植物化学封端驱动的绿色生物源性金属/金属氧化物纳米颗粒：面向黑色素瘤的多机制抗肿瘤与刺激响应递送

《Pharmaceutics》：From Nature to Nanomedicine: Green Nanobased Innovations for Melanoma Therapy

　　

皮肤黑色素瘤（cutaneous melanoma）是一种侵袭性恶性肿瘤，常规治疗常受获得性耐药（acquired resistance）、全身毒性（systemic toxicity）及皮肤穿透不足（insufficient dermal penetration）限制。为克服上述治疗局限，绿色纳米医学（green nanomedicine）已成为有前景的替代策略，其利用植物提取物等生物系统可持续合成具有生物活性的金属及金属氧化物纳米颗粒（nanoparticles, NPs），包括银纳米颗粒（AgNPs）、金纳米颗粒（AuNPs）、氧化锌纳米颗粒（ZnONPs）、二氧化铈纳米颗粒（CeO₂NPs）和铜纳米颗粒（CuNPs）。这些生物源性纳米平台（biogenic nanoplatforms）的植物化学封端（phytochemical capping）可增强生物相容性，并赋予多种抗肿瘤机制，包括靶向氧化应激（targeted oxidative stress）、代谢干扰（metabolic disruption）和光热消融（photothermal ablation）。将这些细胞水平效应转化为临床疗效，需要克服重要生理屏障，尤其是角质层（stratum corneum）。因此，研究日益聚焦于将上述生物活性金属核心整合入先进的刺激响应型递送载体（stimuli-responsive delivery vehicles），例如用于提高载荷保留的聚合物支架（polymeric scaffolds）和用于改善透皮穿透的固体脂质纳米颗粒（solid lipid nanoparticles, SLNs）。尽管分层生物纳米复合物（hierarchical bio-nanocomposites）为克服肿瘤耐药提供了有前景的途径，但其成功临床转化仍需要标准化大规模合成（standardized large-scale synthesis）和全面的体内（in vivo）评价，以弥合临床前研究与靶向精准治疗（targeted precision therapy）之间的差距。

1. Introduction
该部分指出皮肤黑色素瘤（cutaneous melanoma）是侵袭性最强的皮肤癌，虽仅占皮肤癌病例约5%，却造成近80%的皮肤癌相关死亡；其发生与紫外线（UV）暴露、遗传易感及NRAS、BRAF、CDKN2A、MC1R等基因突变相关。局部病变以手术切除为主，晚期或不可切除病变依赖BRAF/MEK抑制剂和免疫检查点抑制剂（ICIs），但存在获得性耐药、免疫相关不良事件（irAEs）、活性氧（ROS）失衡及肿瘤微环境（TME）免疫抑制等问题。局部咪喹莫特（imiquimod）受皮肤穿透不足和局部炎症限制。纳米技术可通过靶向递送、控释、改善溶解性与穿透性、降低脱靶暴露，并借助光热和氧化应激介导细胞毒作用实现多模式治疗；绿色合成利用植物、藻类或微生物来源还原和稳定金属及金属氧化物纳米颗粒（NPs），提高可持续性和生物相容性。该综述聚焦生物源性合成如何影响NPs理化性质与抗肿瘤选择性，以及先进纳米载体如何改善递送、靶向和治疗功能。
Scope and Literature Search Approach
该部分说明文献检索在Scopus和SpringerLink中进行，检索2015年至2025年8月文献，关键词包括“melanoma”“green synthesis”“metal nanoparticles”及多种“nanoformulations”，初检282条，经学科过滤和题目摘要筛选后纳入69篇；随后更新至2026年8月，新增14篇，最终纳入83篇。研究按实验模型分类：黑色素瘤细胞系或荷黑色素瘤动物模型视为直接黑色素瘤证据；A431人表皮样癌细胞系仅作为互补性皮肤癌证据，用于纳米颗粒合成、皮肤相容性、局部递送或一般抗癌机制信息，但不解释为直接抗黑色素瘤疗效证据。
2. Green Synthesis: A Sustainable Source of Bioactive Nanomaterials
绿色或生物源性合成利用植物提取物、微生物、藻类及其生物分子作为还原剂和稳定剂，避免传统物理化学方法中有毒溶剂、强还原剂、高能耗及有害残留，提高所制NPs的生物相容性并降低非特异毒性。文中引用的比较研究提示，生物源性Ag/ZnO纳米复合物对A375黑色素瘤细胞的细胞毒性高于正常人真皮成纤维细胞，支持绿色合成在治疗窗和选择性方面的潜在优势。
2.1. Biogenic Synthesis Methodologies
植物提取物介导合成是主要方法：制备叶、果或根水提物，与硝酸银或金氯酸等金属盐前体混合，在温度、pH和搅拌受控条件下由植物化学物介导金属离子还原、成核和颗粒生长，生物分子吸附形成封端并维持胶体稳定；颜色变化常作为反应指示。近年还出现激光辅助光解、超声辅助制备核壳结构及醇提物替代水提物以改变表面生物分子谱和细胞毒性。提取物和前体浓度、pH、温度、反应时间及搅拌均影响粒径、形貌、分散性和表面性质，需控制以减少批次差异。微生物介导合成可经胞外分泌酶或膜组分还原，也可经胞内内化和代谢转化；Pseudomonas、Bacillus、Aspergillus、Escherichia coli等均可合成NPs，生物膜可作为纳米反应器。
2.2. Formation Mechanism
植物基生物合成金属NPs包括三步：活化阶段，多酚、黄酮、蛋白质等氧化还原活性生物分子通过供电子或配位还原金属前体，形成簇和初始核；生长阶段，金属物种添加、较小核聚并或聚集使颗粒生长，成核与生长速率及前体浓度、pH、温度和提取物组成共同决定粒径、分布和形貌；最终阶段，提取物中蛋白质和多糖等吸附于NP表面形成生物活性帽，稳定颗粒、抑制聚集并赋予生物学性质。
2.3. Methods for Characterizing Nanoparticles
NPs用于生物医学需依次进行理化表征、体外生物活性和临床前体内验证。紫外-可见光谱（UV-Vis）检测表面等离子体共振（SPR）以确认合成并初步判断粒径形貌；TEM和SEM观察形貌、尺寸、分布和聚集；EDX/EDS分析元素组成，XRD评估晶型；DLS测定流体力学尺寸和多分散指数（PDI），Zeta电位评估胶体稳定性，FTIR确认植物来源封端官能团，Raman和XPS补充表面化学与氧化态信息；复合载体还可采用TGA/DSC和力学测试。DLS与TEM/SEM结果差异源于流体力学直径与金属核心物理直径不同；DLS对非球形颗粒的球形假设、TEM局部取样、EDX背景干扰及生物源表面有机相导致XRD额外峰均需正交验证，并应按MIRIBEL等框架报告实验条件。体外评估常用MTT法计算IC₅₀，并在黑色素瘤细胞、A431及非肿瘤细胞中比较选择性；金属NPs和植物色素可能干扰MTT，需用resazurin等佐证，LDH释放也可能受AgNPs干扰。机制评估包括ROS、Annexin V流式、Western blot、细胞摄取和释放曲线；铜基体系需检测FDX1相关蛋白脂酰化、DLAT聚集和Fe-S簇 destabilization以区分cuproptosis。溶血实验评估系统相容性；HET-CAM用于血管相互作用，动物模型评估B16-F10肿瘤生长抑制、组织学、生物分布、器官毒性和遗传毒性。
3. Biogenic Nanoparticle Agents for Melanoma Therapy
该部分将证据归为AgNPs、AuNPs及新兴NP系统的机制特异性，强调绿色纳米技术已从金属还原扩展到治疗工程平台。
3.1. Silver Nanoparticles (AgNPs)
生物合成AgNPs研究最多，还原剂来源影响理化性质和疗效。Padina tetrastromatica来源AgNPs在B16-F10中IC₅₀为3.29 μg/mL，并经p53激活诱导体内肿瘤退缩；Panax ginseng浆果来源AgNPs需114.8 μg/mL。Annona muricata果皮来源AgNPs（IC₅₀ 2.94 μg/mL）强于叶来源（8.40 μg/mL），与乙酰精宁封端增强线粒体损伤有关；酸性pH可提高Capparis moonii果实来源AgNPs的细胞毒性，提示表面电荷与粒径同样重要。Laurus nobilis来源AgNPs可选择性降低A375中CDK4、HMGB1并恢复Krebs循环代谢，同时保持HaCaT活性；其植物化学有机涂层促进在较软肿瘤细胞中的差异内化。ROS诱导是主要死亡机制，Ag⁺在酸性溶酶体释放触发氧化应激；Ag-MnO₂双金属复合物及岩藻多糖/β-谷甾醇介导并复合壳聚糖的AgNPs可增强A375细胞毒性。AgNPs还可嵌入介孔二氧化硅/PCL/gelatin纳米纤维用于感染性癌性创面，制备皮肤相容纳米凝胶，或作为H₂O₂比色传感器用于诊疗监测。
3.2. Gold Nanoparticles (AuNPs)
生物源性AuNPs因生物相容性和表面功能化能力被视为先进平台。葡萄糖包覆AuNPs利用Warburg效应和GLUT1/3过表达，经网格蛋白和动力蛋白介导内吞实现A375优先摄取。绿茶提取物介导的自组装金纳米簇负载多柔比星（Au-GT-DOX）中，茶多酚既还原又锚定药物，酸性肿瘤间质触发释放，联合金的光热转换在体内实现90%肿瘤抑制。Escherichia coli生物质合成AuNPs与5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）偶联后，在卤素照射下使细胞内ROS增加两倍，支持SPR增强光动力治疗（PDT）。绿茶、柠檬草和单宁酸来源AuNPs较柠檬酸盐化学还原颗粒显示更强剂量依赖性细胞毒性；Tasmannia lanceolata来源7.1 nm AuNPs对MM418-C1具抑制作用，可能与表面多酚抗氧化和供电子性质有关。AuNPs还可嵌入PVA纳米纤维用于透皮递送，蜗牛黏液来源AuNPs显示抗炎（IL-6、IL-8降低）和光保护（SPF 5.9）作用，人参来源AuNPs用于细胞活力、黑色素生成及美容相关活性研究。
3.3. Metal Oxide Nanoparticles (ZnO, FeO_x, TiO₂, RuO₂)
金属氧化物疗效取决于元素组成和反应性表面。Pistia stratiotes微波辅助合成“花”和“叶”形ZnONPs平均35 nm，可穿透生物膜并产ROS，对SK-MEL-28的IC₅₀为51.05 μg/mL；Alpinia calcarata根茎来源ZnONPs表面中性羟基促进对A431的选择性黏附并诱导凋亡和坏死；Pistacia atlantica介导Ag/ZnO纳米复合物平均18.1 nm，对A375的IC₅₀为22.3 μg/mL，优于正常人真皮成纤维细胞（48.79 μg/mL）。Ceratopteris thalictroides来源棕榈酸功能化TiO₂NPs在A431中IC₅₀为45.0 μg/mL，100 μg/mL时HaCaT存活率91.4%，伴ROS升高和S/G2/M期阻滞；Aloe vera介导TiO₂NPs嵌入载姜黄素PCL/壳聚糖电纺纤维后，联合NIR光热使B16-F10活力降至41.6±0.6%。生物源FeO_xNPs主要为氧化铁而非元素铁，FTIR显示487–903 cm^?1金属-氧振动且EDX显示高氧含量；磁性氧化铁结构可响应外磁场用于磁热治疗。Leptadenia pyrotechnica醇提物制备的LFeC在A431中IC₅₀为263.56 μg/mL，优于同研究ZnONPs；氧化铁可催化Fenton型反应将H₂O₂转化为^•OH，但其直接参与和ferroptosis尚待证实。Causonis trifolia来源四方RuO₂NPs（48 nm）纯度73%，DPPH清除IC₅₀为115.58±0.232 μg/mL，对A431的IC₅₀为267.10 μg/mL，诱导凋亡而对Vero低毒。
3.4. Transition Metals and Chalcogens (Cu, Se, Te)
Quisqualis indica花提取物合成CuNPs为球形、单分散、晶态，平均39.3 nm；在B16-F10中耗竭还原型谷胱甘肽（GSH）、促进LDH漏出并造成膜损伤，瘤内给药2 mg/kg使小鼠肿瘤重量由6.75 g降至0.9 g，但生物源CuNPs能否诱导cuproptosis仍需特异标志物证实。微波辅助辣椒提取物合成SeNPs和TeNPs显示元素特异性：TeNPs对耐药菌MIC低于2 μg/mL，抗菌强；Jalape?o-SeNPs（79.2 nm）在健康真皮成纤维细胞中相容性优于黑色素瘤细胞。其细胞毒和抗菌作用与剂量依赖性ROS过产、胞质硫醇氧化、酶失活和膜脂质过氧化相关。文中同时指出，多数研究用DCFDA等通用ROS探针，不能区分O₂^•?、H₂O₂或^•OH，植物化学冠是否改变ROS谱尚不清楚；肿瘤细胞可经GSH、NADPH和抗氧化酶适应，削弱单纯ROS依赖疗法，故同时增加氧化应激并损害抗氧化防御的策略可能更相关。
3.5. Complementary Evidence: Cerium Oxide Nanoparticles (CeO₂NPs)
纳米氧化铈具有氧化还原和再生切换特性，可在肿瘤微环境中作为放射增敏剂诱导凋亡，同时在健康组织中作为辐射保护剂。酸性pH（4.3）抑制其过氧化氢酶活性并保留SOD活性，导致H₂O₂和ROS积累。A375研究中，超小CeO₂NPs（1–10 nm）经ROS升高诱导严重线粒体功能障碍，约25 nm颗粒主要通过基因毒性和DNA损伤诱导死亡。Ag@CeO₂杂合NPs（234±20 nm）降低A375黑色素合成，CeO₂基质减少纯Ag非特异毒性；Artabotrys hexapetalus叶提取物绿色合成CeO₂NPs对MCF-7显示细胞毒性。生物源CeO₂的植物化学封端可稳定核心并赋予抗血管生成和抗增殖性质，通过线粒体膜去极化、细胞色素C释放、caspase-3/9激活和DNA片段化促进凋亡。
4. Advanced Formulation Strategies for Dermal and Systemic Delivery
该部分聚焦可与生物源纳米材料互补或改善天然活性物递送的制剂策略。黑色素瘤细胞对NPs摄取主要经主动内吞，表面理化性质是关键；GLUT1/3在黑色素瘤中上调支持葡萄糖靶向，5–50 nm颗粒倾向经caveolin介导内吞，阳离子聚合物如壳聚糖促进与阴离子膜吸附，多柔比星偶联可调节Zeta电位。仿生策略采用红细胞膜延长循环、血小板膜促血管黏附、肿瘤膜同源靶向，以及“细胞搭车”和外泌体实现膜融合与胞质递送。
4.1. Polymeric Matrices and Dermal Delivery Systems
吹纺PCL/gelatin和电纺PVA/PCL纤维支架可控释介孔二氧化硅纳米颗粒（MSNs）、AgNPs和姜黄素等。PCL/gelatin支架共载多柔比星-MSNs和AgNPs，选择性抑制黑色素瘤并保持健康细胞活力，具广谱抗菌和低溶血性；生物源Ag/ZnO纳米复合物对A375有活性并抑制约98%金黄色葡萄球菌生物膜。水凝胶可经pH、温度或外照射实现时空控释；壳聚糖纳米凝胶结合载药控释、生物黏附和促渗透；基于黄蓍胶的TGIAVE水凝胶在宽pH和温度范围稳定，适用于抗癌药控释和抗菌。SLNs和纳米结构脂质载体（NLCs）可减轻炎症、增强皮肤抗氧化物滞留；姜黄素和resveratrol共载SLNs增强皮肤滞留并抑制SK-MEL-28增殖；transferosomes利用膜变形改善深层皮肤穿透并用于AuNPs递送。可溶性透明质酸或合成聚合物微针可将功能化PLGA NPs脉冲式直接送入肿瘤部位；PLGA还可与脂质和放射性核素结合用于诊疗。
4.2. Bio-Based and Hybrid Nanocarriers for Targeted Delivery
纯化生物分子表面功能化可建立生物身份和胶体稳定性。牛血清白蛋白（BSA）可包覆金纳米棒，阿拉伯胶和羧甲基纤维素（CMC）可作为封端剂，CMC便于将细胞毒药物偶联至金属胶体；聚多巴胺（PDA）具强表面黏附并增强金和磁铁矿NPs光热效率。主动靶向配体可提高特异性，但递送载体性质影响效果，例如脂质体封装对B16-F10的放射增敏优于其他功能化方式。生物基纳米平台已扩展至生物质来源聚合物、仿生膜和自组装共聚物；Guo等将B16-F10细胞膜与金黄色葡萄球菌胞外囊泡融合，包覆Pt-porphyrin配位聚合物形成核壳纳米疫苗，增强抗原递送和树突状细胞活化并保留同源肿瘤靶向。
4.3. Therapeutic Synergy Between Nanocarriers and Active Agents
纳米载体-载荷相互作用可提高稳定性、细胞摄取和治疗活性。病毒样介孔二氧化硅表面形貌增强细胞黏附及metformin内化，提高细胞毒性；聚硫醚酯系统保护大麻提取物免于降解，提取物又作为增塑剂提高载体稳定性；金掺入脂质体增加电子密度，使离子导入实现疏水活性物深层穿透；仿生PCL/gelatin基质兼具局部肿瘤治疗和组织再生。载体还可调节TME：全氟化碳功能化系统递氧缓解缺氧并增强PDT中ROS生成；金属有机框架（MOFs）在酸性条件降解释放离子耗竭GSH，使肿瘤细胞对ferroptosis敏感；黑色素级联系统整合热疗、氧化应激和照射控制的一氧化氮释放。Yan等的PCCUR水凝胶由PDA纳米颗粒、Chlorella提取物和curdlan组成，660 nm照射下联合光热和光动力诱导ROS介导免疫原性细胞死亡（ICD），并作为原位抗原储库，在B16-F10不完全切除模型中联合激光实现99.25%肿瘤抑制并增强树突状细胞成熟和CD8⁺ T细胞浸润。Guo等的CPIP@EV–CM由Pt-porphyrin配位聚合物免疫增强剂和金黄色葡萄球菌胞外囊泡/B16-F10细胞膜杂合膜组成，经声动力治疗（SDT）和化学动力治疗（CDT）产ROS并促进抗原呈递，在B16-F10肿瘤中实现约74.4%生长抑制。
4.4. Summary of Synthesis and Loading Parameters
反应产率、包封效率（EE）和载药量（LC）是不同制剂属性，仅作描述性总结，不宜直接比较。Carpesium cernuum提取物制备AgNPs的反应产率可达99.6%；PTEe NPs可保留超过97%的全谱大麻提取物，但叶酸偶联PTX-PLGA NPs会略降低载药和包封效率而保持理化完整性；水凝胶性能不能仅由载药参数推断，网络结构、降解和刺激响应释放动力学同样影响暴露。聚合物系统可经疏水区和三维基质实现较高EE；无机NPs缺乏多孔聚合物核心时，药物结合主要依赖表面吸附、静电作用或共价偶联。BSA包覆金纳米棒为R837提供锚定位点，EE为57.84%；绿茶提取物介导金纳米簇经π-π作用插入多柔比星，EE为47.8%、LC为16.7%。生物源金属NPs的植物化学冠可促进药物结合，虽EE低于惰性聚合物基质，但金属核心具内在治疗性，因此平台设计应追求载荷与载体多功能性的协同平衡，而非单纯最大化产率。
5. Current Challenges and Future Perspectives
5.1. Challenges in Translation and Biosafety
生物源NPs临床开发面临体外模型与体内复杂性之间的显著差异。二维培养所得IC₅₀不能可靠预测整体治疗结果，需评估生物分布、代谢清除和长期生物安全；金、银或铁等金属NPs在肝、肾等清除器官的非特异蓄积可能引起炎症。实体瘤致密细胞外基质、快速调理化和网状内皮系统（RES）清除限制循环时间和组织穿透；增强渗透滞留（EPR）效应在小鼠模型明确，但在人类试验中因TME代谢和结构异质性而效果有限。
5.2. Scalability, Standardization, and Regulatory Challenges
绿色合成标准化和放大仍是主要技术挑战。天然提取物植物化学组成受植物种属、采收季节和提取方法影响，导致粒径、形貌和聚集控制困难；荟萃分析亦显示生物源纳米制剂异质性较大，需要标准化合成和表征方案。配方复杂度增加会提高成本并增加批次一致性、释放曲线和载药特性控制难度；大规模制造有限，人相关实验模型尚不足以可靠预测纳米药物性能，造成监管延迟。已上市纳米药物如聚乙二醇化脂质体多柔比星（Doxil?）和白蛋白结合紫杉醇（Abraxane?）证明纳米医学可转化；黑色素瘤中已有钆基AGuIX NPs放射增敏、金纳米棒介导靶向热疗和RNA-脂质纳米颗粒疫苗进入早期临床评价，但这些属于更广泛的黑色素瘤纳米医学，并非绿色合成金属或金属氧化物NPs的直接临床验证。
6. Conclusions
绿色纳米医学正成为黑色素瘤治疗策略。天然提取物参与NP生物合成形成植物化学表面层，可影响胶体稳定性、生物相容性、细胞相互作用及凋亡等细胞毒反应。生物源NPs作为活性细胞毒剂，可触发氧化应激、代谢干扰和热消融；CeO₂NPs可介导TME氧化还原靶向，部分Au基制剂达到亚微克IC₅₀，多种AgNPs显示低微克细胞毒性；AuNPs与光热消融或阴极离子导入等物理穿透增强手段联用具协同效应。CuNPs可通过干扰代谢、耗竭GSH和不可逆膜损伤实现显著体内肿瘤抑制。尽管细胞水平有效，生物源NPs临床转化仍受角质层通透性、TME复杂性和内在耐药限制；将金属核心与聚合物支架、SLNs、靶向仿生纳米疫苗、热敏水凝胶及转铁蛋白或抗体等配体修饰载体整合，可促进对酸性pH、酶升高或GSH增加等微环境信号的局部释放。联合多柔比星等化疗或免疫治疗可激发系统免疫并可能应对耐药。当前仍需标准化大规模合成及长期生物安全、生物分布、清除和慢性效应研究，生物源NPs作为未来多功能诊疗平台的组成部分具前景，但其黑色素瘤临床价值尚待证实。