黄连叶提取物绿色合成铁纳米颗粒在大鼠牙周炎模型中降低TNF-α和IL-1β炎症因子的应用研究

《Food Science & Nutrition》：The Application of Iron Nanoparticles Green-Synthesized by Coptis chinensis Leaf Aqueous Extract in Reducing the TNF-α and IL1-β Inflammatory Cytokines in the Rat Periodontal Model

本研究首次报道了利用黄连（Coptis chinensis）叶水提物绿色合成铁纳米颗粒（FeNPs），并系统评估其在大鼠实验性牙周炎模型中的抗炎作用。通过FT-IR、UV-Vis、EDX、XRD和FE-SEM等表征手段证实成功合成了球形FeNPs（粒径20-50 nm）。动物实验表明，牙龈局部注射FeNPs（25-100 μg/kg）能显著降低促炎细胞因子TNF-α和IL-1β水平（p ≤ 0.01），提升抗氧化酶（SOD、CAT）活性，并抑制RANK、iNOS等骨吸收相关基因的表达。研究凸显了植物提取物与纳米技术的协同效应，为牙周炎的绿色治疗提供了新策略。

　　

1 引言

牙周炎是一种影响牙周支持组织的炎症性疾病，主要由牙菌斑引起的免疫反应导致牙龈结缔组织破坏，是全球成人牙齿丧失的主要原因。传统机械治疗如刮治和根面平整虽为基础，但不足以完全阻止疾病进展。牙周病原菌如牙龈卟啉单胞菌（Porphyromonas gingivalis）等革兰氏阴性厌氧菌的感染是关键致病因素。近年来，草药产品因其抗菌、抗炎和抗氧化特性，在治疗牙周病方面受到关注。

黄连（Coptis chinensis）作为传统中药，其主要活性成分小檗碱（berberine）具有抗炎、抗菌和抗糖尿病等多种药理活性。研究表明，黄连中的生物碱（如小檗碱、巴马汀等）可通过调节PI3K/AKT/mTOR和Wnt1/β-catenin信号通路发挥抗炎作用。绿色合成纳米颗粒（如铁纳米颗粒，FeNPs）利用植物提取物作为还原剂和稳定剂，具有独特的抗氧化、抗炎和抗菌功效，在牙周炎治疗中展现出潜力。然而，纳米颗粒的毒性积累和体内外相关性差等问题限制了其临床转化。

本研究首次利用黄连叶水提物绿色合成FeNPs，并探讨其在大鼠牙周炎模型中对关键炎症因子TNF-α和IL-1β的抑制作用，旨在开发一种新型的牙周炎治疗策略。

2 实验部分

2.1 材料

所有化学品购自Sigma-Aldrich和Merck，未经纯化直接使用。

2.2 黄连叶提取物的制备

黄连叶片阴干10天后粉碎过60目筛，取5 g粉末与100 mL双蒸水混合，60°C水浴加热30分钟，经Whatman滤纸过滤获得水提物。

2.3 FeNPs的绿色合成

将2 × 10^?2M的FeCl₃溶液与黄连提取物按1:1混合，溶液变为深棕色表明FeNPs形成。混合物以10,000 rpm离心10分钟，沉淀用去离子水洗涤三次以去除杂质。

2.4 FeNPs的化学表征

采用UV-Vis光谱（200-800 nm）检测表面等离子共振吸收峰；FE-SEM观察表面形貌；EDX分析元素组成；FT-IR（400-4000 cm^?1）鉴定官能团；XRD（2θ范围5°-100°）分析晶体结构，并通过Scherrer公式计算晶粒尺寸。

2.5 牙周炎实验模型

50只雄性Wistar大鼠（体重240-260 g）随机分为5组（n=10）：对照组（无牙周炎诱导，注射生理盐水）、未治疗组（牙周炎诱导，注射生理盐水）、治疗组I-III（牙周炎诱导后分别注射25、50、100 μg/kg的FeNPs）。牙周炎通过在大鼠右上颌第一磨牙颈部结扎0-3号缝线诱导，持续7天。FeNPs溶解于二甲基亚砜（DMSO）后，直接注射至牙龈组织（30 μL/次）。通过ELISA检测牙龈组织中TNF-α、IL-1β、CINC-1和IL-10水平；qRT-PCR分析RANK、TNF-α、iNOS和IL-1β基因的mRNA表达；组织学染色评估牙槽骨损失（ABL）和血浆骨碱性磷酸酶（PBAP）水平。

2.6 统计分析

数据以均值±标准差表示，采用SPSS-22软件进行单因素方差分析（ANOVA），Duncan事后检验（p < 0.05视为显著）。

3 结果与讨论

3.1 FeNPs的合成与表征

FeCl₃与黄连提取物反应后溶液颜色变为黑色，表明Fe³⁺被还原为Fe⁰。FT-IR光谱显示568 cm^?1处的振动带归属于Fe-O键，1033-3421 cm^?1处的峰对应黄连中黄酮类和多酚化合物的官能团（如C=O、O-H）。UV-Vis光谱在294 nm处出现吸收带，与FeNPs的表面等离子共振相关，且因量子限域效应出现蓝移。EDX谱图在6.44 keV（FeKα）、7.13 keV（FeLβ）和0.71 keV（FeLα）处确认铁元素存在，同时检测到碳（0.28 keV）和氧（0.52 keV），表明有机分子包覆于FeNPs表面。FE-SEM显示FeNPs呈球形，粒径分布以30-35 nm为主（27%），平均晶粒尺寸为42.37 nm。XRD谱图中2θ为38.3°、44.3°和64.5°的峰分别对应（311）、（400）和（440）晶面，与标准卡片（ICDD PDF#96-900-5813）一致。

3.2 FeNPs对牙周炎的抗炎作用

在牙周炎大鼠模型中，FeNPs治疗显著降低了牙龈组织中的促炎因子水平。与未治疗组相比，FeNPs（100 μg/kg）使TNF-α和IL-1β含量分别下降（p < 0.01），同时抗炎因子IL-10升高。剂量效应分析显示，100 μg/kg剂量的效果优于25和50 μg/kg（p < 0.05）。此外，FeNPs还降低了CINC-1（细胞因子诱导的中性粒细胞趋化因子-1）水平，表明其能全面抑制炎症反应。

3.3 FeNPs对抗氧化酶和骨代谢的影响

FeNPs治疗显著提升了牙龈组织中的超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活性（p < 0.05），减轻了氧化应激损伤。同时，牙槽骨损失（ABL）面积减少，血浆骨碱性磷酸酶（PBAP）水平升高，提示FeNPs可能促进骨再生。qRT-PCR结果显示，FeNPs剂量依赖性地抑制RANK、TNF-α、iNOS和IL-1β基因的mRNA表达，进一步证实其通过调控骨吸收和炎症通路发挥保护作用。

3.4 机制探讨与文献对比

FeNPs可能通过抑制免疫细胞（如单核细胞）中LPS诱导的炎症信号通路，减少TNF-α和IL-1β的分泌。黄连中的小檗碱等成分与FeNPs的协同作用增强了抗炎效果。与其他绿色合成纳米颗粒（如银纳米颗粒）相比，FeNPs具有更好的生物相容性和可降解性。研究还指出，FeNPs可与其他纳米载体（如脂质体）结合，用于靶向递送抗炎药物，提高牙周炎治疗的精准性。

4 结论

本研究成功利用黄连叶提取物绿色合成了结晶度良好、尺寸均匀的FeNPs，并证实其在大鼠牙周炎模型中能有效降低促炎细胞因子（TNF-α、IL-1β）水平，提升抗氧化酶活性，抑制骨吸收相关基因表达。FeNPs与黄连活性成分的协同作用为牙周炎治疗提供了新思路。未来需进一步开展毒理学研究和大型动物实验，推动其临床转化。