运用四种植物叶片提取物绿色合成银纳米颗粒及其抗氧化、抗炎、抗菌与谷胱甘肽S-转移酶抑制活性研究

《Food Science & Nutrition》：Green Synthesis of Silver Nanoparticles From Various Leaves Extract: Antioxidant, Anti-Inflammatory, Antibacterial Activities and Inhibitory Effect on Glutathione S-Transferase

　　

纳米颗粒因具有高表面积与体积比、可调尺寸、独特的理化性质以及取决于其组成所表现出的良好电学、光催化和生物相容性特征而受到广泛关注。研究人员采用绿色合成方法，利用榅梓（Cydonia oblonga）、美味猕猴桃（Actinidia deliciosa）、黑刺李（Prunus spinosa）和桂樱（Prunus laurocerasus）的叶片提取物制备了银纳米颗粒（AgNPs）。通过紫外-可见光谱法（UV-Vis）、傅里叶变换红外光谱法（FTIR）和扫描电子显微镜-能量色散X射线光谱法（SEM-EDX）对合成的AgNPs进行了表征。此外，评估了这些AgNPs的潜在抗氧化、抗炎、抗菌和谷胱甘肽S-转移酶（GST）抑制活性。在所有制备的纳米材料中，利用榅梓叶片提取物合成的AgNPs（AgNP-1）表现出最高的抗氧化能力（IC₅₀ = 4.14 ± 0.04 μg/mL）和突出的抗炎效果（抑制率98.48%）。此外，AgNP-1显示出最强的GST抑制活性（IC₅₀ = 1.306 ± 0.12 mg/mL）。相反，利用桂樱叶片提取物合成的AgNPs（AgNP-4）表现出最强的抗菌活性，对不同细菌菌种的最低抑菌浓度（MIC）值范围为39至78 μg/mL，并具有最强的GST抑制活性（IC₅₀ = 0.965 ± 0.02 mg/mL）。此外，分子对接研究表明，植物提取物中代谢物的酚羟基官能团通过常规氢键形成、静电相互作用、疏水相互作用和金属受体相互作用与GST活性位点发生强相互作用，而AgNPs主要通过金属受体相互作用与GST结合。因此，本研究表明，植物介导的生物合成AgNPs展现出良好的生物医学特性，因其显著的抗菌、抗炎、抗氧化和GST抑制效应，有望成为开发抗菌剂、抗炎剂、抗氧化剂和酶抑制剂的潜在候选材料。

近年来，纳米技术在汽车、电子、制药、纺织、化妆品、食品和农业等领域得到广泛应用。该技术涉及使用尺寸不超过100 nm的颗粒，即通常所称的纳米颗粒。金属纳米颗粒中，银纳米颗粒（AgNPs）因其导电性、稳定性和抗菌活性等有益特性而尤为突出。然而，物理合成方法成本高昂，化学合成方法则因有害化合物在颗粒表面吸附而产生负面效应。绿色合成方法利用微生物、酶、植物或植物提取物作为还原剂和稳定剂，具有环境友好、高效和成本低廉的优点。植物中的糖苷、萜类、生物碱、酚类化合物、黄酮类化合物等成分可作为还原剂，将硝酸银（AgNO₃）中的Ag⁺离子还原为金属银（Ag⁰），同时稳定合成的AgNPs。

尽管已有大量关于利用植物生物合成AgNPs的文献报道，但在相同实验条件下比较不同药用植物合成AgNPs的对比研究仍然有限。此外，多数研究仅关注单一生物活性，将抗氧化、抗菌、抗炎、酶抑制活性与分子对接分析整合到综合评价中的研究较少。因此，在标准化条件下对植物介导AgNPs的生物活性和分子相互作用进行系统比较评估仍是空白。本研究旨在开发一种可持续的绿色合成方法，利用榅梓（C. oblonga）、美味猕猴桃（A. deliciosa）、黑刺李（P. spinosa）和桂樱（P. laurocerasus）四种植物叶片的水提物制备AgNPs（分别命名为AgNP-1至AgNP-4），对其进行全面表征，并系统评估其抗氧化、抗菌、抗炎及GST抑制活性，同时通过分子对接技术探讨活性化合物与GST酶的相互作用机制。

在技术方法方面，植物叶片采自土耳其萨卡里亚地区（北纬40°29′1.6764″，东经30°10′58.0800″，海拔80 m），经冻干、粉碎后以蒸馏水提取。将提取物与0.1 M AgNO₃溶液在60–80°C下反应1 h完成AgNPs合成。采用UV-Vis光谱监测合成过程，FTIR分析官能团，SEM-EDX分析形貌与元素组成。通过Folin-Ciocalteu法和AlCl₃比色法分别测定总酚含量（TPC）和总黄酮含量（TFC）。以DPPH和ABTS法评价抗氧化活性，以牛血清白蛋白（BSA）变性抑制法评价抗炎活性，以纸片扩散法和微量肉汤稀释法测定最低抑菌浓度（MIC）和最低杀菌浓度（MBC），以光谱法测定GST抑制活性，并使用AutoDock4软件进行分子对接。所有实验重复三次，数据以平均值±标准误（SEM）表示，采用单因素方差分析和Tukey事后检验进行统计分析。

在绿色合成与表征方面，UV-Vis光谱显示AgNP-1、AgNP-2、AgNP-3和AgNP-4的最大吸收波长（λ_max）分别为423、430、445和442 nm，证实AgNPs成功合成。FTIR分析显示3200–3600/cm处的宽吸收带归属于酚类化合物和醇类的O–H伸缩振动，2920–2930/cm处的峰归属于脂肪族C–H伸缩振动，1750–1600/cm区域的峰归属于黄酮类、蛋白质等含羰基生物分子的C=O伸缩振动；合成后O–H和C=O峰强度降低并发生位移，表明多酚和含羰基化合物参与了Ag⁺的还原和纳米颗粒的稳定；600/cm以下的弱吸收带初步归因于Ag–O键的形成。SEM-EDX分析显示各AgNPs形貌存在差异：AgNP-1高度不规则且团聚严重，AgNP-2颗粒分散良好，AgNP-3颗粒分离程度较高，AgNP-4颗粒堆积致密且分布均匀。EDX光谱在约3.0 keV处出现特征银峰，确认AgNPs形成，银含量分别为74.5%（AgNP-1）、63.1%（AgNP-2）、98.4%（AgNP-3）和82.7%（AgNP-4），同时检测到少量O、C、Si、P、Cl、Al、N和Ni元素，可能来自植物提取物中的封端生物分子或样品制备过程中的污染。

在植物化学特性、抗氧化与GST抑制活性方面，AgNP-3的TPC和TFC最高，分别为115.63 ± 21.87 mg GAE/g和112.07 ± 2.87 mg儿茶素当量（CE）/g，AgNP-2最低。DPPH自由基清除活性以AgNP-1最强（IC₅₀ = 4.14 ± 0.04 μg/mL），AgNP-4最弱（IC₅₀ = 12.66 ± 0.12 μg/mL）；ABTS清除活性IC₅₀值范围为22.88 ± 0.32至29.99 ± 2.01 μg/mL。GST抑制活性以AgNP-4最强（IC₅₀ = 0.97 ± 0.02 mg/mL），AgNP-3未显示明显抑制活性。AgNP-1和AgNP-4的增强抗氧化作用可能归因于AgNPs与表面吸附植物化学物的协同效应。

在抗炎活性方面，通过BSA变性抑制试验测得AgNP-1、AgNP-2、AgNP-3和AgNP-4的抑制率分别为98.48%、94.69%、59.84%和65.15%。AgNP-1的抗炎效果优于阳性对照双氯芬酸钠（95.61%），AgNP-2与其相当，AgNP-3和AgNP-4则较低。

在抗菌活性方面，粗提物对所有受试菌株均无抑菌圈，而所有AgNPs均表现出抑制活性。抑菌圈直径范围为8.26至11.22 mm，低于氨苄西林阳性对照（16.17至22.10 mm）。MIC值范围为39至625 μg/mL（大多数菌株为39至313 μg/mL），MBC值范围为78至5000 μg/mL。AgNP-4对大多数受试菌株表现出最强的抑菌和杀菌活性（MIC低至39 μg/mL，MBC低至78 μg/mL），AgNP-3活性最弱，金黄色葡萄球菌（S. aureus）对所有AgNPs耐药性最强。值得注意的是，银含量最高的AgNP-3（98.4% Ag）抗菌活性反而较低，表明抗菌活性并非仅取决于银含量，纳米颗粒的形态、团聚状态和表面功能化对活性具有重要影响。SEM结果显示AgNP-2和AgNP-4分布更均匀，EDX检测到其表面存在C、O、N等有机元素，提示植物源生物分子的封端/稳定作用有利于增强纳米颗粒稳定性和Ag⁺生物利用度。

在分子对接方面，通过将共晶配体重新对接至GST活性位点，获得RMSD值为1.48 ?，验证了对接方案的可靠性。对接结果显示，提取物中的主要植物化合物（5-O-咖啡酰奎宁酸、槲皮素、花青素、绿原酸）通过常规氢键与LYS、MET、ASP、GLY、GLU、TYR、PHE等氨基酸残基相互作用，并通过π-阴离子、π-阳离子、酰胺-π堆积、π-烷基和π-硫等静电及疏水相互作用与GLU、GLY、TYR、PRO、MET、ARG、LEU、LYS残基结合；AgNPs则通过金属-受体相互作用与VAL111和CYS112残基结合。各配体的结合能为-3.38至-4.23 kcal/mol，Ki值为0.79至3.35 mM。

讨论部分的总结表明，AgNP-1和AgNP-2的强抗炎活性可能归因于AgNPs与多酚和黄酮类封端剂的协同效应。AgNP-4和AgNP-2的较高抗菌活性与其均质形貌、较高表面积和表面有机涂层促进细菌接触及Ag⁺释放有关。已有文献报道与本研究结果一致。

研究结论为：利用榅梓、美味猕猴桃、黑刺李和桂樱四种植物叶片提取物成功实现了AgNPs的绿色合成。所合成的AgNPs表现出良好的抗氧化、抗菌、抗炎和GST抑制活性。所有AgNPs均能有效清除DPPH和ABTS自由基。AgNP-1、AgNP-2和AgNP-4表现出显著的GST抑制活性。其中，AgNP-2和AgNP-4对革兰氏阳性和阴性菌表现出较强的抗菌活性，AgNP-1具有突出的抗炎活性。观察到的生物活性可能与AgNPs与纳米颗粒表面植物化学封端剂的协同相互作用有关。然而，后续仍需要进一步开展机制研究、细胞毒性评估和体内研究以验证这些发现并评估其潜在生物医学应用价值。研究局限性在于缺乏X射线衍射（XRD）、动态光散射（DLS）、Zeta电位分析和透射电子显微镜（TEM）等高级表征手段，未来研究应补充上述方法以全面了解纳米颗粒的晶体结构、粒径分布、胶体稳定性和形貌细节，并进行体内安全性、药代动力学和毒性评估，同时优化大规模合成条件并探索纳米药物递送系统等应用。