番茄红素立方体纳米粒：基于分子对接研究的新型抗氧化与抗癌特性增强平台

《Scientific Reports》：Cubosomal nanoparticles of lycopene as a novel platform for enhancement in antioxidant and anticancer properties with a molecular docking study

本研究针对番茄红素溶解性差、生物利用度低的问题，通过构建番茄红素立方体纳米粒(Lyc-Cub-NPs)，系统评估了其对HT-29结肠癌细胞的抗氧化和抗癌活性。结果表明，Lyc-Cub-NPs相比游离番茄红素显著增强了DPPH/ABTS自由基清除能力，并将IC50从95.25 μg/ml降至54.04 μg/ml。机制研究显示其通过抑制PI3K/AKT/mTOR通路、上调Caspase-3表达诱导细胞凋亡。该研究为改善疏水性活性成分的递送效率提供了新策略。

在当今全球癌症负担日益加重的背景下，结直肠癌作为常见的恶性肿瘤类型，其治疗仍面临化疗副作用大、靶向性差等挑战。与此同时，天然产物因其低毒性和多靶点作用特点逐渐受到关注，其中番茄红素作为番茄、西瓜等红色果蔬中富含的强效类胡萝卜素，已被证实具有显著的抗氧化、抗炎和抗癌特性。然而，番茄红素极高的疏水性(log P=17.64)和极低的生物利用度(1.85±0.39%)严重限制了其临床应用价值。

为突破这一技术瓶颈，研究人员在《Scientific Reports》上发表了创新性研究，通过构建番茄红素立方体纳米粒(Lyc-Cub-NPs)这一新型递送系统，系统评估了其对HT-29结肠癌细胞的抗氧化和抗癌活性增强效果。立方体纳米粒作为一种具有独特三维蜂窝状结构的液晶纳米颗粒，以其高载药量、缓释特性和良好生物相容性著称，特别适合疏水性药物的递送。

研究团队采用熔融分散乳化法制备Lyc-Cub-NPs，通过多种表征技术验证了纳米颗粒的成功构建。结果显示，所得纳米粒平均流体力学直径为154.37±1.16 nm，多分散指数(PDI)为0.21±0.025，Zeta电位为-30.58±2.85 mV，表现出良好的单分散性和稳定性。透射电镜(TEM)图像清晰展示了典型的六边形立方体结构，而扫描电镜(SEM)则证实了颗粒表面的球形特征。傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析显示，番茄红素特征吸收峰在立方体中的消失，证明了其成功包载于脂质双分子层中。

在关键技术方法方面，研究综合运用了纳米制剂制备与表征技术、分子对接模拟、自由基清除实验、细胞活力检测(MTT法)、流式细胞术分析细胞周期与凋亡，以及qRT-PCR和ELISA等分子生物学技术，系统评估了Lyc-Cub-NPs的理化特性及生物活性。

表征研究通过紫外-可见光谱、粒径分析、电镜观察等手段，证实了Lyc-Cub-NPs的成功制备，其包封率达到83.3±5.67%，溶解效率在60分钟内达到69.77±0.68%，显著改善了番茄红素的溶出特性。

分子对接研究利用AutoDock Vina软件模拟发现，番茄红素能够以较高亲和力(-5.443至-2.888 kcal/mol)结合于PI3Kα的ATP结合口袋，与Met772、Trp780、Val850等关键残基产生疏水相互作用(距离3.58-3.85?)，为后续实验提供了理论依据。

抗氧化活性评估通过DPPH和ABTS自由基清除实验证明，Lyc-Cub-NPs的抗氧化能力显著优于游离番茄红素，其IC₅₀值分别从42.61 μg/ml降至8.43 μg/ml(DPPH法)和从58.28 μg/ml降至27.47 μg/ml(ABTS法)。

细胞活力测试MTT实验显示，Lyc-Cub-NPs对HT-29细胞的抑制作用更强，IC₅₀值从游离番茄红素的95.25 μg/ml降低至54.04 μg/ml，表明纳米制剂显著增强了抗癌活性。

细胞周期分析流式细胞术检测表明，Lyc-Cub-NPs处理能够诱导HT-29细胞发生G0/G1期阻滞，阻滞比例从对照组的34.6%显著上升至85.7%，有效抑制了肿瘤细胞增殖。

细胞凋亡检测Annexin V/PI双染色结果显示，Lyc-Cub-NPs处理的细胞凋亡率从对照组的1.5%提高至27.3%，证实了其强大的促凋亡能力。

基因表达分析qRT-PCR检测发现，Lyc-Cub-NPs能够下调PI3K(57%)、AKT(57.13%)、mTOR(53.47%)和Bcl-2(59.43%)的表达，同时上调Caspase-3(55.45%)的表达，表明其通过调控关键信号通路诱导细胞凋亡。

蛋白含量测定ELISA实验结果与基因表达趋势一致，进一步证实了Lyc-Cub-NPs对PI3K/AKT/mTOR信号通路的抑制作用和促凋亡效应。

本研究通过系统的实验设计，充分证明了立方体纳米粒作为番茄红素递送系统的优越性。与传统的脂质体或固体脂质纳米粒相比，立方体纳米粒独特的双连续立方相结构不仅显著提高了药物的负载量和稳定性，还通过改善细胞摄取和调控关键信号通路，实现了抗癌活性的倍增。特别值得注意的是，研究首次将分子对接技术与实验验证相结合，从分子层面阐释了番茄红素的作用机制，为天然产物的开发应用提供了新思路。

该研究的创新之处在于成功构建了具有临床应用潜力的番茄红素纳米递送系统，并深入揭示了其作用机制。研究结果不仅为改善疏水性活性成分的生物利用度提供了技术方案，也为结直肠癌的预防和治疗提供了新的候选策略。未来，通过进一步优化制剂工艺和开展临床前研究，Lyc-Cub-NPs有望发展成为具有广阔应用前景的天然抗肿瘤制剂。