mg/mL浓度范围内，细胞活力从96.59%降至51.49%，而在6 mg/mL浓度下无存活细胞。提取物的IC₅₀为7.22 mg/mL，而AgNPs的IC₅₀为2.27 mg/mL，表明纳米颗粒化显著增强了提取物的细胞毒性效应。与其它植物合成的AgNPs相比，本研究使用的蚕豆种皮AgNPs对Jurkat细胞显示出更高的细胞毒性。

凋亡检测分析

通过Annexin V/碘化丙啶（PI）流式细胞术评估AgNPs诱导的细胞凋亡情况。结果显示，与对照组（95.1%活细胞）相比，AgNPs处理组的活细胞比例显著降低，凋亡和坏死细胞比例随浓度增加而升高。在3 mg/mL浓度下，活细胞比例降至59.7%，坏死细胞比例达11.5%。这表明AgNPs对Jurkat细胞的抗增殖作用主要通过诱导细胞凋亡实现。

细胞周期阻滞效应

细胞周期分析发现，AgNPs处理导致Jurkat细胞出现明显的亚G1期细胞群增加，从对照组的1.7%升至3 mg/mL处理组的35%。同时，G2/M期细胞比例随AgNPs浓度增加而显著降低。亚G1期峰的出现是细胞凋亡的典型特征，源于内切酶激活和DNA从细胞中泄漏。研究表明AgNPs通过协调调控细胞周期检查点和凋亡关键蛋白，如降低细胞周期蛋白D、E和B的表达，激活p53和p21通路，抑制Bcl-2抗凋亡蛋白，从而促进内在凋亡通路激活。

研究结论表明，利用蚕豆种皮提取物绿色合成银纳米颗粒是一种环境友好、高效且经济的方法，所获得的纳米颗粒具有球形形貌、低多分散性和良好的稳定性等理化特性，适合生物医学应用。AgNPs对Jurkat白血病细胞表现出强烈的细胞毒性活性，能够以浓度依赖性方式诱导细胞凋亡和G1期阻滞。这些效应归因于植物提取物生物活性成分与纳米颗粒内在特性的协同作用，为开发替代性和可持续抗癌药物提供了有前景的策略。

该研究的重要意义在于充分利用农业废弃物（蚕豆种皮）开发高附加值抗癌药物，既解决了废弃物处理问题，又降低了纳米药物生产成本。绿色合成方法避免了传统化学合成中有毒试剂的使用，符合可持续发展理念。此外，研究结果为白血病治疗提供了新的纳米药物候选物，特别是针对当前治疗方案中存在的耐药性问题提供了潜在解决方案。这种多学科交叉研究方法为未来开发更多基于天然产物的纳米药物奠定了基础。