中药多糖纳米硒的制备、活性和应用研究进展

B站影视 韩国电影 2025-09-02 15:08 2

摘要:中药多糖(traditional Chinese medicine polysaccharides,TCMP)是一类由10个及以上的单糖分子聚合而成的天然高分子化合物,相对分子质量在数万到数百万级别,作为中药的重要活性成分之一,具有调节免疫、抗肿瘤、抗氧化、抗

中药多糖(traditional Chinese medicine polysaccharides,TCMP)是一类由10个及以上的单糖分子聚合而成的天然高分子化合物,相对分子质量在数万到数百万级别,作为中药的重要活性成分之一,具有调节免疫、抗肿瘤、抗氧化、抗炎、抗病毒、降血糖等生物活性[1],因活性丰富、安全性高、相容性好、可化学修饰等特点而备受关注。然而,由于TCMP的大分子复杂结构,常因溶解度差、生物利用度低及细胞摄取受限等因素影响疗效,限制了其制剂开发和临床应用[2]。为此,研究者正在积极努力,通过结构修饰和合成新的多糖衍生物来克服这些限制。

纳米硒(selenium nanoparticles,SeNPs)作为一种新型硒形态,与其他形式的硒相比,具有更好的生物活性、生物相容性和安全性,具有广阔的生物医学功能[3]。然而,裸露的SeNPs极不稳定,在溶液中很容易团聚失活。为解决这一问题,多糖、蛋白质等生物大分子被广泛用于稳定SeNPs[4]。TCMP不仅生物活性丰富,而且含有羟基、氨基、羧基等高含量官能团,能够吸附和包裹SeNPs从而控制其生长和团聚,是SeNPs理想的修饰剂和稳定剂。将TCMP与SeNPs结合形成的中药多糖纳米硒(traditional Chinese medicine polysaccharide-selenium nanoparticles,TCMP-SeNPs),不仅保留了二者的固有优势,还克服了其内在局限性,凭借其协同增效的生物活性、显著提升的生物利用度与安全性、优异的生物相容性及双重功能性,在医药和食品领域展现出独特优势和巨大的应用前景,已成为近年来研究的热点。尽管优势显著,但当前TCMP-SeNPs的研究仍处于初级阶段,存在诸多局限和空白,如构效关系不明确、体内代谢动力学与生物分布研究不足、作用机制尚未完全阐明等。为了深入了解TCMP-SeNPs的研究现状,本文对其制备、生物活性、构效关系、消化吸收和安全性等方面的研究情况进行综述,为TCMP和TCMP-SeNPs的未来研究与产品开发提供有价值的参考。

1 TCMP-SeNPs的制备、表征及理化性能调控

1.1 制备方法与机制

目前,TCMP-SeNPs采用化学还原法进行制备,其机制实质是利用抗坏血酸等还原剂将亚硒酸钠(Na2SeO3)等高价硒前体还原为零价硒原子(Se0),硒原子聚集成团簇,并通过形成C-O⋯Se键或氢键(O-H⋯Se)等相互作用与TCMP吸附结合,形成稳定分散的TCMP-SeNPs。具体操作步骤为先将一定体积的Na2SeO3溶液和TCMP溶液充分混合,然后在避光搅拌下将新鲜抗坏血酸缓慢加入混合物中,继续搅拌直至溶液的颜色保持稳定,将上清液透析(截留低相对分子质量)后冻干,即得。为了制得更加稳定、均匀的TCMP-SeNPs,还可以添加聚山梨酯80等表面活性剂作为分散剂,如蒲公英多糖纳米硒(Tw-TMP-SeNP)的制备[5](图1),或采用超声波辅助技术[6]。此外,有研究使用绿茶提取物作为还原剂替代抗坏血酸制备了具有高抗氧化活性的枸杞多糖纳米硒(LBP-GT-SeNPs)[7]。

1.2 表征

利用现代分析测试技术对TCMP-SeNPs进行表征,解析其尺寸、形貌、表面电荷、元素组成、晶型结构、官能团及分子间力等信息是必不可少的过程[8]。其中,紫外可见光谱(ultraviolet-visible spectrometry,UV)用于分析TCMP和TCMP-SeNPs之间的关联,以确认TCMP-SeNPs的形成。动态光散射(dynamic light scattering,DLS)用于测量TCMP-SeNPs的流体动力学粒径、分散性指数(polydispersity index,PDI)和Zeta电位。粒径是评价TCMP-SeNPs特征的一个重要指标,粒径越小,稳定性越强,生物活性和利用度越高。PDI是评价粒径分布均匀性的指标,其数值越小表明分布越均匀。Zeta电位有助于预测TCMP-SeNPs的稳定性,其绝对值越高,排斥力越大,纳米粒越稳定。透射电子显微镜、扫描电子显微镜、原子力显微镜可用于观测TCMP-SeNPs的形貌和尺寸,结合能量色散X射线光谱可分析其元素组成及其含量。此外,电感耦合等离子体质谱也是表征其Se元素含量的常用技术。X射线光电子能谱可用于分析纳米粒中的元素组成及其价态,是鉴别TCMP-SeNPs的重要技术。X射线衍射可用于识别TCMP-SeNPs的晶体结构,傅里叶变换红外光谱用于分析其官能团,揭示TCMP和SeNPs之间的相互作用机制。总之,多种表征技术的联合使用有助于全面剖析TCMP-SeNPs的理化性质和结构信息。

1.3 理化性质的影响和调控

TCMP-SeNPs的理化性质影响其稳定性和生物效应,并受到TCMP分子结构、反应条件、储存条件的影响和调控。

1.3.1 TCMP结构的影响 研究表明,TCMP的结构特性(相对分子质量、官能团、链构象等)对TCMP-SeNPs的形成、理化性质和稳定性的提高具有重要作用。如用低相对分子质量桔梗多糖(PGP90,3.1×103)形成的PGP90-SeNPs比高相对分子质量桔梗多糖(PGP-AE,9.31×105)形成的PGP-AE-SeNPs具有更小的尺寸和更高的稳定性[9]。不同的是,Liu等[10]研究由不同相对分子质量枸杞多糖(LBP)制备的LBP-SeNPs在贮藏30 d内的微观结构、外观、大小、PDI和Zeta电位的变化,结果显示,用最高相对分子质量的LBP(LBP1)制备的LBP1-SeNPs表现出更优异的稳定性。可见,相对分子质量的选取因TCMP种类而异,上述结果还可能与TCMP的单糖组成和比例不同有关,但这一点尚未得到证实。除了相对分子质量,官能团也起着重要的作用。Hu等[11]以取代度分别为0.02、0.06、0.25的硫酸化灵芝多糖(SPS)制备SPS-SeNPs,对应的粒径分别为(136.28±29.18)、(69.65±16.79)、(54.35±9.13)nm,粒径随着取代度的增加而变小。TCMP链构象也有重要影响,如在不同链构象(刚性三螺旋链、适度舒展的半刚性三螺旋链、单股柔性链、无规卷曲线圈)生姜多糖(GP)制备的G-SeNPs中,具有更舒展的半刚性三螺旋链的G130-SeNPs拥有更小的粒径、更高的稳定性和含硒量[12],这可能归因于其链结构更加舒展,在水溶液中暴露出更多的羟基而能够分散和稳定更多的SeNPs。此外,有研究发现,将蛋白质接枝于TCMP上有利于制备理化性能和生物活性更好的TCMP-SeNPs。如采用LBP和枸杞蛋白(LBPr)结合物(LBPP1)制备的LBPP1-SeNPs比LBP-SeNPs和LBPr-SeNPs具有更优异的粒径、表面形态、稳定性和抗肿瘤能力[13],这可能是由于LBPP1具有更多的端羟基、氨基和高比表面积。

1.3.2 反应条件的影响 一旦确定了用于制备TCMP-SeNPs的TCMP,Se与TCMP的质量比(Se/TCMP)、Se与抗坏血酸的物质的量比(Se/抗坏血酸)、反应温度和反应时间等是获得具有理想尺寸的均匀纳米颗粒需要考虑的工艺因素。在这些因素中,Se/TCMP是对TCMP-SeNPs的粒径和Se含量影响较大的变量,其取值范围一般较宽,介于1∶20~1∶1[14-16]。随着SeO32−初始浓度的增加,可以产生更多的Se核来促进小尺寸SeNPs的形成,当Se/TCMP超过临界值时,形成的SeNPs可能聚集在一起,导致颗粒尺寸增加,而TCMP-SeNPs中的Se含量一般随着Se/TCMP的增加而逐渐增加。相较于Se/TCMP,Se/抗坏血酸的取值范围相对较窄,一般为1∶5~1∶3[15,17],多取1∶4。此外,反应通常在室温(25 ℃)下进行,研究发现,TCMP-SeNPs的粒径与反应温度呈正相关[18],这可能是因为高温增加了颗粒之间的碰撞,从而导致聚集。不同的是,在反应温度为50 ℃制备的刺五加多糖纳米硒(ASPS-SeNPs)[19]和海藻多糖纳米硒(SFPS-SeNPs)[20]及60 ℃制备的车前子多糖纳米硒(PLP-SeNPs)[17]具有最小且均匀的粒径。综上,可通过调控Se/TCMP、Se/抗坏血酸、反应温度和反应时间等工艺条件来提升TCMP-SeNPs的理化性能。目前,绝大多数TCMP-SeNPs的制备仅开展了初步的工艺条件筛选,最终选取的工艺参数仍存在一定的局限性,且可能不完全适用于大规模生产。因此,有必要进一步开展适用于规模化生产的系统工艺优化研究,以提升和验证其理化性能、稳定性和生物活性。

1.3.3 储存条件的影响 尽管TCMP可以显著提高SeNPs的稳定性,但TCMP-SeNPs在储存过程中仍会面临聚集、沉淀的趋势。研究发现,TCMP-SeNPs胶体溶液在储存过程中随着时间的推移会发生粒径变大、Zeta电位绝对值变小、甚至沉淀的现象,尤其在高温、光照、强酸条件下这种变化愈加明显[10,18,21-22]。因此,若需进一步提升TCMP-SeNPs的稳定性,可以采用避光冷藏或采用冻干等方法制成固态化TCMP-SeNPs,以适于长期保存。

2 TCMP-SeNPs的生物活性

TCMP和SeNPs均具有抗氧化、抗炎、免疫调节、抗肿瘤等生物活性,二者结合形成的TCMP-SeNPs表现出纳米尺寸效应和功效协同效应,其生物活性显著优于单独的TCMP和SeNPs。

2.1 抗肿瘤

TCMP-SeNPs具有广谱抗癌活性,可显著抑制肝癌、乳腺癌、肺癌、胃癌、胰腺癌、结直肠腺癌、宫颈癌等恶性肿瘤,具体通过诱导肿瘤细胞凋亡、调节细胞自噬、阻滞细胞周期、抑制肿瘤血管生成、调节免疫系统和肿瘤微环境等来抑制肿瘤增殖、生长和转移。分子机制研究表明,TCMP-SeNPs主要通过线粒体介导的内源性途径诱导肿瘤细胞凋亡,下调B淋巴细胞瘤-2(B-cell lymphoma-2,Bcl-2)并上调Bcl-2相关X蛋白(Bcl-2-associated X protein,Bax)的表达,促进细胞色素C(cytochrome C,Cyt-C)释放,激活半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3(cystein-asparate protease-3,Caspase-3)、Caspase-9及多聚ADP核糖聚合酶(poly ADP-ribose polymerase,PARP)切割,即激活Bax/Bcl-2/Caspases信号通路[9,14,23-26]。此外,TCMP-SeNPs还可同时作用于死亡受体介导的外源性凋亡途径,上调Fas、Caspase-8的表达[21,27]。细胞自噬在肿瘤中具有促生存和促死亡的双重角色,而TCMP-SeNPs在抗肿瘤作用中表现出“双向调节自噬”现象。首先,TCMP-SeNPs可通过诱导肿瘤细胞过度自噬使其超过细胞的保护阈值,触发自噬性细胞死亡或协同凋亡等其他死亡通路,如夏枯草多糖纳米硒(PVP3-1-SeNPs)通过抑制哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)信号通路来触发人胰腺癌BxPC-3、SW1990细胞自噬和凋亡[28]。其次,TCMP-SeNPs可通过干扰自噬流的晚期步骤(如溶酶体的降解功能),导致自噬体积累但降解受阻,抑制了保护性自噬,如昆布多糖纳米硒(LP-SeNPs)通过抑制人肝癌HepG2细胞的溶酶体功能来抑制自噬的晚期,导致受损的细胞器不能被清除,加重细胞凋亡[25]。关于细胞周期阻滞,TCMP-SeNPs主要通过将肿瘤细胞周期阻滞在S期而抑制细胞增殖[14,29-30],其机制涉及p21/蛋白激酶B(protein kinase B,Akt)/细胞周期蛋白A2(cyclin A2)信号通路的激活[24]。不同的是,巴戟天多糖纳米硒(Se-MOP)将细胞周期阻滞于G0/G1期来抑制HepG2细胞的增殖[31]。关于抑制体内血管生成,Tw-TMP-SeNP[5]、木瓜多糖纳米硒(CSP-SeNPs)[29]、芍药多糖纳米硒(PLP-SeNPs)[32]通过抑制斑马鱼的血管生成有效阻断了肿瘤的增殖和迁移,其抗肿瘤效果与阳性药物相当甚至更强,而抑制血管生成的分子机制尚未明确。在免疫调节抗肿瘤方面,TCMP-SeNPs主要通过保护免疫器官、促进外周血中自然杀伤细胞(natural killer cell,NK)的细胞毒性、巨噬细胞的吞噬活性及淋巴细胞亚群(CD4+/CD8+、CD3+/CD19+)的增殖和比例等,通过免疫调节和改善肿瘤微环境从而间接发挥抗肿瘤作用,最终抑制实体瘤的生长[6,9,33],而抗肿瘤免疫调节的分子机制尚未见报道。综上,TCMP-SeNPs可通过多种途径发挥抗肿瘤作用,且效果较TCMP和SeNPs更为显著,具有作为抗肿瘤药物的巨大潜力。然而,仍有大量TCMP-SeNPs的体内抗肿瘤效果尚未得到验证,在体内、外发挥抗肿瘤作用的机制尚未完全阐明,仍存在显著的机制性空白,尤其是阐明具体的分子机制,这对于肿瘤的靶向治疗具有重要意义。目前大多数研究主要集中于下游效应,而忽视了对TCMP-SeNPs所引发的上游受体相互作用或转录级联反应的深入探究,因此,深入理解其作用机制并进行通路特异性验证仍是未来研究的关键重点。TCMP-SeNPs的抗肿瘤作用机制见图2。

2.2 抗氧化

TCMP-SeNPs可通过清除羟自由基(·OH)、超氧阴离子自由基(O)、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)和2,2'-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸[2,2'-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid,ABTS]自由基,激活谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH-Px)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化氢酶(catalase,CAT)等内源性抗氧化酶活性,抑制脂质过氧化及调控上游氧化应激信号多重机制发挥抗氧化效应,从而提高氧化应激细胞的存活率或改善氧化应激模型动物相关的组织病理学损伤及生理功能障碍。如桑椹多糖纳米硒(MFP-SeNPs)具有显著的O、DPPH和ABTS自由基清除能力,能降低双酚A诱导的小鼠睾丸TM4细胞中丙二醛和活性氧水平,并通过磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K)/Akt途径增强GSH-Px和SOD等抗氧化酶活性[34]。类似地,三颗针多糖纳米硒(BRP-SeNPs)能提高H2O2诱导的小鼠正常肝AML-12细胞损伤模型的细胞存活率和GSH-Px活性,降低丙二醛含量,提高CCl4诱导的小鼠肝脏SOD、GSH-Px活性,通过核因子E2相关因子2(nuclear factor E2-related factor 2,Nrf2)信号通路减轻氧化应激[22]。值得注意的是,TCMP-SeNPs相比未修饰的TCMP表现出显著更强的抗氧化能力,这与Se的氧化还原特性及其在谷胱甘肽代谢中的参与有极大关系。Se是GSH-Px的关键组成成分,在维持细胞氧化还原平衡中发挥核心作用。综上,TCMP-SeNPs提供了一种更强大且机制整合的抗氧化策略,可作为一种潜在的抗氧化剂或有前途的功能食品添加剂,用于预防和治疗氧化应激相关疾病。然而,相关信号通路调控的分子细节及其交互作用仍需进一步研究。TCMP-SeNPs的抗氧化作用机制见图3。

2.3 抗炎

TCMP-SeNPs可通过调控炎症因子、调节炎症相关信号通路发挥抗炎作用,抑制脂多糖诱导的巨噬细胞炎症[11,35-36]、脂多糖或硫酸钠葡聚糖(dextran sulfate sodium,DSS)诱导的肠道炎症[37-39]、CCl4或肝癌诱导的肝脏炎症[22,40-41]。炎症因子可分为促炎型和抗炎型2类,正常情况下这些因子的水平保持平衡,然而当受到刺激时细胞会释放促炎因子,导致2类因子失衡,最终诱发炎症。研究表明,TCMP-SeNPs可显著抑制炎症介质一氧化氮的产生,下调促炎因子如肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白细胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)、IL-6、IL-12、IL-17、诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)的表达,上调抗炎因子IL-10、IL-4的表达,这种双重调控作用有助于构建更稳定抗炎作用的炎症微环境。此外,TCMP-SeNPs可同时作用于Toll样受体4(Toll-like receptor 4,TLR4)/核因子-κB(nuclear factor-κB,NF-κB)、NF-κB/转录激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3,STAT3)、TLR4/丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)等信号通路,从而实现对炎症反应的全方位调控。如麦冬多糖纳米硒(ORP-SeNPs)能显著上调DSS结肠炎小鼠结肠中IL-4和IL-10,降低TNF-α和IL-6,抑制NF-κB/STAT3信号通路的激活来缓解肠道炎症[38]。NF-κB是一组诱导型转录因子,主导早期炎症并可诱导STAT3活化,STAT3介导持续炎症并反馈增强NF-κB活性。ORP-SeNPs通过双重抑制阻断这一恶性循环,一定程度上可从根源缓解结肠炎。MAPK包括亚家族细胞外信号调节激酶(extracellular regulated protein kinases,ERK)、c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)和p38,广泛存在于哺乳动物细胞中,也是调控炎症反应的重要途径。BRP-SeNPs可阻断TLR4/MAPK通路,通过下调ERK、JNK和p38的表达而减少一氧化氮、IL-1β和TNF-α的释放,从而改善CCl4诱导的小鼠肝脏炎症[22]。综上,TCMP-SeNPs通过同步调控炎症因子及相关信号通路,在抗炎方面展现出优于TCMP的显著优势。这种协同效应有助于重建炎症环境的内稳态,使TCMP-SeNPs成为炎症性肠病、肝脏炎症等炎症性疾病的极具潜力的治疗候选物。然而,目前对其协同作用的具体分子机制和信号通路网络的研究还不够深入和系统,未来仍需进一步研究。TCMP-SeNPs的抗炎作用机制见图4。

2.4 免疫调节

TCMP-SeNPs的体内免疫调节作用在前文抗肿瘤免疫调节中已有提及,其不仅能保护免疫器官,还可促进淋巴细胞和中性粒细胞等免疫细胞的生长,并调节体内相关细胞因子水平。最新研究表明,TCMP-SeNPs可通过肠道菌群介导免疫调节。如铁皮石斛多糖纳米硒(DOP-SeNPs)[42]能有效调节环磷酰胺诱导的免疫抑制小鼠肠道菌群多样性,促进乳酸杆菌和毛螺菌科NK4A136组等益生菌的富集,并通过调控多种抗生素生物合成、蛋白质消化吸收、化学致癌-DNA加合物修复等代谢通路,改善淋巴细胞亚群(CD3⁺ T、CD19⁺ B)比例。而DOP对益生菌的促进作用相对较弱,主要调节花生四烯酸代谢通路(抗氧化途径)。总之,DOP-SeNPs通过“菌群-代谢-免疫”轴发挥了协同免疫调节作用。此外,杜仲多糖纳米硒(EUP-SeNP)[37]、五味子多糖纳米硒(SCP-SeNPs)[43]均可调节肠道菌群,但它们能否通过该途径发挥免疫调节作用仍需进一步探究。体外免疫调节研究显示,TCMP-SeNPs可促进RAW264.7细胞的增殖,增强其吞噬功能,刺激一氧化氮、TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-12p70和IL-10等细胞因子的释放[6,17,44],还可通过增加小鼠脾淋巴细胞因子γ干扰素、IL-2和IL-4的表达来提高免疫[31]。综上,TCMP-SeNPs具有协同免疫增强作用,有作为免疫调节药物和功能食品的极大潜力,尤其适用于免疫损伤(如化疗后)的肠道菌群干预。然而,大多TCMP-SeNPs发挥免疫调节的深层机制尚未阐明,对肠道菌群多样性和生态稳定性的长期影响尚未明确,要确立其临床转化价值,仍需开展纵向研究、人体临床试验及系统水平的微生物组学分析。

2.5 保肝

研究表明,TCMP-SeNPs具有良好的保肝作用,可通过改善肝功能、抑制氧化应激和炎症反应及肝脏病理损伤,有效改善CCl4诱导的肝损伤。如BRP-SeNPs可通过Nrf2/Keap1/丝裂原活化蛋白激酶磷酸酶1(mitogen-activated protein kinase phosphatase 1,MKP1)/JNK途径减轻氧化应激,并通过TLR4/MAPK途径下调促炎因子的机制改善小鼠CCl4肝损伤[22]。此外,灵芝孢子多糖纳米硒(GLP-SeNPs)可以通过靶向铁死亡来预防代谢功能障碍相关脂肪性肝病(metabolic dysfunction-associated fatty liver disease,MAFLD),包括降低铁过载、抑制脂质积累和减轻氧化应激,这种改善是通过激活溶质载体家族40成员1(solute carrier family 40 member 1,SLC40A1)介导的铁途径、酰基辅酶A合成酶长链家族成员4(acyl-CoA synthetase long-chain family member 4,ACSL4)介导的脂代谢和Nrf2介导的谷胱甘肽/谷胱甘肽过氧化酶4(glutathione peroxidase 4,GPX4)途径实现的[45]。然而,该研究仅关注了GLP-SeNPs在HepG2细胞中MAFLD缓解作用和与铁死亡相关的机制,其在体内抗MAFLD的作用和机制仍需进一步研究。综上所述,TCMP-SeNPs可通过整合多种机制发挥肝脏保护作用,为急性肝损伤和MAFLD的防治提供了新的策略,有可能成为一种新型保肝和辅助治疗肝病的药物。然而,要将其转化为临床应用,仍需严格的疗效验证和生物安全性评估。TCMP-SeNPs的保肝作用机制见图5。

2.6 其他作用

除了上述生物活性外,TCMP-SeNPs还具有抗疲劳、降血糖、神经保护等活性。研究表明,LBP1-SeNPs可通过增加糖原储备、提高抗氧化酶水平和调节代谢机制来缓解疲劳,各测试剂量组的力竭游泳时间明显长于对照组,其中高剂量组甚至明显长于阳性组[10]。在降血糖方面,LP-SeNPs可呈剂量相关性抑制α-葡萄糖苷酶的活性,当LP-SeNPs浓度从0.2 mg/mL增加到2 mg/mL时,抑制率从26.09%增加到90.97%(半数抑制浓度=0.54 mg/mL),与阳性对照(阿卡波糖)相当[18]。桔梗多糖纳米硒(PGP-SeNPs)能明显改善糖尿病小鼠的空腹血糖值,降低血清丙二醛含量并提升GSH-Px活性,且高剂量组与二甲双胍对照组治疗效果无显著性差异[46]。以上研究表明,LP-SeNPs和PGP-SeNPs均具有良好的降血糖作用。在神经保护方面,SFPS-SeNPs可通过调控Nrf2/抗氧化反应元件(antioxidant response element,ARE)信号通路减轻氧化应激,实现对6-羟基多巴胺诱导的帕金森病模型大鼠神经损伤的保护作用[20]。随着对TCMP-SeNPs研究的不断深入,相信未来会有更多的生物活性呈现。

3 TCMP-SeNPs的构效关系

探究TCMP-SeNPs结构与生物活性之间的关系既有助于阐明其生物学效应,又能为靶向特定疾病的TCMP-SeNPs的研发提供理论与实践基础。研究表明,TCMP链构象会影响TCMP-SeNPs的生物活性。郑巧[12]比较了由不同链构象生姜多糖G(90-160)制备的G-SeNPs的抗氧化活性,结果表明,具有更舒展的半刚性三螺旋链G130-SeNPs的抗氧化活性极其突出,清除DPPH、ABTS和·OH的能力高于其他样品,当质量浓度达到2.5 mg/mL时,自由基清除率分别为97.63%、97.52%、86.25%。而具有单股柔性链G150-SeNPs和无规卷曲线圈G160-SeNPs的抗氧化效果较弱,对3种自由基的清除率均未超过60.00%。在相同浓度下,不同链构象G-SeNPs的抗氧化能力表现出适度舒展的半刚性三螺旋链>刚性三螺旋链>单股柔性链>无规卷曲线圈的强弱趋势。然而,该规律尚未在细胞和体内层面进行验证。此外,TCMP的一级结构元素(单糖组成、相对分子质量、糖苷键)也可能影响TCMP-SeNPs的生物活性,但目前尚未见报道。现有报道指出,拥有较小尺寸和较高Se含量的TCMP-SeNPs往往显示出较强的生物活性。如SPS-SeNPs具有尺寸相关性的抗炎作用,尺寸越小活性越强[11]。LP-SeNPs的DPPH清除活性与其粒径呈负相关,与Se含量显示出很强的正相关性[18]。类似地,冬虫夏草胞外多糖纳米硒(EPS-SeNPs)以Se含量相关的方式抑制HepG2细胞增殖,粒径最小的EPS-SeNPs具有最高的抗肿瘤活性、最强的促HepG2细胞凋亡能力[27]和抗氧化活性[16,47]。分析其原因,可能是由于较小尺寸的TCMP-SeNPs有利于组织穿透和细胞摄取及SeNPs固有的强生物活性。综上,TCMP-SeNPs的生物活性与其尺寸等理化特性和TCMP链构象等结构元素密切相关,但目前有关TCMP-SeNPs构效关系的研究极为缺乏,它们之间的影响规律尚不清晰。未来研究可针对特定疾病建立“TCMP结构(相对分子质量/糖苷键类型/单糖组成/链构象)-SeNPs特性(尺寸/晶型/表面电荷)-生物效应(吸收率/靶向性/药效)”三维数据库,结合机器学习预测最优组合,以提高TCMP-SeNPs构效关系研究效率。

4 TCMP-SeNPs的消化吸收和药动学

口服给药是临床上最常用的给药途径,而胃肠道的消化和吸收与药物成分的生物活性密切相关,为此,研究者分析了TCMP-SeNPs的胃肠消化吸收特性。体外模拟消化研究显示,TCMP-SeNPs在胃肠消化后粒径增大,且边界变模糊[48-50],但其粒径和Se释放速率显著小于SeNPs[40,49-50],表明胃肠环境对TCMP-SeNPs的粒径和微观结构有重要影响,而TCMP有助于提高SeNPs在消化过程中的结构稳定性并控制Se的释放。Xiao等[48]研究了EPS-SeNPs(Se/EPS=1∶20、1∶1和4∶3)在模拟胃液(simulated gastric fluid,SGF)和肠液(simulated intestinal fluid,SIF)中的Se释放动力学和机制,结果表明,Korsmeyer-Peppas模型能很好地描述SGF和SIF条件下EPS-SeNPs中Se的释放,在SGF中Se/EPS=1∶1和4∶3时,Se的释放动力学遵循经典的Fickian扩散机制,而在SIF中Se/EPS=1∶20时,则遵循由大分子链松弛控制的侵蚀机制,在SGF中Se/EPS=1∶20、SIF中Se/EPS=1∶1和4∶3时,遵循由扩散和侵蚀共同控制的非Fickian机制(图6)。由此可见,Se在胃肠消化过程中的释放速率可以通过调节Se/TCMP来控制。此外,TCMP的链构象亦可影响TCMP-SeNPs在胃肠消化时Se的释放,如以高刚性三螺旋链构象生姜多糖(G90)制备的G90-SeNPs中Se释放全程以扩散机制为主,SIF消化结束时释放率缓慢升至20.82%;以适度舒展的半刚性三螺旋链生姜多糖(G130)制备的G130-SeNPs在SGF中的释放以扩散机制为主,Se释放率在缓释作用下升至8.30%,SIF消化时以侵蚀机制为主,快速升至38.78%,具有更好的控释能力[12]。

关于TCMP-SeNPs的吸收,Zhang等[49]通过肠囊模型研究了LBP-SeNPs、LBP、SeNPs的体外吸收特性,结果表明LBP和SeNPs在肠道各部分(十二指肠、空肠和回肠)的吸收率均随着初始浓度的增加而增加,且主要吸收部位均在十二指肠,而LBP-SeNPs能更好地促进各肠段对Se的吸收,提高Se的生物利用率。深入了解TCMP-SeNPs穿越肠上皮细胞进入体循环的途径与机制,对于阐明其生物活性、合理设计及精确治疗具有重要意义。Zhang等[51]研究了EPS-SeNPs在肠上皮Caco-2细胞中的摄取和转运能力,结果表明,EPS-SeNPs的内吞是一个时间依赖的过程,最终定位于细胞质,而不是细胞核;网格蛋白、小窝蛋白和能量介导的途径参与了Caco-2细胞对EPS-SeNPs的内吞,EPS-SeNPs跨Caco-2细胞单层的转运呈剂量相关性;不同粒径的EPS-SeNPs在Caco-2细胞中表现出不同的摄取和转运能力。此外,Caco-2细胞对枸杞多糖-蛋白结合物纳米硒(LBPP-SeNPs)的内吞过程由网格蛋白和小窝蛋白介导,且LBPP-SeNPs的转运具有能量和浓度依赖性[50]。

此外,Xu等[40]采用荧光染料异硫氰酸荧光素标记SeNPs和ASP-SeNPs并研究其体外细胞摄取和体内生物分布,结果表明,与单独的SeNPs相比,ASP-SeNPs具有更高的体外HepG2细胞摄取能力;SeNPs和ASP-SeNPs主要在肝脏中积累,并通过肾脏代谢和清除。值得注意的是,在不同时间点,用ASP-SeNPs处理的小鼠肝脏中的荧光强度和Se含量显著高于SeNPs,当口服给药12 h时,小鼠肝脏的荧光强度最强且Se含量最高。进一步通过大鼠尾iv分析其体内药动学行为,结果发现未修饰的SeNPs显示出血浆浓度的快速降低,而ASP-SeNPs具有较高的血浆浓度;ASP-SeNPs的血浆半衰期[(15.40±0.62)h] 比SeNPs [(3.30±0.14)h] 更长,在大鼠体内的相对生物利用度[(204.93±11.54)%] 是SeNPs [(100±0)%] 的2.05倍,表明ASP的表面修饰显著延长了SeNPs的体内血液循环时间,从而提高了SeNPs的生物利用度。

综上所述,TCMP-SeNPs在体外消化吸收过程中能够保持良好的稳定性和完整性,并可以有效地控制消化过程中Se的释放,促进吸收,提高生物利用度。然而,目前对于TCMP-SeNPs的胃肠吸收转运机制、体内生物分布和药动学研究仍然有限,且TCMP-SeNPs是以整体存在的纳米体系,TCMP与SeNPs共同作用而发挥整体功效,在分析时不能将SeNPs孤立出来代表TCMP-SeNPs整体。因此,应针对TCMP-SeNPs的特点采用更加合理的评价技术体系,开展更多的研究来深入了解具有不同结构和理化特征的TCMP-SeNPs在消化和跨胞前后的具体变化及其规律,从而进一步揭示其构效关系,为其修饰和设计提供参考依据。同时,应强调从体外实验过渡到体内动物研究的必要性,以充分理解TCMP-SeNPs在消化、吸收、分布和排泄方面的现实意义。

5 TCMP-SeNPs的安全性

TCMP是公认的低毒性活性成分,而SeNPs也已被较多研究证明其安全性显著优于传统补硒剂(如Na2SeO3、富硒酵母、甲基硒代半胱氨酸)[52]。此外,以SeNPs为主要成分的保健食品“硒旺胶囊”已上市多年,且鲜见有关其安全性的不良报道。据此推测,由TCMP和SeNPs结合而成的TCMP-SeNPs可能具有较高的安全性。大量细胞毒性实验证明,TCMP-SeNPs对正常细胞低毒或无毒性,甚至促进正常细胞增殖,其细胞毒性低于SeNPs、Na2SeO3[18,30,34,53]。为了给TCMP-SeNPs在纳米医学和营养科学中通过口服给药的未来探索和转化应用提供证据,研究者对其进行了体内安全性评价。研究发现,PGP90-SeNPs对小鼠的急性经口毒性[半数致死量(median lethal dose,LD50)=95.61 mg Se/kg] 显著低于Na2SeO3(LD50=4.93 mg Se/kg)、甲基硒代半胱氨酸(LD50=14.6 mg Se/kg)和硒代蛋氨酸(LD50=25.6 mg Se/kg)[9],该实验与侯巍等[54]研究结论相符。Ye等[37]通过分别给小鼠口服EUP-SeNP 7 d和30 d来评价短期和长期毒性,结果显示,无论7 d或是30 d,对照组和EUP-SeNP组在体质量、血清丙氨酸氨基转移酶(alanine aminotransferase,ALT)、天冬氨酸氨基转移酶(aspartate aminotransferase,AST)及心脏、肝脏、脾脏、肺、肾脏、结肠每个器官的外观和苏木精-伊红(hematoxylin and eosin,H&E)染色之间均没有显著差异,表明口服EUP-SeNP在短期和长期内对机体没有毒性作用,并且具有良好的生物相容性。此外,Lan等[6]通过测量反映肝和肾功能的4个生化指标(ALT、AST、尿素氮和血肌酐)来评估山茱萸酸性多糖纳米硒(FCP-SeNPs)、FCP-3和SeNPs治疗H22荷瘤小鼠20 d后的毒性。结果显示,FCP-3和FCP-SeNPs都不会引起肝或肾损害,且心脏、肝脏、脾脏、肺、肾的H&E染色检查无明显异常,这些发现共同表明,FCP-3和FCP-SeNPs在体内没有引起显著的毒性或不良反应。不同的是,SFPS-SeNPs会对KM小鼠产生一定的蓄积性毒性,但蓄积系数>5,属于轻度蓄积[20]。综上,虽然TCMP-SeNPs在短期使用时表现出良好的安全性与生物活性,但目前缺乏其长期毒性数据。为确保TCMP-SeNPs在医疗和膳食领域的安全应用,未来研究应聚焦其长期毒性、遗传毒性及代谢蓄积效应,为其临床应用提供全面的非临床安全性信息参考。

6 TCMP-SeNPs的应用

基于TCMP-SeNPs卓越的生物相容性、稳定性、生物活性和安全性,其在药品和食品领域展现出良好的应用前景。

6.1 药品领域

在药品领域,TCMP-SeNPs的应用主要表现在3个方面。首先,可作为抗肿瘤、保肝、肠道保护等的潜在治疗或辅助性治疗药物。尤其在抗肿瘤方面,TCMP-SeNPs在癌细胞和正常细胞之间表现出高度的选择性,可靶向杀伤癌细胞且对正常细胞的损伤较小或无损伤[21,28,30]。其次,可作为药物递送载体。TCMP-SeNPs既可以单独作为药物,还可以作为药物载体,与其他药物发挥协同作用。如Rao等[55]在中药配伍理论的指导下,成功合成了负载丹参酮IIA(tanshinone IIA,TSIIA)的黄芪多糖纳米硒(TSIIA@SeNPs-APS),这种设计提高了APS和TSIIA的生物利用度,具有高稳定性、高效递送和对脊髓损伤治疗的高疗效的益处,为通过纳米技术开发中药活性成分的协同效应以提高疗效提供了参考。此外,对于难溶性、有毒性药物,TCMP-SeNPs载体可通过提高细胞摄取和控制释放达到增效减毒的目的。如相比具有难溶性和全身毒性的雷公藤甲素(triptolide,TP),负载TP的LBP-SeNPs(LBP-SeNPs@TP)表现出增强的抗胰腺癌疗效和显著降低的毒性[56]。最后,TCMP-SeNPs可作为更安全的Se营养补充剂,替代现有临床Se制剂(如Na2SeO3、富硒酵母、甲基硒代半胱氨酸),改善人体的Se营养状态,预防和治疗与Se缺乏相关的疾病。据报道,全球约有15%的人口患有Se缺乏症[57],而我国18岁及以上成人膳食Se摄入不足的比例高达78.7%[58]。

6.2 食品领域

在食品领域,TCMP-SeNPs的应用同样表现在3个方面。首先,可作为功能性食品原料,用于开发有助于增强免疫力、抗氧化、调节肠道菌群、缓解体力疲劳等功效的功能性食品。其次,可作为Se营养补充剂,预防Se缺乏及相关疾病。此外,可作为食品包装材料。如Zou等[59]将具有出色的GSH-Px样活性的银杏叶多糖纳米硒(Se-GBLP)加入可降解壳聚糖(chitosan,CS)中制成CS/Se-GBLP复合膜,复合膜表现出良好的机械性能、紫外-可见光阻隔性能、水蒸气渗透性和抗氧化活性,能够保持香蕉和圣女果的品质,显著延长其保质期。可见,TCMP-SeNPs作为食品活性包装材料的应用前景值得期待,今后应在TCMP-SeNPs对食品包装材料理化性能和生物性能的提升、Se的渗入迁移、环境影响等方面进一步深入研究。

7 结语

TCMP-SeNPs作为一种新兴的纳米复合功能材料,结合了TCMP和SeNPs的固有优势,克服了它们的内在局限,显示出卓越的药动学特性、靶向递送能力及生物相容性和安全性,发挥出协同增效的抗肿瘤、抗氧化、抗炎、免疫调节等生物活性,在药品(作为新型药物/药物递送载体)和食品(作为高效安全的功能性食品成分/Se营养补充剂/包装材料)领域展现出了极大的应用潜力。

尽管当前研究取得了积极发现,但仍存在诸多局限和盲区亟需重点突破:(1)构效关系不明确。当前研究多关注TCMP-SeNPs的尺寸对其生物效应的影响,却忽视了源头因素TCMP结构的影响。TCMP结构不仅对TCMP-SeNPs的理化特性起着决定性影响,其功能基团还可发挥靶向递送作用,因此,未来研究可通过建立“TCMP结构(相对分子质量/糖苷键类型/单糖组成/链构象)-SeNPs特性(尺寸/晶型/表面电荷)-生物效应(吸收率/靶向性/药效)”三维数据库,结合机器学习进行构效关系图谱化预测。(2)作用机制深度解析不够。虽然观察到功效协同效应,但对协同作用的具体分子机制和信号通路网络的研究不够深入和系统,仍存在显著的机制性空白。(3)缺乏长期安全性评估。现有研究集中于急性或亚急性毒性评估,虽表现出良好的安全性,但对其长期毒性、遗传毒性及代谢蓄积和对肠道菌群稳态的长期效应的深入研究仍不可或缺。

总之,TCMP-SeNPs的研究虽已取得显著进展,但仍需更深入理解其构效关系、协同分子机制及临床转化路径。未来研究应加强多学科交叉合作,推动这一极具潜力的复合功能材料从基础研究走向实际应用。

来 源:陈方圆,王继龙.中药多糖纳米硒的制备、活性和应用研究进展 [J]. 中草药, 2025, 56(16): 5994-6005.

来源:天津中草药一点号

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