火龙果（Hylocereus undatus）果皮水提物绿色合成ZnO NPs-AE通过诱导凋亡及抑制Wnt/β-catenin通路发挥选择性抗癌作用

《Scientific Reports》：Hylocereus undatus peel extract and ZnO nanoparticles suppress cancer through apoptosis and Wnt/β-catenin inhibition

癌症治疗面临多药耐药（MDR）和全身细胞毒性挑战。本研究探讨火龙果（Hylocereus undatus）果皮提取物及其生物合成氧化锌纳米颗粒（ZnO NPs）的抗癌潜力。研究人员测定了提取物的总酚、总黄酮及气相色谱–质谱（GC–MS）图谱。随后，以水提物（AE）和正己烷提取物（HE）合成ZnO NPs，并用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、Zeta电位、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱（EDX）和透射电子显微镜（TEM）表征。在所有受试制剂中，水提物来源的ZnO NPs-AE在细胞培养（Caco-2和HepG2）及Ehrlich腹水癌（EAC）小鼠模型中均表现出最强抗肿瘤活性。MTT实验中，ZnO NPs-AE对Caco-2和HepG2细胞具有高细胞毒性（IC₅₀分别为9.22和12.93 μg/mL），效果与多柔比星（DOX）相当（p < 0.05）。其还表现出更有利的选择性：对正常人结肠成纤维细胞（CCD-18Co；IC₅₀=32.35 μg/mL）的毒性低于对Caco-2细胞（IC₅₀=9.22 μg/mL），优于DOX。与此一致，ZnO NPs-AE降低Caco-2细胞G2/M期比例（7.39% vs 未处理细胞12.65%），并将总凋亡率提高至25.98%。分子层面，其上调半胱天冬酶-3（caspase-3；6.15倍）、下调拓扑异构酶II（topoisomerase II；0.33倍）并抑制Wnt/β-catenin轴。酶联免疫吸附试验（ELISA）定量Caco-2细胞中Axin2和Cyclin D1，证实这些Wnt/β-catenin靶点下调与β-catenin蛋白降低同步。体内，ZnO NPs-AE（5 mg/kg）使EAC体积降低89.36%，使肝/肾功能生物标志物正常化，改善血脂谱，并通过升高谷胱甘肽（GSH）、过氧化氢酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD）水平、降低丙二醛（MDA）缓解氧化应激，同时伴随组织病理学改善。总体而言，ZnO NPs-AE是一种有前景、耐受性良好的生物纳米平台，可用于靶向癌症治疗。

研究背景：癌症仍居全球发病和死亡前列，肝细胞癌（HCC）和结直肠癌（CRC）因侵袭、复发和治疗耐药而预后较差，二者部分由Wnt/β-catenin通路异常激活驱动，该通路维持肿瘤干细胞、增殖和化疗耐药。植物来源酚类、黄酮等可低毒调节肿瘤细胞增殖与凋亡；火龙果（Hylocereus undatus）果皮作为农业副产物富含多酚、黄酮和甜菜红素。纳米技术可提高植物活性成分选择性和效力，ZnO NPs成本较低、对正常组织毒性较低、获一般公认安全（GRAS）认可，并具抗氧化、抗炎和抗癌活性；绿色合成可改善生物相容性。现有文献缺乏将火龙果果皮水提物和正己烷提取物与相应绿色合成ZnO NPs进行系统比较，并在细胞选择性和器官安全框架下研究Wnt/β-catenin机制。因此开展本研究。

关键技术方法（≤250字）：研究人员采用埃及Beheira省商业农场成熟白肉火龙果果皮；Caco-2、HepG2及CCD-18Co细胞由埃及VACSERA细胞培养实验室提供，EAC细胞来自埃及国家癌症研究中心，雌性Swiss albino小鼠购自埃及农业部主要疫苗与抗血清中心。关键技术包括：果皮水提物（AE）/正己烷提取物（HE）制备及总酚、总黄酮和GC–MS分析；以AE/HE绿色合成ZnO NPs并进行FTIR、Zeta电位、XRD、SEM、EDX、TEM表征；MTT法、流式细胞术细胞周期与Annexin V-FITC/PI凋亡检测；实时定量PCR（qRT-PCR）、蛋白质印迹（Western blot）和ELISA；EAC小鼠急性毒性、剂量优化、疗效评价、血清肝肾功能/血脂、肝肾组织氧化应激指标及苏木精–伊红（H&E）染色和白细胞介素-6（IL-6）免疫组化。

研究结果：定量植物化学分析：AE总酚、总黄酮显著高于HE，支持AE富集极性酚类/黄酮。GC–MS分析：HE含10种、AE含18种化合物，HE以油酸甲酯等脂肪酸甲酯为主，AE以油酸甲酯、油酸乙酯等为主。ZnO NPs表征：FTIR对ZnO NPs、AE及ZnO NPs–AE与FTIR对ZnO NPs、HE及ZnO NPs–HE均显示Zn–O及O–H、C=O、C–O峰位移，支持植物化学物还原/封端；Zeta电位显示AE与ZnO NPs–AE表面电荷改变；XRD显示ZnO为六方纤锌矿，ZnO NPs-AE半结晶、ZnO NPs-HE保留高结晶，晶粒约37.72、11.18、16.15 nm；SEM显示ZnO球形团聚、AE多孔层状、ZnO NPs-AE均匀黏附、ZnO NPs-HE花状多孔；粗糙度显示掺入ZnO后Ra、Rq、Rz及孔隙率增加；EDX检出Zn、O及微量C、N、K、Ca；TEM显示球形至六边形颗粒，粒径约37.10、13.5、22.79 nm。生物学活性：细胞毒评估显示ZnO NPs-AE在Caco-2/HepG2最强（IC₅₀ 9.22/12.93 μg/mL），优于AE且接近DOX。ZnO NPs与DOX比较：ZnO NPs对HepG2的IC₅₀低于DOX，对Caco-2高于DOX，但可规避DOX剂量限制性心脏毒性。选择性指数（SI）：ZnO NPs-AE的SI为3.51，DOX为1.87，ZnO NPs-AE选择性更佳。细胞周期分析：ZnO NPs-AE使Caco-2 G0/G1增至75.29%、S和G2/M降低；HE及ZnO NPs-HE亦诱导G0/G1阻滞。Annexin V-FITC/PI筛查：ZnO NPs-AE提高晚期和总凋亡（25.98%），ZnO NPs-HE总凋亡29.42%高于HE。qRT-PCR：ZnO NPs-AE上调caspase-3 6.15倍、下调topoisomerase II至0.33倍，ZnO NPs-HE作用类似但较弱。Western blot：ZnO NPs-AE使β-catenin较对照降62.25%、较AE再降40.59%；ZnO NPs-HE降55.60%。Axin2和Cyclin D1调控：ELISA显示ZnO NPs-AE使CCND1降53.15%、Axin2降约58.67%，与β-catenin降低一致。体内研究：急性毒性评估显示AE/HE至300 mg/kg、ZnO NPs至100 mg/kg未见死亡。EAC荷瘤小鼠不同剂量抗癌疗效评估：所有治疗显著降低EAC细胞数，ZnO NPs在更低剂量有效。EAC细胞计数影响：AE 300 mg/kg降86.23%，ZnO NPs-AE 5–20 mg/kg降40.22%–55.80%，ZnO NPs-HE降51.58%–59.64%。EAC体积影响：ZnO NPs-AE 5 mg/kg降89.36%，ZnO NPs-HE 5 mg/kg降98.98%，均高于相应提取物。qRT-PCR（体内）：EAC对照β-catenin和拓扑异构酶II（TOPO II）高表达，治疗后下降；AE和ZnO NPs-AE上调caspase-3并恢复转化生长因子-β（TGF-β）。血清肝功能：EAC小鼠ALT/AST升高，各治疗显著降低，ZnO NPs-AE优于相应提取物。血清肾功能：肌酐/尿素升高，各治疗显著降低，ZnO NPs-AE改善明显。血清血脂：总胆固醇、TG、LDL升高、HDL降低，各治疗改善，ZnO NPs-AE恢复更明显。肝脏氧化/抗氧化：肝GSH、CAT、SOD降低、MDA升高，各治疗恢复，ZnO NPs-AE效果较强。肾脏氧化/抗氧化：肾GSH、CAT、SOD降低、MDA升高，各治疗恢复，ZnO NPs-AE效果较强。组织病理学检查：H&E显示EAC对照肝/肾结构破坏和肿瘤浸润，各治疗改善。肝组织病理学改变：ZnO NPs-AE接近正常、炎症较轻。肾组织病理学改变：ZnO NPs-AE病变较轻。IL-6免疫表达：EAC对照肝/肾IL-6强阳性，治疗组降低，ZnO NPs-AE中等、ZnO NPs-HE轻至中度，定量较EAC组显著降低。

讨论部分总结：研究将火龙果果皮副产物转化为ZnO NPs-AE，并整合表征、体外机制和体内安全性评价。ZnO NPs-AE优于游离提取物和正己烷来源制剂，归因于水相植物成分稳定纳米粒、改善细胞摄取和持续释放，以及ZnO固有细胞毒性与酚类/黄酮活性协同；其通过G0/G1阻滞、caspase-3上调和topoisomerase II下调诱导凋亡，并通过降低β-catenin、Axin2、Cyclin D1抑制Wnt/β-catenin。体内显示肝肾保护、血脂正常化、GSH/CAT/SOD升高、MDA降低和IL-6降低，支持生物相容性。绿色纳米技术实现农业废弃物增值，但需进一步评价生物分布、药代和长期毒性。

研究结论翻译：本研究表明，由火龙果（Hylocereus undatus）果皮水提物生物合成的ZnO NPs-AE是一种高效制剂。在临床前研究中，ZnO NPs-AE通过细胞周期阻滞和caspase-3介导的凋亡，并下调致癌性Wnt/β-catenin通路，以多靶点方式表现出强抗癌活性。重要的是，ZnO NPs-AE对Caco-2细胞较正常人结肠成纤维细胞（CCD-18Co）具有更高选择性，且Caco-2细胞中Axin2和Cyclin D1的ELISA结果与β-catenin蛋白水平降低一致。关键的是，其增强的效力未伴随全身毒性。体内评估显示显著的肝肾保护、血脂代谢正常化、先天抗氧化防御增强以及氧化应激和炎症标志物降低，从而验证了该纳米复合物的生物相容性。该绿色纳米技术从转化角度有效将农业工业废弃物升级为有价值的纳米药物。ZnO NPs-AE优于其游离形式和正己烷来源对应物，提示水相植物成分对纳米粒稳定和靶向干预的贡献。因此，ZnO NPs-AE是一种有前景的绿色抗癌候选物，值得进一步开展生物分布、药代动力学和长期毒性评价。