由Passiflora edulis中的环阿坦皂苷介导的生物源氧化锌纳米粒子的细胞毒性活性：实验验证与计算建模

《South African Journal of Botany》：Cytotoxic activity of biogenic zinc oxide nanoparticles mediated by cycloartane saponins from Passiflora edulis: Experimental validation and computational modeling

抗增殖活性研究显示西番莲叶提取物及ZnO纳米粒子对Caco-2细胞抑制效果显著（IC50=18.99±1.11 μg/mL），通过分子对接和动力学模拟证实其作用机制与AKT1信号通路相关，并鉴定了3种新环阿屯烷型皂苷及2种已知皂苷。

　　

Abeer H. Elmaidomy|Alshymaa Abdel-Rahman Gomaa|Ihsan Alrubaie|Marwa A. Fouad|Mohamed A. Rabeh|Omnia Magdy Hendawy|MA. Zarka|Usama Ramadan Abdelmohsen|Hesham A. Abou-Zied

埃及本尼苏夫大学药学院药用植物学系，本尼苏夫 62514

摘要

Passiflora edulis f. edulis（西番莲科）在传统南美民间医学中用于治疗支气管炎、失眠、哮喘和尿路感染。尽管其具有广泛的药用价值，但关于其植物化学成分和生物活性的研究却相对较少。因此，本研究旨在体外评估P. edulis乙醇提取物及其绿色合成的氧化锌纳米颗粒对HepG2、MCF7和Caco2细胞系的抗增殖作用，并对其化学成分进行鉴定。体外实验结果表明，合成的ZnO纳米颗粒比总乙醇提取物更具活性，对Caco-2细胞系的抑制作用显著（IC?? = 18.99 ± 1.11 μg/mL）。从P. edulis叶片中分离出三种新的环阿坦类皂苷——16β,20β-二羟基西番莲素（1）、16α,20β-二羟基西番莲素（2）和20β-羟基西番莲素（3），并通过光谱分析确认了它们的身份。基因本体分析表明，AKT1信号通路是这些抗增殖作用的主要机制。此外，还进行了分子对接和110纳秒分子动力学模拟，以研究这些化合物与丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶AKT1的相互作用。其中，化合物（4）在整个模拟过程中表现出强烈的结合亲和力和稳定性，提示其具有潜在的细胞毒性。总体而言，这些发现凸显了P. edulis及其合成的ZnO纳米颗粒在癌症化学预防和治疗中的治疗潜力。

引言

癌症是全球仅次于心血管疾病的第二大死亡原因（Hassanpour和Dehghani，2017）。其特征是由于衰老、肥胖、吸烟、紫外线和电离辐射以及某些微生物感染等因素引起的基因突变导致异常细胞不受控制地增殖（Hassanpour和Dehghani，2017）。肿瘤的发生和发展涉及多种生物学过程，包括持续增殖、抗凋亡能力、血管生成、侵袭和转移（A.H. Elmaidomy等人，2023）。2022年全球报告了超过2000万新发癌症病例，死亡率超过45%，这突显了有效治疗策略的迫切需求（Elmaidomy等人，2017）。目前的治疗方法——如手术、放疗、化疗和免疫疗法——根据疾病阶段和患者状况单独或联合使用（Elmaidomy等人，2020）。然而，化疗常受到副作用、选择性差、药物耐药性和免疫抑制的限制。因此，由于天然来源的化合物具有结构多样性、相对安全性和治疗潜力，人们加大了寻找新型抗癌剂的力度（Elmaidomy等人，2020）。

磷脂酰肌醇-3激酶（PI3Ks）是一类脂质激酶，可生成第二信使PI(3,4,5)P?，激活Akt以调节细胞存活、增殖和生长（Vara等人，2004）。PI3K/Akt通路的失调在癌症中很常见，会通过抑制凋亡来促进化疗和放疗的耐药性（Vara等人，2004）。因此，针对这一通路进行干预对于有效的抗癌治疗至关重要（Vara等人，2004）。值得注意的是，来自Platycodi radix（SPR）（Liu等人，2023）和Panax notoginseng（PNS）（Hou等人，2025）的植物化合物通过调节PI3K/Akt信号通路显示出治疗潜力。SPR通过miR-181c/d-5p–RBM47轴抑制结直肠癌细胞的增殖、迁移和侵袭，而PNS通过PI3K-Akt抑制调节肺纤维化中的自噬和凋亡，表明植物皂苷在靶向这一关键致癌通路方面的潜力。

纳米颗粒（NPs）是至少有一个维度小于100纳米的颗粒，具有与其块状对应物不同的物理化学性质（Gavas等人，2021）。根据形态学特征，它们被分类为0D、1D、2D或3D结构，由核心、壳层和表层组成（Gavas等人，2021）。由于其高表面积与体积比、小尺寸和可调的表面特性，NPs在生物医学应用中受到广泛关注，尤其是在药物递送方面（Gavas等人，2021）。NPs通过增强渗透性和滞留效应（EPR）提高深层组织的渗透能力，而表面修饰则影响循环时间和生物利用度（Liu等人，2023）。例如，聚乙二醇（PEG）涂层可以减少调理作用和免疫清除。此外，聚合物组成的调节可以实现药物释放的控制。这些特性共同提高了癌症治疗的效果（Liu等人，2023）。在各种纳米材料中，氧化锌（ZnO）NPs因其独特的物理化学性质、生物相容性和半导体特性而受到关注。ZnO NPs具有抗菌和抗癌活性，并通过诱导癌细胞凋亡在纳米医学中展现出潜力，通常是通过DNA损伤途径实现的。此外，用肽、蛋白质或核酸进行功能化可以增强靶向药物递送，从而提高治疗效果同时减少副作用（Naveed等人，2025；Kamaraj等人，2025）。

地理和环境条件通过调节初级和次级代谢途径显著影响植物代谢产物的组成（Xu等人，2022）。海拔、纬度和地形等因素改变了光照、紫外线辐射和温度，导致防御性化合物（如酚类、黄酮类、萜类和生物碱）的积累增加（Zhang等人，2025）。环境压力（包括高温、寒冷、干旱、二氧化碳浓度升高和臭氧）进一步调节代谢产物的合成，其中高温促进萜类的产生，寒冷增强黄酮类和花青素的生成，干旱增加生物碱和抗氧化剂的含量。光照强度和UV-B辐射刺激酚类和精油的产生，而季节性、昼夜变化和生物因素也影响代谢产物的水平（Zhang等人，2025）。这些因素共同塑造了植物的化学特性，为优化药用和经济重要物种中生物活性化合物的产量提供了适应性优势（Xu等人，2022）。Passiflora是西番莲科中最大的属，包含约500种植物，其中P. edulis具有重要的药用和经济价值（He等人，2020）。P. edulis广泛种植于热带和亚热带地区，包括南美洲、南非、加勒比海地区、南佛罗里达和亚洲。它因其感官品质、丰富的营养成分以及多种药理活性（抗炎、抗菌、降压、保肝、抗氧化、镇痛、抗肿瘤、降脂、抗抑郁、保护肺部、降糖和抗焦虑作用）而受到重视，这些活性归因于多酚类、类胡萝卜素、三萜类、氰苷、氨基酸、多糖、精油和微量元素（He等人，2020）。此外，其高含量的维生素C、铁、膳食纤维、B族维生素和磷进一步增强了其治疗和营养价值（He等人，2020）。环境和地理因素影响了这些代谢产物的形成，强调了优化栽培方式以最大化P. edulis的治疗和经济价值。

虽然P. edulis乙醇提取物的抗肿瘤潜力已有文献记载（He等人，2020），但其氧化锌（ZnO）纳米颗粒的效应尚未得到研究。因此，本研究旨在鉴定P. edulis叶片的植物化学成分，并首次评估其合成的ZnO纳米颗粒的细胞毒性潜力。此外，还对分离出的成分进行了分子对接研究，以阐明其作为抗增殖剂的潜在作用机制。

部分摘要

植物材料

P. edulis叶片于2023年10月从埃及本尼苏夫大学药学院获取，由开罗Dokki园艺研究所植物学和植物分类学研究部的Abd El-Halim A. Mohammed博士进行了核实。一份凭证标本（2023-BuPD 103）被存放在埃及本尼苏夫大学药学院药用植物学系。

化学品和试剂

关于本研究中使用的溶剂、色谱材料和可视化技术的详细信息，请参见...

蛋白质-蛋白质相互作用网络

为了探讨从P. edulis f. edulis中分离出的化合物的潜在抗癌和细胞毒性作用，使用STRING数据库（https://string-db.org/）生成了PPI网络（Szklarczyk等人，2023）。化合物的选择基于它们在乙醇提取物中的存在以及与已知癌症相关分子靶点的相关性，优先考虑具有显著生物活性和相关化学性质的化合物。仅选择置信度得分高于0.4的相互作用...

UV–Vis光谱分析

图1展示了P. edulis乙醇提取物和合成ZnO纳米颗粒的UV–Vis光谱分析结果。使用UV–Vis分光光度计研究了ZnO纳米颗粒的生成，特别关注了321纳米处的表面等离子体共振（SPR）（Rauwel等人，2021）。这一SPR峰代表电子从价带跃迁到导带（Zn 3d—O₂p），表明了ZnO的基本带隙（Rauwel等人，2021）。吸收带...

结论

对Passiflora edulis叶片中n-BuoH部分的植物化学研究分离并鉴定了三种新的环阿坦类皂苷(1–3)以及两种已知的皂苷(4–5)。此外，本研究首次评估了P. edulis-ZnO纳米颗粒的细胞毒性潜力，特别是对HepG2、MCF7和Caco2细胞系的抑制作用。结果表明，ZnO纳米颗粒对Caco2细胞系表现出显著的抗增殖作用，IC??...

作者贡献

概念设计：A. H. E, U. R. A；方法学：A. A. G；软件：H. A. A. Z；数据分析：I. A；资源获取：U. R. A；数据整理：M. A. Z；初稿撰写：A. H. E；审稿和编辑：H. A. A. Z, U. R. A。所有作者均已阅读并同意发表的手稿版本。

数据和材料的可用性

本文（及其支持信息文件）包含了本研究中创建或分析的所有数据。

出版同意

不适用。

研究支持

本研究未获得任何外部财务或非财务支持。

伦理批准和参与同意

不适用。

关系

无其他需要披露的关系。

专利和知识产权

无专利需要披露。

CRediT作者贡献声明

Abeer H. Elmaidomy：初稿撰写、方法学设计、实验研究。Alshymaa Abdel-Rahman Gomaa：审稿与编辑、初稿撰写、实验研究。Ihsan Alrubaie：方法学设计、实验研究。Marwa A. Fouad：方法学设计。Mohamed A. Rabeh：数据可视化、方法学设计。Omnia Magdy Hendawy：数据可视化、验证。MA. Zarka：数据可视化、验证。Usama Ramadan Abdelmohsen：审稿与编辑、验证、监督、实验研究。Hesham A. Abou-Zied：

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

作者感谢King Khalid大学研究与发展院通过项目编号RGP1/68/46提供的资金支持。