《Journal of Molecular Structure》：Biogenic MgO Nanoparticles from
Cleome gynandra: Structural Insights and Anti-Aging/Anti-Arthritic Potential
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绿色合成MgO纳米颗粒并评估其抗衰老和抗关节炎活性，采用Cleome gynandra L.叶提取物为生物前驱体，通过XRD、SEM、FTIR和EDX确认纳米颗粒的晶型、形貌及元素组成，发现其具有显著抑制透明质酸酶（IC50=7.17 μg/mL）和稳定红细胞膜（IC50=19.53 μg/mL）的能力，分子对接证实其与衰老（PDB:2PE4）和炎症相关蛋白靶点的相互作用。
拉马昌德兰·普恩戈迪（Ramachandran Poongodi）|哈里什·巴拉吉（Harish Balaji）|卡坎·维贾亚拉克什米（Kakkan Vijayalakshmi）|纳加潘·维杜拉塔（Nagappan Vidhyulatha）|R·曼朱拉（R. Manjula）|卡鲁皮亚·纳加拉杰（Karuppiah Nagaraj）
印度泰米尔纳德邦蒂鲁瓦鲁尔（Thiruvarur）Thiru.Vi.Ka政府文理学院化学系研究生及研究部门，邮编610003
摘要
利用植物提取物进行纳米粒子的绿色合成是一种环保且富含植物化学物质的方法，可用于开发创新的药物材料。在本研究中，从Cleome gynandra L.的叶提取物中制备了氧化镁纳米粒子（MgO NPs）。XRD分析显示生成的氧化镁为纯立方相，平均晶粒尺寸约为37纳米。扫描电子显微镜（SEM）观察发现纳米粒子由纳米级初级晶粒聚集而成。傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析证实了羟基、羰基和Mg-O官能团的存在，证明了植物化学物质在纳米粒子生物封装中的作用；能量色散X射线光谱（EDX）则确认了Mg和O元素的组成。气相色谱-质谱联用（GC-MS）分析鉴定出具有稳定纳米粒子功能的活性成分，包括维生素E。通过透明质酸酶抑制实验评估了MgO NPs的抗衰老潜力，结果表明其抑制效果优于标准品（IC?? = 15.72 μg/mL），达到7.17 μg/mL。以双氯芬酸钠为参考药物，通过检测红细胞膜稳定性评估了其抗关节炎活性，结果显示MgO NPs的IC??值为19.53 μg/mL，表现出良好的膜保护作用。分子对接分析进一步证实了MgO NPs与与衰老（PDB ID: 2PE4）和炎症（PDB ID: IGMY）相关的蛋白质靶点的相互作用。总体而言，这些结果表明，从Cleome gynandra L.中提取的生物合成MgO纳米粒子具有显著的双重抗衰老和抗关节炎功效，这归因于表面结合的植物化学物质的协同作用。
引言
纳米技术开启了当代科学的新纪元，在医学、环境科学、农业和材料工程等多个领域带来了重大进展[32,35,54]。这场科学革命的核心是纳米技术的创新，尤其是金属氧化物纳米粒子（MO-NPs）[23,36,57]。这类纳米粒子具有独特的物理化学性质，如“高表面积与体积比、量子限制效应以及出色的催化、光学和生物活性”[8,21,37,53,38,45,58]。这些特性使其在药物输送系统、抗菌治疗、诊断成像和再生医学等领域具有广泛应用前景。传统上，金属氧化物纳米粒子的制备主要依赖物理和化学方法，涉及高温处理、有毒溶剂和危险还原剂[24,25]，但这些方法往往会产生有毒副产物并影响生物相容性[7,56,56,12]。为解决这些问题，近期研究越来越多地采用绿色合成方法，利用植物提取物、微生物和酶等天然物质作为还原和稳定剂[9,30,50,59]。植物介导的合成方法因其简便性、成本效益以及丰富的植物化学物质（如生物碱、黄酮类、萜类、酚类和苷类）而备受关注[24,39,55]。这些化合物不仅有助于金属离子的还原，还能提升纳米粒子的生物活性[40,41,52]。利用植物提取物制备纳米粒子具有显著优势：纳米粒子通常被植物中的活性化合物包裹，从而赋予其天然的药理特性[39,6,14]。这种功能化处理可增强纳米粒子的稳定性，促进细胞吸收，并降低毒性，使植物来源的MgO纳米粒子成为传感、抗菌、抗氧化和组织再生治疗的理想候选材料[20,27,28,49]。
Cleome gynandra L.（又称蜘蛛草）是一种常见的药用植物，含有大量植物化学物质和多种生物活性成分。研究表明，该植物富含酚类、黄酮类、生物碱和萜类等抗氧化成分，共同发挥强效抗氧化作用[33]。这些抗氧化成分能有效中和活性氧，因此被用于抗衰老产品。氧化应激是细胞和组织衰老的主要原因[22]。此外，Cleome gynandra L.还表现出显著的抗炎和抗关节炎效果，能在实验性关节炎模型中减轻炎症并调节生化及血液学指标[42]。其含有的抑制酶和清除自由基的生物活性成分进一步增强了其作为治疗衰老相关疾病和关节炎药物的潜力[Adhikari等人，2007年]。
氧化镁纳米粒子（MgO NPs）因具有抗氧化、抗炎和酶抑制作用而受到生物医学研究的广泛关注，这些作用与促进衰老和关节炎的分子途径密切相关[51]。氧化应激会加速细胞老化过程中的生物分子损伤，而慢性炎症和炎症介质的积累会破坏软骨、降低关节灵活性[Akhar等人，2024年]。研究表明，MgO纳米粒子能有效清除活性氧并改变促炎信号通路，从而减轻氧化损伤和炎症。当这些纳米粒子由富含植物化学物质的提取物制备时，其表面含有活性化合物，从而提高生物相容性和治疗效果，更适用于针对与衰老和关节炎相关的分子途径。
此外，MgO纳米粒子因其优异的热稳定性、碱性、生物相容性和广泛的抗菌性能而成为当前研究的重点对象[10,34,43,44]。在生物医学领域，MgO纳米粒子在增强抗氧化防御、缓解炎症过程和抑制微生物增殖等方面展现出巨大潜力，为下一代药物和治疗方法的开发提供了基础[17,29,60]。尽管对MgO纳米粒子的研究日益增多，但在治疗与衰老和关节炎相关的慢性及退行性疾病方面的应用仍有限，这些疾病常伴随氧化应激、炎症和结构蛋白的酶促降解。本研究旨在利用富含植物化学物质的Cleome gynandra L.叶提取物开发一种环境友好且生物有效的MgO纳米粒子系统，因为这类纳米粒子表面含有植物来源的活性成分。具体目标包括：(i) 合成并表征生物源MgO纳米粒子；(ii) 通过生物学相关的体外实验评估其抗衰老和抗关节炎效果；(iii) 通过分子对接研究确认其与衰老和炎症相关蛋白质靶点的相互作用。据我们所知，本研究是首次记录使用该植物物种制备MgO纳米粒子的研究，突显了其创新性。此外，还深入探讨了生物合成MgO纳米粒子的抗衰老和抗关节炎作用，这些领域在纳米医学领域尚未得到充分探索。
2025年4月，从印度蒂鲁帕蒂（Tirupati）地区的植物学系收集了新鲜的Cleome gynandra L.叶片，由Madhav Shetty教授（凭证编号：492）鉴定可用于绿色纳米粒子制备[69]。所有使用的化学品均为分析级。六水合硝酸镁（Mg(NO?)?·6H?O）、氢氧化钠（NaOH）和乙醇均购自Sigma-Aldrich（印度），无需进一步纯化。合成过程使用标准实验室设备。
对Cleome gynandra L.叶提取物的GC-MS分析鉴定出多种植物化学物质（图1a），其中许多具有抗衰老和抗关节炎作用。检测到的化合物包括间二甲苯（0.75%，分子量120）、苯（0.44%，分子量120）、十三烷（5.64%，分子量184）、丁氧基乙酸（2.41%，分子量132）、邻苯二甲酸二乙酯（6.65%，分子量222）、正十六烷酸（48.04%，分子量256）和9,12-十八二烯酸（18.11%，分子量280）等。
本研究采用绿色方法成功制备了氧化镁纳米粒子，该方法利用了
Cleome gynandra叶提取物。表征研究表明纳米粒子的形成、结构和纯度均符合预期。
体外实验表明，MgO纳米粒子具有显著的抗衰老效果，其抑制透明质酸酶的IC??值为7.17 μg/mL，优于标准品（IC?? = 15.72 μg/mL）。同时，它们还表现出显著的抗关节炎效果。
监督、原始草稿撰写及项目管理：KV；
方法设计、资源提供及审稿编辑：RP、NV；
概念构思、方法设计及审稿编辑：KN；
数据整理：RM；
验证与可视化：HB。
所有作者均已阅读并同意发表的手稿版本。
数据可应要求提供。
本研究未获得任何资助。
[1,31,48]
拉马昌德兰·普恩戈迪（Ramachandran Poongodi）：撰写、审稿与编辑、资源提供、方法设计；
哈里什·巴拉吉（Harish Balaji）：可视化处理、数据验证；
卡坎·维贾亚拉克什米（Kakkan Vijayalakshmi）：原始草稿撰写、监督、项目管理；
纳加潘·维杜拉塔（Nagappan Vidhyulatha）：审稿与编辑、资源提供、方法设计；
R. 曼朱拉（R. Manjula）：数据整理；
卡鲁皮亚·纳加拉杰（Karuppiah Nagaraj）：审稿与编辑、方法设计、概念构思。
作者声明不存在可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
作者衷心感谢印度泰米尔纳德邦Thanjavur-613 005的Rajah Serfoji政府学院（A）提供的实验设施。同时感谢Saveetha医学院和医院、Saveetha医学与技术科学研究所（SIMATS）（位于Kanchipuram - Chennai Rd, Chennai - 602105）在实验中的支持。
