不同合成途径的氧化铜纳米颗粒对苦艾（Artemisia absinthium）青蒿素生物合成基因表达的差异性影响

用苦艾对抗疟疾

疟疾每年仍夺走数十万人生命，而我们对抗它的有力武器之一是青蒿素，这是一种最初在苦味草本植物苦艾（Artemisia absinthium，亦称艾蒿）中发现的化合物。但该植物仅产生极少量这种救命分子。本研究探讨了是否可以利用在纳米尺度上设计的氧化铜微粒——以植物为基础的“绿色”方法或传统化学方法制备——温和地促使苦艾提高体内合成青蒿素的分子机制活性，从而增加产量。

为何提高植物药物产量重要

青蒿素是苦艾叶片中产生的一种天然防御化合物。现代抗疟治疗常依赖它，然而农户和制药企业面临一个顽固问题：植物的自然产量低且不稳定。大规模种植需要大量土地和水资源，过度采集又会威胁生态系统。因此，研究人员正寻找更清洁的方法，诱导植物或在培养瓶中生长的植物组织按需生产更多这些有价值的分子。一种有前景的思路是使用纳米颗粒作为“诱导剂”——微小的应激信号，安全地促使植物增强其化学防御，包括药用化合物的合成。

作为温和触发器的铜纳米颗粒

在这项工作中，科学家用两种途径制备了氧化铜纳米颗粒。一种是绿色方法，即用苦艾叶提取物作为天然助剂，在微波加热下形成并稳定颗粒；另一种是依赖工业试剂的经典湿化学法。用电子显微镜、X射线衍射和光散射等手段对得到的纳米颗粒进行了严格表征。两类颗粒都小、稳定且几乎无杂质，但在粒径分布、表面电荷以及绿色合成颗粒上残留的植物来源包覆层方面存在差异——这些特性会改变它们与活细胞相互作用的方式。

与植物内部机械的对话

研究团队没有在田间试验，而是在无菌玻璃容器中以营养凝胶培养的苦艾小段茎段上进行实验。他们在培养基中加入非常低剂量（2 和 4 每百万分之一，即 ppm）的绿色合成或化学合成氧化铜纳米颗粒。一个月后，研究并未直接测定青蒿素含量；而是问了一个更基础的问题：植物是否启动了构建该化合物的关键基因？研究人员使用一种敏感技术在细胞内计数信使分子，测量了青蒿素途径中七个关键基因的表达水平，包括驱动主要合成路线的基因以及一个名为 RED1 的基因，该基因会将中间体分流离开青蒿素合成方向。

调高正确的遗传“旋钮”

结果显示，氧化铜纳米颗粒可以像对植物化学反应的精确音量旋钮一样发挥作用。在特定剂量下，绿色合成和化学合成的颗粒都显著提高了与青蒿素生成相关基因的活性，例如 FDS、ADS、CYP71AV1、DBR2 和 ALDH1——这些基因的活性通常比未处理对照组增加约一倍。同时，竞争通路基因 RED1 仅略有上升，表明更多的植物内底物留在通向青蒿素的路径上，而不是被分流到无用副产物。有趣的是，绿色合成颗粒在 4 ppm 时以及化学合成颗粒在 2 ppm 时产生了最强的促进作用，这提示不仅剂量，颗粒的制备方式也会塑造其生物学影响。

走向更环保的强效植物药物策略

对非专业读者而言，核心信息是纳米技术可以帮助药用植物在不完全依赖基因改造或扩张农田的情况下生产更多我们依赖的药物。通过使用极低量且设计精良的氧化铜纳米颗粒——尤其是那些用生态友好的植物法制备的——科学家可以鼓励苦艾自身的基因更有利于青蒿素的合成。虽然本研究尚未直接衡量最终药物含量，但它描绘了植物内部开关的反应方式，为后续将这些遗传变化与实际药物增量相连的工作铺平了道路。长期来看，这类方法可能为供应重要抗疟药物提供一种更可持续、可控且可扩展的途径。

引用: Mahjouri, S., Rad, R.M., Jafarirad, S. et al. Differential effects of biologically and chemically synthesized copper oxide nanoparticles on artemisinin biosynthesis gene expression in Artemisia absinthium. Sci Rep 16, 7339 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38581-w

关键词: 青蒿素, 苦艾（Artemisia absinthium）, 氧化铜纳米颗粒, 植物组织培养, 抗疟药物