Stryphnodendron adstringens 来源的银纳米颗粒：绿色合成方法、表征及其对细菌代谢的影响

《ACS Omega》：Silver Nanoparticles from Stryphnodendron adstringens: A Green Synthesis Approach, Characterization, and Their Impact on Bacterial Metabolism

　　

本研究报道了利用药用植物 Stryphnodendron adstringens 提取物同时作为还原剂和稳定剂的银纳米颗粒（AgNP@SA）的绿色合成。所得纳米颗粒为球形，平均直径为 12 ± 2 nm，并表现出高胶体稳定性，Zeta 电位为 ?28 ± 6 mV。其形成和理化性质通过 UV–vis、TEM、EDS、STEM、DLS、XPS、FT-IR、UHPLC-HRMS/MS 和 ¹H-NMR 分析确认。光谱数据显示，植物提取物中的单宁和其他酚类化合物主要负责 Ag⁺ 离子的还原和纳米颗粒的稳定，表明相关黄酮类衍生物参与了反应。通过 GNPS 数据库解析的 UHPLC-HRMS/MS 分析进一步证明，最终纳米颗粒系统中不存在表没食子儿茶素，支持其作为纳米颗粒合成过程中还原剂的假设作用。生物学实验表明，AgNP@SA 对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均表现出广谱抗菌活性。基于 ¹H-NMR 的金黄色葡萄球菌在 AgNP@SA 胁迫下的代谢组学分析揭示了显著的代谢紊乱，包括亮氨酸和缬氨酸水平降低，以及赖氨酸、乙酸盐和甜菜碱水平升高，表明诱导了细胞应激并损害了关键代谢途径。总体而言，这些发现突出了绿色合成的 AgNP@SA 作为有效抗菌剂的潜力，并强化了植物介导的纳米颗粒合成在生物医学应用中的价值。

**论文解读：基于 Stryphnodendron adstringens 提取物的银纳米颗粒绿色合成、表征及其对细菌代谢的影响**

**研究背景与问题**
近年来，纳米技术作为有前景的研究领域，有望革新从医学到电子学的多个领域。银纳米颗粒（AgNPs）因其独特的抗菌、抗病毒和抗真菌活性，成为生物医学应用的理想候选材料。然而，传统的化学和物理合成方法常依赖有害还原剂（如硼氢化钠、肼、二甲基甲酰胺）、有机溶剂和合成稳定剂，且需高温、高压、长时间反应或辐照等高能耗条件，导致纳米颗粒生物相容性降低、环境负担加重。绿色合成利用植物提取物作为还原剂，提供了一种环境友好、低成本且产物具有高生物相容性和稳定性的替代方案。本研究选择药用植物 Stryphnodendron adstringens（俗称 barbatim?o）的提取物作为还原和稳定剂，因其具有明确的抗菌活性和高含量的生物活性多酚（如单宁、黄酮类化合物）。尽管已有多种植物（如印楝、芦荟、绿茶）用于 AgNPs 绿色合成，但 S. adstringens 的应用仍鲜有报道。本工作的创新之处在于将绿色纳米技术与机制性生物学评价相结合，系统关联 AgNPs 的理化性质与抗菌效能及细菌代谢组变化，揭示其抗菌机制。

**研究内容与结论**
研究人员成功开发了利用 S. adstringens 提取物绿色合成 AgNPs（AgNP@SA）的方法，得到高度单分散的球形纳米结构，平均直径 12 ± 2 nm，胶体稳定性超过 90 天。全面的光谱和质谱分析（UV–vis、¹H-NMR、XPS、UHPLC-HRMS/MS）证实了单宁和多酚类化合物在纳米颗粒形成和稳定中的双重作用（还原剂和封端剂）。AgNP@SA 对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均表现出广谱抗菌活性，对粪肠球菌（Enterococcus faecalis）的最低抑菌浓度（MIC）最低（17 μg·mL^?1）。通过 ¹H-NMR 代谢组学分析发现，AgNP@SA 处理引起金黄色葡萄球菌显著的代谢失调，特别是支链氨基酸（BCAA）途径紊乱和氧化应激相关反应的激活，表明其抗菌机制涉及多因素协同作用。该论文发表在《ACS Omega》。

**关键技术与方法**
研究人员采用的主要技术方法包括：植物提取物制备（S. adstringens 树皮样品采集自巴西米纳斯吉拉斯州，经干燥、研磨、水提后过滤）；绿色合成（将提取物与硝酸银溶液混合，调节 pH 至 7.2，室温搅拌 15 分钟）；理化表征（UV–vis 光谱、动态光散射（DLS）测定粒径与 Zeta 电位、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、扫描透射电子显微镜（STEM）、透射电子显微镜（TEM）、能量色散 X 射线光谱（EDS）、X 射线光电子能谱（XPS）、超高效液相色谱-高分辨质谱联用（UHPLC-HRMS/MS）结合 GNPS 分子网络、¹H-NMR 核磁共振）；抗菌活性评估（微量肉汤稀释法测定最低抑菌浓度（MIC）和最低杀菌浓度（MBC），测试菌株金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、粪肠球菌、大肠杆菌均来自巴西热带培养物保藏中心）；代谢组学分析（¹H-NMR 对金黄色葡萄球菌在 AgNP@SA 半抑制浓度处理下的代谢物谱进行主成分分析（PCA）和 t 检验）。

**研究结果**
**3.1 光学分析**：通过 UV–vis 观察到特征表面等离子共振（SPR）峰位于 415 nm，证实纳米颗粒形成；90 天内 SPR 峰位无明显偏移，表明高胶体稳定性。
**3.2 动态光散射分析**：DLS 测得平均流体动力学直径 13 ± 4 nm，多分散指数（PdI）0.4，Zeta 电位 ?28 ± 6 mV，表明体系均匀且稳定。
**3.3 傅里叶变换红外光谱分析**：FT-IR 显示提取物中酚羟基、羰基等特征峰，纳米颗粒形成后 O–H 拉伸峰强度减弱，表明酚基氧化为醌类，证实单宁参与 Ag⁺ 还原。
**3.4 扫描透射电镜与透射电镜分析**：STEM 和 TEM 图像显示纳米颗粒呈球形、无聚集，平均直径 12 ± 2 nm，与 DLS 结果吻合。
**3.5 能量色散 X 射线光谱分析**：EDS 元素映射显示银信号集中，碳峰明显，表明有机封端层存在。
**3.6 XPS 表征**：XPS 确认 C 1s、O 1s、Ag 3d 等谱峰，Ag 3d 双峰显示 Ag⁰ 和 Ag⁺ 共存，证实氧化还原机制及表面配位。
**3.7 LC-HRMS/MS 代谢物注释**：通过 GNPS 分子网络鉴定出 6 种酚类化合物，包括表没食子儿茶素、柚皮素等。表没食子儿茶素在 AgNP@SA 中消失，提示其作为主要还原剂被消耗；其他化合物如 3,4,5-三甲氧基肉桂酸、柚皮素则作为封端剂吸附在纳米颗粒表面，引起保留时间偏移。
**3.8 ¹H-NMR 分析**：¹H-NMR 谱显示提取物中富含单宁和黄酮类特征峰，纳米颗粒形成后芳香区信号变宽、强度降低，表明酚类化合物参与还原和稳定。
**4. 抗菌活性**：AgNP@SA 对测试菌株的 MIC 为 17–35 μg·mL^?1，MBC 为 26–43 μg·mL^?1。对革兰氏阳性菌粪肠球菌效果最佳，可能源于植物化学封端层与细胞壁成分的协同作用。
**5. 代谢组学分析**：¹H-NMR 代谢组学结合 PCA 显示处理组与对照组显著分离（累计方差 79.8%）。亮氨酸、缬氨酸水平显著降低（p < 0.05），赖氨酸、乙酸盐、甜菜碱显著升高（p < 0.05），表明 AgNP@SA 干扰支链氨基酸代谢、诱导发酵途径和渗透保护反应，揭示多因素抗菌机制。
**6. 可持续性评估**：依据绿色化学 12 原则，该合成路线原子经济性高、无有毒副产物、E 因子低，使用水为溶剂、室温常压反应，符合绿色纳米技术理念。

**总结讨论与结论**
研究人员在讨论部分指出，AgNP@SA 的抗菌活性不能仅归因于 Ag⁺ 释放，纳米颗粒与细菌膜的直接相互作用、氧化应激诱导及代谢紊乱均发挥重要作用。与化学合成的 AgNPs 相比，S. adstringens 提取物提供的天然功能化层提高了胶体稳定性和生物相容性，并可能产生协同抗菌效应。代谢组学结果进一步证实了多因素作用的机制。
研究结论翻译如下：
本研究成功开发了一种利用 Stryphnodendron adstringens 提取物（AgNP@SA）生产银纳米颗粒的可持续绿色合成策略，获得了高度单分散的球形纳米结构，平均直径 12 ± 2 nm，胶体稳定性超过 90 天。该稳定性归因于单宁和多酚化合物作为还原剂和封端剂的双重作用。综合光谱和质谱分析（UV–vis、¹H-NMR、XPS 和 UHPLC-MS/MS）证实了这些植物化学物质在纳米颗粒形成和稳定中的积极参与。AgNP@SA 表现出广谱抗菌活性，对粪肠球菌（Enterococcus faecalis）的效力最高（MIC = 17 μg·mL^?1）。¹H-NMR 代谢组学分析进一步揭示，抗菌效应与显著的代谢失调相关，特别是支链氨基酸途径的破坏和氧化应激相关反应的激活，表明细菌毒性具有多因素机制。总体而言，生物活性植物基质与金属核心之间的协同作用突出了 AgNP@SA 作为先进抗菌应用的有前景的纳米生物制剂。然而，在临床转化之前，需要进一步研究评估其在相关体内模型中的细胞毒性、血液相容性和银离子释放动力学，以确保其作为下一代纳米抗菌剂的安全性、稳定性和治疗可靠性。