迷迭香介导绿色合成银纳米颗粒的多功能生物医学应用：抗氧化、抗糖尿病、抗癌及抗菌活性研究

《Scientific Reports》：Eco-friendly synthesis of silver nanoparticles: multifaceted antioxidant, antidiabetic, anticancer, and antimicrobial activities

本研究针对抗生素耐药菌、糖尿病和癌症等全球健康威胁，采用迷迭香水提物绿色合成银纳米颗粒(Ag-NPs)，系统评估其多重生物活性。研究发现所制备的Ag-NPs具有球形、结晶性好、平均尺寸60.5 nm等特点，对标准菌株和多重耐药菌均表现出显著抗菌活性（抑菌圈11.7-29.7 mm），抗氧化EC50为7.81 μg mL-1，对α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制率分别达85.5%和82.6%，并对MDA和PANC-1癌细胞表现出选择性细胞毒性。该研究为开发新型多功能纳米材料提供了新策略。

　　

在全球健康领域，抗生素耐药性细菌、糖尿病和癌症正成为日益严峻的挑战。据世界卫生组织数据，2019年因抗生素耐药性细菌感染导致的死亡人数高达362万至657万，而癌症每年导致约1000万人死亡，成为第二大死因。传统治疗方法面临诸多局限，抗生素的滥用导致"最后防线"药物效力减弱，而化疗和放疗则给患者带来严重身心痛苦。面对这一困境，纳米技术为开发新型治疗策略提供了新思路。

纳米材料因其独特的物理化学性质在生物医学领域展现出巨大潜力，其中银纳米颗粒(Ag-NPs)因其优异的抗菌、抗氧化和抗癌特性备受关注。然而，传统的物理化学合成方法常使用有毒试剂，限制了其生物医学应用。绿色合成技术利用植物提取物作为还原剂和稳定剂，具有成本低、环境友好、生物相容性好等优势。迷迭香(Rosmarinus officinalis L.)作为一种传统药用植物，富含多种生物活性成分，是制备银纳米颗粒的理想选择。

尽管已有研究利用迷迭香提取物合成银纳米颗粒，但多数仅关注单一生物活性。埃及Port Said大学和Al-Azhar大学的研究团队在《Scientific Reports》上发表的最新研究，首次系统评估了迷迭香介导合成的银纳米颗粒的多功能生物活性，包括对抗多重耐药菌的抗菌活性、抗氧化、抗糖尿病和抗癌作用，为开发新型多功能纳米药物提供了重要依据。

研究采用的主要技术方法包括：利用迷迭香叶水提物绿色合成Ag-NPs，并通过紫外-可见光谱(UV-Vis)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、热重分析(TGA)、动态光散射(DLS)和Zeta电位等进行系统表征。生物活性评估涵盖抗菌实验（针对标准菌株和临床分离的多重耐药菌）、抗氧化(DPPH法)、抗糖尿病（α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制）和抗癌活性（MTT法检测正常细胞和癌细胞毒性）。

优化Ag-NPs合成条件

研究团队首先通过气相色谱-质谱联用(GC-MS)分析了迷迭香水提物的化学成分，发现含有桉叶油醇、冰片、迷迭香酸等多种活性成分，这些成分在纳米颗粒合成中既作为还原剂也作为封端剂。通过系统优化合成条件，确定最佳参数为：AgNO₃浓度1 mM、pH 9、植物提取物与水的比例9:1、接触时间3小时、孵育温度35°C。在此条件下，Ag-NPs的合成效率最高，紫外-可见光谱在425 nm处显示典型的表面等离子体共振(SPR)吸收峰。

Ag-NPs表征

FT-IR分析显示，迷迭香提取物中的羟基、羰基和胺基等官能团成功参与了Ag⁺的还原过程，并在纳米颗粒表面形成保护层。XRD图谱显示Ag-NPs为面心立方晶体结构，在2θ为38.28°、44.45°、64.39°和77.27°处出现明显的衍射峰，分别对应(111)、(200)、(220)和(311)晶面。通过Scherrer公式计算平均晶粒尺寸为32 nm。

TEM和SEM分析表明，合成的Ag-NPs呈球形、分散均匀，无团聚现象，尺寸范围为20-90 nm，平均尺寸为60.5±1.38 nm。EDX分析证实银元素的存在，重量百分比为36.3%。DLS显示流体力学位径为93.0 nm，多分散指数(PDI)为0.311，表明颗粒在溶液中分布均匀。Zeta电位为-22.6 mV，说明纳米颗粒在溶液中稳定性良好。TGA分析显示Ag-NPs具有良好的热稳定性，在900°C范围内重量损失主要来自表面水分蒸发和植物涂层分解。

抗菌活性

Ag-NPs对革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌）和革兰氏阴性菌（铜绿假单胞菌、大肠杆菌）均表现出浓度依赖性抗菌活性。在300 μg mL^-1浓度下，对标准菌株的抑菌圈直径达19.3-23.3 mm，效果优于庆大霉素阳性对照（15.3-19.7 mm）。尤其值得注意的是，Ag-NPs对临床分离的多重耐药菌株也表现出显著活性，包括产超广谱β-内酰胺酶(ESBL)的大肠杆菌和广泛耐药(XDR)的肺炎克雷伯菌，最小抑菌浓度(MIC)为25-50 μg mL^-1。

抗菌机制可能包括：破坏细胞膜完整性、产生活性氧(ROS)、释放Ag⁺离子干扰DNA复制和蛋白质功能等。较小的颗粒尺寸（平均60.5 nm）赋予其较大的比表面积，增强了与细菌细胞的相互作用，这对克服多重耐药性尤为重要。

抗糖尿病活性

Ag-NPs对两种关键碳水化合物消化酶（α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶）均表现出显著抑制能力。在1000 μg mL^-1浓度下，对α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的抑制率分别为85.5%和82.6%，与阿卡波糖阳性对照（97.5%和96.3%）相当。抑制活性呈浓度依赖性，α-葡萄糖苷酶（IC₅₀ = 7.4 μg mL^-1）比α-淀粉酶（IC₅₀ = 139.5 μg mL^-1）更为敏感，这可能与酶分子结构和作用机制差异有关。

抗糖尿病机制可能涉及多个方面：Ag-NPs及其植物涂层成分可增强胰岛素受体底物的磷酸化，改善葡萄糖吸收；通过抗氧化作用减轻氧化应激；保护胰腺β细胞功能；上调GLUT4表达促进葡萄糖摄取等。

抗氧化活性

DPPH自由基清除实验显示，Ag-NPs具有显著的浓度依赖性抗氧化活性。在1000 μg mL^-1浓度下，清除率达94.1%，与抗坏血酸阳性对照（95.6%）无显著差异。EC₅₀值为7.81 μg mL^-1，接近抗坏血酸的3.27 μg mL^-1，表明其具有优异的自由基清除能力。这种强抗氧化活性归因于Ag-NPs本身清除自由基的能力以及迷迭香提取物中多酚类化合物的协同作用。

抗癌活性

MTT实验显示，Ag-NPs对癌细胞（MDA乳腺癌细胞和PANC-1胰腺癌细胞）表现出选择性细胞毒性，且呈浓度依赖性。在250 μg mL^-1浓度下，癌细胞存活率显著降低至12.7-13.3%，而正常细胞（Wi38肺成纤维细胞和Vero肾上皮细胞）存活率分别为29.7%和35.4%。计算得到的IC₅₀值显示，Ag-NPs对癌细胞的毒性（115.3-177.2 μg mL^-1）显著高于正常细胞（207.4-233.0 μg mL^-1），表明其具有良好的选择性。

倒置显微镜观察显示，Ag-NPs处理的癌细胞出现皱缩、变圆、颗粒性增加等典型凋亡形态变化，而正常细胞变化较小。抗癌机制可能涉及ROS生成、线粒体功能障碍、DNA损伤和 caspase激活等途径。

-1浓度处理后的形态变化。"1"Wi38（正常人肺成纤维细胞），"2"Vero（正常猴肾上皮细胞），"3"PANC-1（人胰腺癌），"4"MDA（人乳腺癌）'>

本研究成功建立了一种环保、高效的迷迭香介导Ag-NPs绿色合成方法，系统表征了其物理化学性质，并全面评估了其多重生物医学活性。研究结果表明，所制备的Ag-NPs具有优异的抗菌（特别是对多重耐药菌）、抗氧化、抗糖尿病和选择性抗癌活性。其多功能特性主要归因于较小的颗粒尺寸、均匀的球形形态、负表面电荷带来的良好稳定性，以及迷迭香生物活性成分的协同作用。

该研究的创新点在于首次全面评估迷迭香介导合成Ag-NPs的多功能生物活性，特别是对临床分离多重耐药菌株的显著抑制效果，以及对α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶的双重抑制能力。研究还证实了Ag-NPs对癌细胞的选择性毒性，为开发高效低毒的纳米药物提供了实验依据。

未来研究方向包括深入探讨Ag-NPs的作用分子机制，开展与常规抗生素的协同效应研究，进行体内实验验证，以及开发针对特定癌细胞的靶向纳米药物递送系统。此外，将Ag-NPs与生物聚合物结合用于伤口愈合应用也具有广阔前景。

迷迭香介导绿色合成的银纳米颗粒作为一种多功能纳米材料，在应对抗生素耐药性、糖尿病和癌症等全球健康挑战方面展现出巨大应用潜力，为开发新型治疗策略提供了新思路。