Lepidium sativum绿色合成ZnO纳米颗粒与制霉菌素协同抗耐药念珠菌的作用机制及多功能生物医学应用研究

本研究针对耐药真菌病原体（如 Candida albicans）对残疾患者等高危人群的严重威胁，通过 Lepidium sativum 种子提取物绿色合成 ZnO 纳米颗粒（ZnO-NPs），并系统评估其抗真菌、抗氧化和细胞毒性活性。研究发现，所制备的六方纤锌矿结构 ZnO-NPs（平均尺寸 32 nm）对 C. albicans 和 C. tropicalis 具有剂量依赖性抑制效应（MICs 分别为 125 μg/mL 和 62.5 μg/mL），且与制霉菌素（nystatin）联用表现出显著协同作用（FICI 分别为 0.38 和 0.25）。此外，ZnO-NPs 还展现出优异抗氧化能力（IC50: 335.48 μg/mL）和选择性细胞毒性，对肝癌细胞 HUH7（IC50: 145.2 μg/mL）的抑制效果显著高于正常肺成纤维细胞 WI38（IC50: 237.6 μg/mL）。该研究为开发新型纳米佐剂疗法以增强现有抗真菌药物疗效、克服耐药性提供了重要依据。

　　

随着耐药真菌病原体的不断涌现，临床抗感染治疗正面临前所未有的挑战。其中，念珠菌属（Candida）真菌已成为医院感染的重要病原体，尤其对于免疫功能受损的残疾患者，其长期住院、频繁使用广谱抗生素以及各种侵入性医疗设备的使用，都显著增加了念珠菌感染的风险。更为严峻的是，耐药菌株（如氟康唑耐药白色念珠菌）的广泛出现，导致传统抗真菌药物的治疗效果大打折扣，往往造成感染反复发作，病程延长，不仅加重了患者痛苦，也大大增加了医疗系统的负担。在这一背景下，开发新型抗真菌策略，特别是能够增强现有药物疗效、逆转耐药性的方法，已成为当务之急。

近日，一项发表在《Scientific Reports》上的研究为这一领域带来了新的希望。研究人员利用 Lepidium sativum（独行菜）种子提取物成功绿色合成了氧化锌纳米颗粒（ZnO-NPs），并系统评价了其抗真菌活性、抗氧化能力以及细胞毒性效应。尤为重要的是，他们发现这种生物合成的ZnO-NPs与常用抗真菌药物（特别是制霉菌素）联用时，可产生强大的协同效应，显著增强对耐药念珠菌的杀伤作用。

为开展本研究，研究人员主要采用了以下几项关键技术方法：使用L. sativum种子水提物进行ZnO-NPs的绿色合成；通过紫外-可见光谱（UV-Vis）、透射电子显微镜（TEM）、能量色散X射线光谱（EDX）、X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和动态光散射（DLS）等技术对合成的纳米颗粒进行了系统表征；采用标准纸片扩散法和微量肉汤稀释法测定纳米颗粒及其与临床抗真菌药物联用时的抗真菌活性和最低抑菌浓度（MIC）；通过DPPH自由基清除实验评估抗氧化活性；并利用MTT法检测纳米颗粒对肝癌细胞系HUH7和正常肺成纤维细胞WI38的细胞毒性。

绿色合成与表征

研究通过L. sativum种子提取物成功合成了ZnO-NPs，该过程伴随着明显的颜色变化，表明纳米颗粒的形成。UV-Vis光谱显示在530 nm处有一个宽吸收带，对应于纳米颗粒的表面等离子体共振。TEM分析表明，纳米颗粒呈六边形结构，平均尺寸为32 nm。XRD图谱证实纳米颗粒具有六方纤锌矿晶体结构，而EDX分析则检测到锌和氧元素的存在，质量百分比分别为67.23%和32.77%。FTIR光谱进一步揭示了植物提取物中的酚类、酰胺和醇类等官能团在纳米颗粒的还原和封端过程中发挥了关键作用。DLS分析显示纳米颗粒的平均流体动力学直径为245.6 nm，zeta电位为-19.8 mV，表明其具有适中的胶体稳定性。

抗真菌活性

所合成的ZnO-NPs对两种念珠菌（C. albicans 和 C. tropicalis）均表现出剂量依赖性的抑制效应。对C. tropicalis的抑制活性更强，其MIC为62.5 μg/mL，而C. albicans的MIC为125 μg/mL。当ZnO-NPs与临床常用抗真菌药物联用时，表现出显著的协同效应，特别是与制霉菌素联用。针对C. albicans，联合用药的抑菌圈面积增加倍数（IFA）为0.85，分数抑菌浓度指数（FICI）为0.38；针对C. tropicalis，IFA为0.99，FICI为0.25。此外，与氟康唑和特比萘芬联用也表现出一定的协同或相加效应。

抗氧化活性

通过DPPH自由基清除实验评估了ZnO-NPs的抗氧化能力。结果表明，纳米颗粒的抗氧化活性呈浓度依赖性，在50–1600 μg/mL浓度范围内，DPPH清除率从28.14%增加至86.78%。其IC₅₀值为335.48 μg/mL，虽然低于阳性对照抗坏血酸（IC₅₀: 131.03 μg/mL），但仍显示出显著的抗氧化潜力。

细胞毒性 assay

采用MTT法评估了ZnO-NPs对HUH7肝癌细胞和WI38正常肺成纤维细胞的细胞毒性。结果表明，ZnO-NPs对癌细胞的毒性显著高于正常细胞。对HUH7细胞的IC₅₀为145.2 μg/mL，而对WI38细胞的IC₅₀为237.6 μg/mL，选择性指数（SI）约为1.64。这种选择性毒性被认为与癌细胞较高的代谢活性和活性氧（ROS）水平有关，使其对ZnO-NPs诱导的氧化应激更为敏感。

本研究系统验证了绿色合成ZnO-NPs的多功能生物医学应用潜力。研究表明，L. sativum种子提取物可作为有效的还原剂和封端剂，合成出具有明确晶体结构和良好稳定性的ZnO-NPs。这些纳米颗粒不仅自身具有显著的抗真菌和抗氧化活性，更重要的是，它们能够与现有抗真菌药物（如制霉菌素）产生强力协同作用，显著增强抗菌效果，为解决耐药难题提供了新思路。其选择性细胞毒性特征进一步提示了其在抗癌治疗中的潜在应用价值。研究人员在讨论中指出，ZnO-NPs的抗微生物机制可能涉及多种途径，包括活性氧（ROS）的大量产生、细胞膜结构的破坏、锌离子（Zn²⁺）的释放以及细胞内组分（如DNA和蛋白质）的损伤。与制霉菌素的协同效应可能源于该药物破坏了真菌细胞膜完整性，从而促进了ZnO-NPs或Zn²⁺离子的细胞内流，最终导致致命的氧化损伤。该研究为开发新型纳米佐剂疗法奠定了坚实的基础，尤其对于残疾患者等易感人群的耐药念珠菌感染管理具有重要的临床意义。未来研究需进一步探索其体内效力和具体作用机制，并推动其向临床应用的转化。