绿原酸纳米制剂对结直肠癌细胞的生物学效应

《Journal of Drug Delivery Science and Technology》：Biological effects of chlorogenic acid nanoformulations on colorectal cancer cells

纳米喷雾干燥制备的绿原酸负载纳米颗粒在结直肠癌细胞系中显示出显著的抗增殖活性，其中阿拉伯胶基配方（F1和F3）通过促进G2/M期阻滞和S期积累增强疗效，且纳米颗粒的尺寸和膜穿透性对其生物利用度有重要影响。

　　

丹尼尔·托邦-维莱兹（Daniel Tobón-Vélez）| 莫洛丽·图尔宾（Mallorie Tourbin）| 安娜·玛丽亚·塞普尔韦达（Ana María Sepúlveda）| 安娜·玛丽亚·卡斯塔涅达-西富恩特斯（Ana María Casta?eda-Cifuentes）| 克里斯汀·弗朗西斯（Christine Frances）| 约翰娜·佩德罗萨-迪亚兹（Johanna Pedroza-Díaz）

图卢兹大学化学工程实验室，法国国家科学研究中心（CNRS），图卢兹国立理工学院（INPT），图卢兹，法国

摘要

本研究探讨了通过纳米喷雾干燥法对绿原酸（CGA）进行纳米包封作为一种保护性生物活性递送策略。本研究旨在开发负载绿原酸的纳米颗粒（NPs），以用于结直肠癌（CRC）的治疗，实验采用了SW480和HT-29细胞系。共制备了八种配方，使用了生物聚合物——麦芽糊精（MD）、阿拉伯胶（AG）、淀粉（S）、羧甲基纤维素（CMC）和羟丙基甲基纤维素（HPMC）以及表面活性剂聚山梨酯80（PS80）。这些配方通过纳米喷雾干燥技术转化为细粉，并通过物理化学方法进行了全面表征。体外实验中，使用MTT方法检测了不同浓度（0至400 μM）的CGA的细胞毒性和增殖效应。此外，还对用F1（MD:CGA, 2:1）和F3（AG:CGA, 2:1）配方处理的HT-29细胞进行了细胞周期分析。基于MD、AG和S的配方产生了平均直径约为360纳米的球形、光滑颗粒，而基于CMC和HPMC的配方产生的颗粒较小，直径约为251纳米，这可能是由于聚合物浓度较低所致。未负载CGA的纳米颗粒在SW480和HT-29 CRC细胞系中表现出较低的细胞毒性，证实了其生物相容性。相比之下，负载CGA的配方显著降低了细胞活力和增殖能力，尤其是在HT-29细胞中。细胞周期分析显示，F1配方使S期细胞比例略有增加，而F3配方导致G2/M期细胞停滞。在所有配方中，含有AG的配方在CRC细胞中表现出更强的抗癌活性。这种效应更倾向于细胞抑制作用而非细胞凋亡，为进一步研究提供了方向。

引言

癌症是全球死亡率最高的非传染性疾病之一（Tavolaro等人，2019年）。根据全球癌症观察组织的数据，结直肠癌（CRC）是最常见的癌症之一，在发病率和死亡率方面分别位列第三和第四（WHO，2025年）。散发性CRC占所有病例的75-80%，与饮食、生活方式、饮酒、久坐行为、肥胖和烟草使用等可改变的风险因素有关。不可改变的风险因素，如年龄和遗传倾向，占病例的20-25%（Leowattana等人，2023年）。

治疗主要依赖于外科手术和系统性疗法，如化疗。然而，在疾病晚期，这些方法的效果较差，因为分子变化会促进肿瘤逃逸和耐药性的产生。此外，肿瘤的位置也会影响生存率和复发风险（Blondy等人，2020年；Kuipers等人，2016年）。已经探索了多种策略来改进现有疗法，例如联合使用多种化疗药物、靶向治疗和免疫疗法。尽管如此，这些治疗带来的毒性和其他副作用仍然是需要解决的问题（Ahmad等人，2021年）。

酚类化合物是具有高生物活性的植物次级代谢产物。研究表明，摄入酚类化合物可以提高生活质量，因此它们作为癌症治疗的辅助手段具有很大潜力（Seca & Pinto，2018年）。绿原酸（CGA）是自然界中最丰富的酚类化合物之一，也是咖啡的主要成分，它是咖啡酸和奎宁酸的酯类。先前的研究已经证明了其抗癌特性及其调节CRC进展相关信号通路的能力（Hayakawa等人，2020年；Villota等人，2022年）。

然而，许多研究指出CGA的吸收存在问题。只有大约三分之一的摄入化合物能在小肠中完整吸收，其余部分会被酯酶水解为咖啡酸和奎宁酸（Olthof等人，2001年）。流行病学研究表明，尿液中排出的CGA量与吸收量存在显著差异。此外，由于CGA的高极性和多个羟基，其膜通透性较差，限制了被动扩散。其低亲脂性也限制了跨脂质双层的细胞转运，这解释了为什么在体外治疗中需要高剂量（Rein等人，2013年；Bu?dak等人，2018年）。

为了解决这些问题，纳米包封被认为是一种提高天然产物生物利用度和吸收率的策略。针对姜黄素、槲皮素等多酚类化合物的研究表明，这种方法可以增强癌症治疗效果（Rahaiee等人，2020年；Zare等人，2020年；Kim等人，2021年；Zhang等人，2022年；Pourmadadi等人，2024年；Pourmadadi等人，2025年）。因此，本研究旨在探讨不同纳米包封CGA配方在体外 CRC模型中的治疗效果。

有多种技术可用于纳米级包封，生成的颗粒直径在10至1000纳米之间（Ezhilarasi等人，2013年）。喷雾干燥是一种高效的包封技术，能够一步将溶液、乳液和悬浮液转化为固体颗粒。纳米喷雾干燥技术相比传统喷雾干燥工艺能产生更小的颗粒，从而提高生物活性成分和药物的生物利用度（Arpagaus等人，2018年）。

材料

未负载和负载绿原酸的纳米颗粒（NPs）的制备：麦芽糊精（MD）、阿拉伯胶（AG）、淀粉（S）、羧甲基纤维素（CMC）、羟丙基甲基纤维素（HPMC）、聚山梨酯80（PS80）以及95%纯度的绿原酸（CGA）均从Sigma-Aldrich（法国）购买。

释放动力学：磷酸盐缓冲盐水（PBS，pH 7.4）的配制方法是将80克氯化钠、2克氯化钾、17.8克磷酸钠和2.4克磷酸二钾加入蒸馏水中混合得到

纳米颗粒的物理化学表征

未负载和负载绿原酸的纳米颗粒来自不同的原料配方，其壁材及其比例各不相同，详见表1。

讨论

与游离绿原酸相比，负载绿原酸的纳米颗粒（F1-F3配方）表现出显著的抗癌活性增强。有趣的是，这种增强效应不仅限于含有阿拉伯胶（F2和F3）的配方。观察到的效果可能归因于颗粒的小尺寸，这提高了生物利用度并促进了细胞摄取。

结论

结果表明，特别是F1-F3配方中的CGA纳米包封显著增强了其在CRC细胞中的抗增殖作用。虽然经典的细胞凋亡途径似乎不是主要机制，但细胞周期分析显示出了与细胞抑制效应一致的趋势，包括F1配方中S期细胞比例略有增加，G1期细胞比例下降，以及F3配方中G2/M期细胞停滞。

CRediT作者贡献声明

约翰娜·佩德罗萨-迪亚兹（Johanna Pedroza-Díaz）：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，可视化，监督。克里斯汀·弗朗西斯（Christine Frances）：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，监督。莫洛丽·图尔宾（Mallorie Tourbin）：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，监督，项目管理，概念构思。丹尼尔·托邦-维莱兹（Daniel Tobón-Vélez）：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，可视化，研究，概念构思。安娜·玛丽亚·卡斯塔涅达-西富恩特斯（Ana María Casta?eda-Cifuentes）：研究。

未引用参考文献

国际标准化组织（International Organization for Standardization），2009年。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

数据获取

数据可应要求提供。

资金支持

本研究由哥伦比亚科技创新部通过“Doctorado en el Exterior”项目（授权号885）资助，该项目由Colfuturo管理。作者还感谢图卢兹国立理工学院（Toulouse INP）和化学工程实验室（LGC）对研究人员在哥伦比亚期间的支持，这使得本研究得以顺利进行。

利益冲突声明

? 作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

不适用。