全球首发！山东团队把千年“肠胃仙草”炼成碳点，急慢性结肠炎同步“满血复活”！

炎症性肠病（IBD）是一组以慢性复发性肠道黏膜损伤为特征的难治性疾病，包括克罗恩病和溃疡性结肠炎两种主要表型。其发病率在我国近十年内以每年超过10%的速度递增，已成为消化科门诊和住院的首要病因之一。

传统治疗以5-氨基水杨酸、糖皮质激素、免疫抑制剂和生物制剂为主，但长期应用伴随感染、肿瘤、肝肾毒性及继发性失应答等风险，且均属于“抗炎”而非“修复”策略。随着“黏膜愈合”被确立为IBD治疗终点，如何同步实现免疫抑制、屏障重建与微生态调节成为临床痛点。近年来，纳米医学为IBD提供“多靶点-多屏障”修复新思路，其中碳点（carbon dots, CDs）因粒径小、表面官能团丰富、可清除活性氧（ROS）而备受关注。

然而，化学法制备的CDs存在金属残留、毒性大、活性低等缺陷，绿色药源前驱体成为破局关键。

铁皮石斛自古被《神农本草经》列为“上品”，具有“厚肠胃、生津液”之效，现代研究证实其多糖、联芐及酚酸可上调黏蛋白、促进上皮更新并抑制NF-κB通路。

西安交大张明真/杨梅团队据此提出“中药纳米化”理念，以铁皮石斛为唯一碳源，通过水热一步碳化制备出具有类酶活性的石斛碳点（DO-CDs），系统验证其“抗氧化-抗炎-屏障修复”三重功效，为IBD精准干预提供可临床转化的新方案。

图1 论文首图

DO-CDs的合成与表征

研究采用180℃、12 h的纯水相水热工艺，将干燥铁皮石斛粉末直接转化为棕黄色荧光溶液，经0.22 μm滤膜与1000 Da透析后冻干，即得粒径1.3±0.3 nm、准球形、分散均一的DO-CDs粉末。高分辨电镜显示其晶格间距0.23 nm，对应石墨(100)面；拉曼D/G强度比1.19，提示表面富含缺陷。FT-IR、XPS与1H-NMR联合解析表明，DO-CDs表面保有铁皮石斛特征性羟基、氨基、羧基及吡咯氮，赋予其“ROS清除-金属螯合-氢键修复”多重潜力。荧光发射峰位于438 nm，量子产率18.7%，7天内Zeta电位保持-28 mV，胶体稳定性优异，为后续体内应用奠定理化基础。

图2 DO-CDs的合成与表征  

DO-CDs的抗氧化能力

ABTS、DPPH、NBT、TMB与电子顺磁共振（EPR）五级联实验显示，DO-CDs对·ABTS⁺、DPPH·、·O₂⁻与·OH的清除率呈浓度梯度依赖，40 μg mL⁻¹即可几乎完全褪色DPPH；其SOD样活性高达461 U mg⁻¹，羟自由基清除率80%，显著优于同浓度Vc及铁皮石斛粗提物。EPR谱直接捕获到自由基信号随DO-CDs递增而消失，证实其“类酶”清除机制源于表面羟基/氨基提供质子氢，石墨化核心通过单电子转移稳定自由基，从而打破IBD肠黏膜“氧化应激-炎症级联”的恶性循环。

图3 DO-CDs的抗氧化能力  

DO-CDs在细胞层面的抗氧化与抗炎特性

以RAW264.7巨噬细胞为模型，Cy5.5标记示踪显示DO-CDs 6 h内摄取率92.7%，并与线粒体共定位系数0.96，可逃逸溶酶体降解。H₂O₂诱导的ROS爆发在DO-CDs干预后下降75%，JC-1红/绿荧光比值回升，提示线粒体膜电位修复。LPS刺激下，DO-CDs使M1型标志CD86阳性率由62%降至28%，M2型CD206升高2.1倍；qPCR证实TNF-α、IL-6、IL-1β mRNA下调60%–70%，IL-10升高3倍。细胞水平首次证实DO-CDs兼具“抗氧化-表型转换-细胞保护”三重作用，且效果优于同剂量铁皮石斛水提物，凸显“纳米化”带来的活性跃升。

图4 DO-CDs在细胞层面的抗氧化与抗炎特性  

DO-CDs的生物学机制

转录组测序揭示，DO-CDs干预LPS巨噬细胞后差异表达基因530个，KEGG富集指向TNF/NF-κB、IL-17与PI3K-Akt三条核心炎症通路。Venn交集筛选发现Tnfrsf1b（非经典NF-κB上游受体）下调最为显著；其下游Cox2、Ccl5、IL-6、Cd40等促炎基因同步被抑制，而负调控因子Tnfaip3上调。由此提出DO-CDs“双通路并行抑制”假说：通过阻断细胞膜Tnfrsf1b受体，既削弱经典NF-κB p65入核，又抑制非经典RelB持续激活，实现促炎基因转录“源头关闸”。该机制与铁皮石斛多糖单纯抑制IκB降解不同，体现纳米尺寸带来的膜受体簇集与信号淬灭效应。

图5 DO-CDs的生物学机制  

DO-CDs在体内的生物分布

近红外活体成像显示，健康与急性结肠炎小鼠经腹腔注射DO-CDs-Cy5.5后，10 min结肠荧光强度即达峰值，12 h基本清除；离体器官定量提示肝、肾为主要代谢途径，炎症结肠对DO-CDs的富集量是正常组织的2.3倍，证实其“炎症靶向”特性。该分布模式既保证病灶局部高浓度，又避免长期滞留毒性，符合临床反复给药需求。

图6 DO-CDs在体内的生物分布  

DO-CDs对急性结肠炎的治疗效果

2.5% DSS七日急性模型中，DO-CDs每日20 mg kg⁻¹腹腔注射4天，小鼠体重止跌回升，DAI评分由11分降至4分，结肠长度缩短率由20%恢复至7%；内镜下血管纹理复现，出血消失。H&E与阿利新蓝染色显示，DO-CDs组隐窝结构完整，杯状细胞数目提高1.8倍；结肠MDA含量下降45%，TNF-α、IL-6、IL-1β基因表达降低50%–65%，综合疗效优于50 mg kg⁻¹ 5-ASA。结果首次在体内验证DO-CDs“抗氧化-抗炎-黏膜修复”一体化作用，且起效剂量低于临床一线药物。

图7 DO-CDs对急性结肠炎的治疗效果  

DO-CDs对慢性结肠炎的治疗效果

采用1.5% DSS三循环慢性模型，DO-CDs隔日给药即可显著逆转体重停滞与结肠缩短。内镜观察肠壁弹性恢复，出血评分下降60%；组织学示隐窝缺失率由40%降至12%，黏液分泌量接近正常。免疫荧光与Western blot联合显示，DO-CDs使紧密连接蛋白Claudin-1、Occludin、ZO-1表达提高1.5–2倍，提示上皮“拉链”结构重建；CD86⁺ M1巨噬细胞浸润减少55%，MPO活性下降42%，脂质过氧化终产物MDA降低38%。慢性实验进一步确认DO-CDs对“上皮屏障-免疫稳态”长期重塑能力，为临床维持缓解提供新策略。

图8 DO-CDs对慢性结肠炎的治疗效果  

DO-CDs对肠道免疫屏障的影响

流式细胞术解析固有层与肠系膜淋巴结发现，DO-CDs显著降低单核细胞、CD11c⁺树突状细胞及M1型巨噬细胞比例，阻断抗原过度呈递；同时下调Th1（CD4⁺IFN-γ⁺）细胞17%，上调Treg（CD4⁺Foxp3⁺）细胞1.9倍，使Treg/Th1比值恢复至健康水平。该“双向免疫校准”效应打破“Th1-M1-炎症”正反馈环，减少IFN-γ、TNF-α等促炎因子释放，提升IL-10介导的免疫耐受，为杯状细胞再生与上皮修复提供微环境基础，体现中医“扶正祛邪”与现代免疫调节的精准对接。

图9 DO-CDs对肠道免疫屏障的影响  

DO-CDs的生物相容性

体外MTT与活/死染色显示，200 μg mL⁻¹ DO-CDs作用48 h后，RAW264.7与CT26细胞存活率仍高于80%；溶血率仅4.78%，远低于ISO 5%阈值。小鼠连续7天20 mg kg⁻¹腹腔给药，体重增长曲线、肝肾功能指标（ALT、AST、BUN、CRE）、血常规及主要脏器H&E染色与对照组无统计学差异，且能纠正结肠炎所致的白细胞升高、白蛋白下降等异常。上述数据充分证实DO-CDs“高效-低毒”优势，为后续临床前毒理与制剂优化奠定安全边界。

图10 DO-CDs的生物相容性

结语

铁皮石斛碳点以“中药纳米化”思路，将千年本草“厚肠胃”经验转化为现代IBD“多屏障修复”精准策略：其表面羟基/氨基赋予ROS“类酶”清除能力；石墨化核心通过阻断Tnfrsf1b-NF-κB轴实现免疫淬火；1.3 nm粒径带来炎症靶向与线粒体富集，最终同步重建黏液、上皮与免疫三重屏障，且在急慢性模型中均优于5-ASA，安全窗口宽。未来研究将聚焦口服肠溶制剂、长毒与大动物药效评价，推动这一源自中医智慧的“纳米草本”早日进入临床，为广大IBD患者提供安全、可及、低耐药的新一代黏膜修复方案。

参考文献：

Xu C, Huang X, Deng Z, Wang R, Ghazimirsaeid S, Yao L, Zhu Y, Gao B, Fu J, Zhang M, Yang M, Zhang M. Dendrobium Officinale-Derived Carbon Dots Nanozymes Alleviate Colitis by Orchestrating Intestinal Mucus-Epithelium-Immune Barriers. Adv Sci (Weinh). 2025 Nov;12(44):e12567. doi: 10.1002/advs.202512567. Epub 2025 Oct 17. PMID: 41103204; PMCID: PMC12667543.