黄连碳点纳米酶通过调控肠道微环境缓解结肠炎的药理机制与催化机理研究

（编辑推荐）本研究创新性地以黄连(Coptis chinensis)为前驱体制备碳点纳米酶(CCzymes)，通过保留药材活性基团赋予其超氧化物歧化酶(SOD)样活性和·OH清除能力，同时继承黄连调控巨噬细胞极化、抑制Kit受体酪氨酸激酶表达的药理特性，实现对抗溃疡性结肠炎(UC)的多靶点治疗。该研究为开发兼具催化活性和中药特性的"草本纳米酶"(herbzymes)提供了新范式。

　　

1 引言

溃疡性结肠炎(UC)作为慢性肠道炎症性疾病，其发病机制涉及活性氧(ROS)爆发、肠道屏障损伤及菌群失调。传统中药黄连(Coptis chinensis)虽具有抗炎活性，但水溶性差限制其应用。本研究创新性地将黄连碳化为尺寸约2.5 nm的碳点纳米酶(CCzymes)，通过保留药材中的环醚键等活性结构，使其兼具抗氧化酶活性和原始药理特性。

2 结果

2.1 CCzymes的合成与表征

透射电镜显示CCzymes呈均匀球形，X射线光电子能谱(XPS)证实其表面富含羰基(C=O)和羟基(-OH)。核磁共振氢谱(¹H NMR)检测到黄连活性成分小檗碱的特征峰，证实前体药效基团的成功保留。

2.2 催化机制解析

密度泛函理论(DFT)计算揭示：CCzymes表面共轭π体系的羰基作为活性位点，通过自发放热反应(ΔE: -0.95 eV)清除·OH；在SOD样催化循环中，通过七步反应将·O₂^-转化为O₂和H₂O₂，电荷密度分析显示催化过程中存在显著电子转移。

2.3 体外抗炎效应

CCzymes可靶向线粒体（共定位系数0.96），使H₂O₂诱导的ROS水平降低80%。通过下调CD86表达使M1型巨噬细胞比例减少，同时使促炎因子TNF-α、IL-6 mRNA表达恢复基线水平。

2.4 转录组学分析

RNA测序发现CCzymes显著抑制Kit基因表达，进而阻断MAPK/PI3K-Akt通路激活。差异基因富集分析显示JAK-STAT和HIF-1通路关键基因Stat4、Nos2下调，这与巨噬细胞表型调控实验相互印证。

2.5 体内治疗效果

在DSS诱导的急慢性UC模型中，10 mg/kg CCzymes治疗组结肠长度恢复至5.3±0.3 cm（模型组3.96±0.28 cm），紧密连接蛋白ZO-1表达量提升3倍。流式细胞术显示中性粒细胞(CD11b⁺Ly6G⁺)浸润减少，M2型巨噬细胞(CD206⁺)比例显著增加。

2.8 菌群-代谢物调控

16S rRNA测序显示CCzymes特异性增加疣微菌门(Verrucomicrobiota)丰度，使有益菌Akkermansia含量提升5倍。代谢组学分析发现胆汁酸衍生物和吲哚代谢物水平显著回升，而促炎因子溶血磷脂酰胆碱(LPC)下降60%。

3 讨论

本研究突破传统纳米酶设计思路，首创"草本纳米酶"概念。CCzymes通过三重机制协同治疗UC：

1）酶催化机制：羰基介导的ROS清除

2）药理机制：Kit/PI3K-Akt通路抑制

3）微环境重塑：菌群-代谢物-免疫网络调控

4 结论

该研究为基于中药活性成分设计疾病特异性纳米酶提供范例，CCzymes在保留黄连原始药效基础上，通过碳化增强的抗氧化活性和多靶点调控特性，展现出优于原药材的治疗效果，为炎症性疾病治疗提供新策略。