载有埃莫丁的荧光介孔硅纳米颗粒在PC3前列腺癌细胞中的靶向递送与抗癌活性

emodin通过介孔硅纳米颗粒递送增强前列腺癌PC3细胞凋亡和自噬作用，分子机制研究显示emodin优先与AKT1激酶的异位口袋结合，纳米载体提高药物稳定性及生物利用度，抑制效果优于游离emodin。

　　

保罗·雅尼克（Paul J?nicke）|卢德格尔·A·韦斯约汉（Ludger A. Wessjohann）|日科·米兰诺维奇（?iko Milanovi?）|戈兰·N·卡卢杰罗维奇（Goran N. Kalu?erovi?）

德国哈雷（Halle, Saale）莱布尼茨植物生物化学研究所（Leibniz Institute of Plant Biochemistry）生物有机化学系，Weinberg 3，邮编D 06120

摘要

埃莫丁（Emodin，简称EO）是一种天然存在的蒽醌衍生物，具有广泛的生物活性，包括对癌细胞的显著抗增殖作用。然而，其在生理介质中的选择性较低且稳定性不足，限制了其临床应用。为了提高EO的递送效率和细胞内生物利用度，本研究采用了非荧光性的球形介孔二氧化硅纳米颗粒（SNM）以及荧光标记的类似物（SNM～M和SNM～L）作为纳米载体。制备的纳米材料在浓度高达120 μg/mL时仍无细胞毒性，并能有效防止EO的过早分解。装载EO的纳米载体（SNM|EO、SNM～M|EO、SNM～L|EO）在48小时内显著降低了PC3前列腺癌细胞的存活率，其中SNM|EO的细胞毒性最强（IC₅₀分别为18.3 ± 5.3 μM（MTT法）和22.3 ± 3.4 μM（MTT法），而游离EO的IC₅₀分别为23.9 ± 8.5 μM（MTT法）和29.9 ± 3.6 μM（MTT法）。荧光显微镜观察显示，荧光纳米颗粒可迅速被细胞摄取（2小时内），并且EO可在48小时内释放到细胞内。流式细胞术证实EO及其纳米载体能够诱导细胞凋亡和自噬，同时伴随活性氧（ROS）和RNA的产生增加。为阐明这些效应的分子机制，研究人员对AKT1激酶（PC3细胞存活的关键调控因子）进行了分子对接和分子动力学模拟。分子对接结果表明EO优先结合AKT1的变构口袋，其中单阴离子形式表现出最理想的相互作用；分子动力学模拟进一步证实了复合物的稳定性以及局部灵活性的轻微降低，这与变构调控一致。这些发现表明，装载EO的介孔二氧化硅纳米颗粒通过增加细胞内EO的递送量和激活导致细胞凋亡及自噬的途径来促进PC3细胞死亡。结果还表明，EO与AKT1的相互作用可能调控细胞存活信号通路，为进一步研究这一机制提供了依据。

章节摘录

引言

埃莫丁（1,3,8-三羟基-6-甲基蒽醌，EO）是一种天然存在的蒽醌衍生物，存在于多种植物的根部和树皮中，尤其是在传统的亚洲草药[1]、[2]以及某些真菌（如Trichoderma harzianum[3]中。由于其广泛的生物活性，EO长期以来被用于传统中药，其抗病毒、抗癌和免疫抑制作用已得到认可[4]、[5]、[6]。

介孔二氧化硅纳米颗粒的荧光标记与埃莫丁装载

根据先前报道的制备方法[19]、[20]，合成了球形介孔丙胺功能化的二氧化硅纳米颗粒（SNM）及其用N-甲基异草酸酐（SNM～M）和丽萨明罗丹明B磺酰氯（SNM～L）改性的荧光衍生物，以及相应的装载埃莫丁的材料（SNM|EO、SNM～M|EO和SNM～L|EO）。所有材料均在无水条件下处理，并在使用前储存在干燥的氮气环境中。所使用的埃莫丁纯度≥98%（TCI标准）。

细胞毒性研究

通过MTT法和结晶紫染色法评估了EO及制备的介孔二氧化硅纳米颗粒在PC3人类前列腺癌细胞中的细胞毒性（处理48小时后，见表1）。初步筛选结果显示，未装载埃莫丁的介孔纳米颗粒（SNM、SNM～M、SNM～L）在浓度高达120 μg/mL时无细胞毒性，表明二氧化硅骨架及其荧光修饰在实验条件下具有生物惰性。

结论

本研究表明，球形介孔二氧化硅纳米颗粒是向雄激素非依赖性PC3前列腺癌细胞递送EO的有效载体。未装载埃莫丁的材料（SNM、SNM～M、SNM～L）在浓度高达120 μg/mL时无细胞毒性，而装载EO的纳米载体在48小时后显著降低了细胞存活率。其中，SNM|EO的IC₅₀值最低，表明封装技术提高了药物的细胞内递送效率和生物利用度。

作者贡献声明

日科·米兰诺维奇（?iko Milanovi?）：撰写初稿、验证、方法学设计、概念构建。 戈兰·卡卢杰罗维奇（Goran Kalu?erovi?）：验证、方法学设计、数据管理、概念构建。 保罗·雅尼克（Paul J?nicke）：数据可视化、方法学设计、实验研究。 卢德格尔·韦斯约汉（Ludger Wessjohann）：数据可视化、验证、方法学设计、实验研究。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

作者感谢塞尔维亚共和国科学、技术发展与创新部（协议编号：451-03-136/2025-03/200378）的财政支持，以及德国学术交流服务（DAAD）的PPP项目（项目编号：57704403）的资助。