三种植物提取物（MFB、MFL和CBL）通过调节糖脂代谢和抑制细胞凋亡通路缓解纳米塑料诱导的毒性及抗氧化潜力研究

　　本研究探讨了Mangifera foetida树皮（MFB）、树叶（MFL）和Cinnamomum burmanii树叶（CBL）提取物在缓解纳米塑料（NP）暴露所致毒性方面的外源性抗氧化活性。通过大鼠模型发现，这些提取物可显著降低Caspase-3等促凋亡酶水平，上调糖脂代谢相关基因（如AKT2、GLUT2、PI3K），并改善肝细胞结构和功能指标（SGOT、SGPT），为NP暴露的防治提供了天然策略。

　　

1. 引言

塑料污染已成为全球性环境问题，纳米塑料（NP）因其粒径小（<1000 nm或1 μm）、难降解，易通过吸入、摄入或皮肤接触进入生物体，并在细胞核内富集，诱发氧化应激和代谢紊乱。NP暴露会促进活性氧（ROS）生成，导致细胞抗氧化防御系统失衡，进而引发脂质过氧化（LPO）、DNA损伤和细胞凋亡。此外，NP还会干扰糖脂代谢关键通路（如PI3K/AKT/GLUT4），与2型糖尿病等代谢性疾病的发生发展密切相关。

天然植物提取物因其丰富的酚类和黄酮类化合物而具有较强的外源性抗氧化活性。Mangifera foetida（MFB和MFL）和Cinnamomum burmanii（CBL）中富含芒果苷（mangiferin）和肉桂醛（cinnamaldehyde）等活性成分，可中和ROS、修复细胞损伤，并调节凋亡和代谢相关基因表达。本研究旨在探讨这三种提取物对NP诱导的毒性及糖脂代谢紊乱的保护作用。

2. 材料与方法

2.1. 材料与化学品

实验采用100 nm聚苯乙烯NP（Sigma-Aldrich），Caspase-3、Caspase-9和Bax检测试剂盒（BT-Lab），RNA提取及qPCR试剂（Geneaid和Toyobo）。

2.2. 实验动物

雄性Wistar大鼠（200–220 g）随机分为5组：正常对照组、阴性对照组（NP暴露）、三个处理组（NP暴露后分别给予200 mg/kg MFB、MFL和CBL提取物）。NP剂量为10 μL/kg，提取物每日灌胃，持续30天。

2.3. 植物提取物制备

MFB、MFL和CBL经乙醇浸泡、蒸发和冻干后制成提取物，使用时以蒸馏水重构。

2.4. 研究设计与实验流程

NP于每日8:00灌胃，提取物于16:00给予，间隔8小时。实验结束后采集血清和肝组织，进行生化、分子和组织学分析。

2.5. 共聚焦显微镜分析

肝组织切片经DAPI和尼罗红染色后，通过共聚焦显微镜观察NP在细胞内的分布和定位。

2.6. Caspase-3、Caspase-9和Bax水平测量

采用ELISA法检测血清中凋亡相关蛋白水平。

2.7. RT-PCR和qPCR

提取肝组织RNA，反转录为cDNA后，通过qPCR分析AKT2、GLUT2、PI3K、FAS、PEPCK和PK基因表达。

2.8. 组织病理学分析

肝组织经石蜡包埋、HE染色后，观察正常肝细胞、坏死细胞、肿胀细胞、Kupffer细胞数量以及中央静脉和肝门静脉直径。

2.9. SGOT、SGPT、ALP和葡萄糖水平测量

采用全自动生化分析仪检测血清中相关指标。

2.10. 数据分析

采用单因素ANOVA进行统计分析，显著性水平设为<0.05。

3. 结果

3.1. NP在细胞内的定位

共聚焦显微镜显示，NP主要位于细胞核和核仁内，阴性对照组NP数量显著增多，而各提取物处理组NP数量减少，表明提取物可抑制NP细胞内积累。

3.2. 植物提取物降低促凋亡酶水平

NP暴露显著升高Caspase-3、Caspase-9和Bax水平（p<0.01）。MFB、MFL和CBL处理均显著降低Caspase-3水平（分别至1.07±0.05、1.03±0.08和1.05±0.10 ng/L），但对Caspase-9和Bax的影响不显著，提示提取物主要通过外源性凋亡通路抑制凋亡。

3.3. 植物提取物上调糖脂代谢相关基因表达

阴性对照组AKT2、GLUT2、PI3K、FAS、PEPCK和PK基因表达最低。MFL处理显著上调AKT2、GLUT2、PI3K和PK表达；MFB上调FAS表达；PEPCK表达无显著变化。表明提取物可通过调节糖脂代谢基因改善能量代谢。

3.4. 植物提取物改善NP所致的肝结构变化

NP暴露导致肝细胞坏死、肿胀和Kupffer细胞增多，中央静脉直径减小。CBL处理显著提高正常肝细胞比例（70.79±0.8%），降低坏死和肿胀细胞比例，并减少Kupffer细胞数量。MFB和MFL也显示类似保护效应，但效果略逊于CBL。

3.5. SGOT、SGPT、葡萄糖和ALP水平

NP暴露组SGOT水平升高（32.2±4.3 U/L），提取物处理组均有下降，以CBL最低（28.7±2.0 U/L）。SGPT水平在NP组降低（10.8±1.1 U/L），提取物进一步降低该指标。葡萄糖水平在NP组显著下降（96±6.35 mg/dL），提取物处理未见显著恢复。ALP水平在各组间无显著差异。

4. 讨论

NP通过内吞作用进入细胞，积累于胞内器室，诱发氧化应激和凋亡。本研究证实NP暴露激活内在和外在凋亡通路，升高Caspase-3、Caspase-9和Bax水平。植物提取物（尤其MFL和CBL）通过外源性通路抑制Caspase-3，减少凋亡。

此外，NP干扰糖脂代谢关键基因（如PI3K、AKT2、GLUT2），影响葡萄糖摄取和能量代谢。提取物处理上调这些基因表达，改善代谢紊乱。组织学结果显示，提取物减轻肝细胞损伤、坏死和炎症，增强肝组织修复能力。

CBL和MFL的抗氧化成分（如黄酮、芒果苷和肉桂醛）通过清除ROS、稳定细胞膜和调节信号通路（如PI3K/AKT）发挥保护作用。然而，本研究未全面覆盖所有凋亡和代谢 biomarkers，未来需拓展相关分子机制研究。

5. 结论

MFB、MFL和CBL提取物具有显著的外源性抗氧化活性，可有效缓解NP诱导的细胞凋亡、糖脂代谢紊乱和肝损伤。这些天然提取物有望作为预防或治疗NP暴露的膳食补充剂或营养药物，应对环境NP污染带来的健康挑战。

利益冲突声明

作者声明无利益冲突。

资助

本研究由印尼Airlangga大学资助（编号：1711/UN3.LPPM/PT.01.03/2023）。

致谢

感谢Airlangga大学提供研究资金与支持。