Nanoformulation of cerium oxide nanoparticles using pink pepper (Schinus terebinthifolius Raddi) for the management of type 2 diabetes

技术摘要：利用 Schinus terebinthifolius 制备用于 2 型糖尿病管理的氧化铈纳米颗粒纳米制剂

问题陈述
2 型糖尿病（T2D）的特征是慢性高血糖、胰岛素抵抗和持续性炎症，这些因素驱动了氧化应激和血管并发症。疾病的进展涉及促炎细胞因子（IL-6、IL-1β、TNF-α）的释放以及自由基的产生，从而损伤内皮细胞和胰腺 β 细胞。虽然氧化��也纳米颗粒（CeO₂ NPs）由于其 Ce³⁺/Ce⁴⁺ 氧化还原循环具有内在的抗氧化特性，且像 Schinus terebinthifolius（红椒树）这样的植物提取物也提供抗氧化和抗炎益处，但很少有研究探讨结合这些剂量的协同潜力。本研究旨在解决一种新型纳米治疗策略的需求，该策略利用纳米铈的酶模拟活性与 S. terebinthifolius 的生物活性植物化学成分，以减轻 2 型糖尿病中的高血糖、氧化应激和炎症。

研究方法
本研究采用了多方面的方法，包括植物化学提取、纳米颗粒合成、体外细胞实验和体内动物模型。

• 合成与表征： 通过超声辅助提取法制备红椒树（S. terebinthifolius）果实提取物。采用溶胶-凝胶法，使用氢氧化铵合成氧化铈纳米颗粒（CeriaNPs），随后将其与植物提取物结合形成 ST-CeriaNPs。使用动态光散射（DLS）表征纳米颗粒的尺寸和 Zeta 电位，使用透射电子显微镜（TEM）表征其形貌，使用傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析官能团相互作用，使用 X 射线衍射（XRD）分析结晶度，并使用 X 射线光电子能谱（XPS）分析表面组成。
• 植物化学分析： 通过分光光度法分析提取物的总酚和黄酮类含量，并使用高效液相色谱-质谱联用技术（HPLC-MS/MS）鉴定特定化合物，包括没食子酸、儿茶素和马萨齐诺黄酮（masazino-flavanone）。
• 体外研究：
  • 细胞毒性和功能性： 将 RINm5f β 细胞暴露于 ST-CeriaNPs 中，以评估其存活率（MTT 检测）和葡萄糖刺激的胰岛素分泌情况。
  • 免疫调节： 使用脂多糖（LPS）刺激 RAW 264.7 巨噬细胞，以评估对促炎（IL-1β、IL-6、TNF-α）和抗炎（IL-4、IL-10）细胞因子的调节作用。
• 体内研究： 通过注射链脲佐菌素（STZ）在 C57BL/6J 男性小鼠中诱导实验性 2 型糖尿病。糖尿病小鼠被分为六组：正常对照组、糖尿病对照组、糖尿病 + ST 提取物组、糖尿病 + Ceria NP 组、糖尿病 + ST-Ceria NP 组以及糖尿病 + 二甲双胍组。治疗通过口服给药，持续四周。
• 生理与生化评估： 通过监测体重、空腹血糖、口服葡萄糖耐量试验（OGTT）、胰岛素水平、HbA1c、脂质谱（TC、HDL、LDL、TG）、肝酶（AST、ALT）以及血清、胰腺和肝脏组织中的氧化应激指标（SOD、CAT、GSH、MDA）来评估疗效。同时还进行了胰腺组织的组织病理学检查。

主要贡献与结果
研究成功开发并表征了 ST-CeriaNPs，证明其具有优于单一成分或标准二甲双胍疗法的协同治疗效果。

• 纳米颗粒特性： ST-CeriaNPs 表现出均匀的球形形貌，平均粒径为 199 ± 1.76 nm，具有负 Zeta 电位（–32.6 mV），而未改性的 CeriaNPs 的 Zeta 电位为 –32.2 mV。FTIR 分析证实了提取物中黄酮类官能团与纳米颗粒表面的相互作用，从而稳定了该制剂。
• 体外疗效：
  • 胰岛素分泌： ST-CeriaNPs 显著恢复了 STZ 应激下 RINm5f 细胞的胰岛素分泌。在葡萄糖刺激下，胰岛素释放呈现剂量依赖性增强，在浓度 >20 µg/mL 时观察到显著改善。
  • 抗炎作用： 在 LPS 刺激的巨噬细胞中，ST-CeriaNPs 显著抑制了促炎细胞因子（IL-1β、IL-6、TNF-α）约 50–60%，同时上调了抗炎细胞因子（IL-4、IL-10）。
• 体内疗效：
  • 血糖控制： ST-CeriaNP 处理在四周后实现了 60% 的高血糖抑制率，优于 ST 提取物（53%）、Ceria NP（49%）和二甲双胍（32%）。它还显著降低了 HbA1c 和 HOMA-IR 指数。
  • 脂质与肝脏指标： 联合治疗有效使脂质谱正常化，降低了总胆固醇（TC）、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）和甘油三酯（TG），并增加了高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）。它还显著降低了升高的肝酶（AST、ALT），显示出保肝作用。
  • 氧化应激与组织学： ST-CeriaNPs 有效恢复了血清、胰腺和肝脏组织中的抗氧化防御能力（SOD、CAT、GSH），并减少了脂质过氧化（MDA），其效果优于其他治疗方案。组织病理学分析显示，ST-CeriaNPs 减轻了 STZ 诱导的胰腺 islet 坏死，并促进了 β 细胞结构的恢复。
  • 体重： 受试小鼠体重有所回升，其中 ST-CeriaNP 组体重增加了 1.41 倍，相比之下，未经治疗的糖尿病对照组体重下降了 38.5%。

意义与主张
作者声称，这项工作是首次探索将氧化铈纳米颗粒与 Schinus terebinthifolius 提取物结合用于糖尿病治疗。研究强调，ST-CeriaNP 制剂提供了协同效益，在管理 2 型糖尿病症状方面达到了与二甲双胍相当或超过二甲双胍的效果。所提出的机制涉及双重作用：CeO₂ 纳米颗粒通过氧化还原循环清除自由基，而植物提取物则提供抗氧化酚类物质并进行抗炎调节。

论文得出结论，ST-CeriaNP 是一种极具前景的纳米治疗策略，它通过同时降低高血糖、氧化应激和炎症，并恢复胰岛素敏感性和胰腺完整性，来应对 2 型糖尿病的多因素性质。然而，作者对于临床转化保持审慎态度，指出在开展转化和临床应用之前，仍需对分子通路、代谢物谱及长期安全性进行进一步研究。