利用超高性能液相色谱-四极杆串联质谱（UHPLC-QUADROPS-ORBITrap-MS）和分子网络技术，从Hymenocardia acida Tul中鉴定抗氧化剂、抗菌剂及细胞毒性化合物

《Chemistry & Biodiversity》：Identification of Antioxidant, Antimicrobial, and Cytotoxic Compounds From Hymenocardia acida Tul. Using Ultra-High-Performance Liquid Chromatography-Quadrupole Exactive-Orbitrap-Mass Spectrometry and Molecular Networking Approach

代谢组学分析鉴定了非洲植物Hymenocardia acida不同部位32种次生代谢物（黄酮类、脂肪酸、香豆素等），叶提取物抗菌活性最强（MIC 0.0078-0.125 mg/mL），茎皮和根提取物抗氧化活性显著（IC50 3.03-27.23 μg/mL），仅叶提取物显示细胞毒性（IC50 250-500 μg/mL）。

　　
本文系统研究了安哥拉药用植物 *Hymenocardia acida* Tul. 的化学成分及其生物活性。研究采用代谢组学技术结合分子网络分析，对叶片、根和茎皮等不同器官的提取物进行了全面分析，揭示了该植物在抗氧化、抗菌和细胞毒性方面的潜在价值。

### 1. 研究背景与意义
*H. acida* 是非洲热带萨瓦纳地区的传统药用植物，在安哥拉民间医学中用于治疗贫血、腹泻、炎症、皮肤疾病及多种感染相关病症。尽管其临床应用历史悠久，但关于其活性成分的化学结构及药理机制的研究仍较为有限。现有文献主要集中于分离纯化特定单体化合物（如印蒿酮、印蒿素等），缺乏对全株多组分协同作用的系统性研究。本研究通过代谢组学技术首次解析了该植物不同器官的化学组成，并关联其生物活性，为开发天然药物提供了新思路。

### 2. 代谢组学分析
#### 2.1 色谱-质谱联用技术
研究采用超高效液相色谱-四极杆静电场轨道阱质谱联用技术（UHPLC-Q Exactive-Orbitrap-MS），在负离子电喷雾电离模式下成功鉴定了32种次生代谢物。其中，黄酮类（如8-普烯诺 Arcticenin）、香豆素类（如6,7-二羟基香豆素-6-葡萄糖苷）、萜类（如长叶石竹酸）等成分在植物不同部位呈现显著差异。例如，茎皮提取物含有高浓度抗氧化成分（如花青素、儿茶素衍生物），而叶片提取物则以抗菌活性物质为主（如异马钱子碱、6-姜酚）。

#### 2.2 分子网络分析
通过全球天然产物分子网络平台（GNPS）构建了四类分子网络群集（A-D）。网络分析显示：
- **群集A**（酚丙烷类和聚酮类）：包含scaposin（编号2）、6-姜酚（编号18）等化合物，在茎皮和叶片中均有分布
- **群集B**（苯丙素类）：特征离子m/z 297（3',4'-二甲基-7-羟基黄酮）和m/z 231（成本诺里定），主要分布于叶片
- **群集C**（脂类和脂溶性分子）：以二十碳六烯酸（编号24）为代表，在茎皮中浓度最高
- **群集D**（含氧有机物）：包含mucic acid（编号30）和α,α-三羟基戊二醛（编号32），在根和茎皮中尤为丰富

### 3. 抗氧化活性研究
#### 3.1 检测方法
采用DPPH自由基清除法和还原力测定法。结果显示：
- **茎皮提取物** DPPH IC50为3.031 μg/mL，还原力IC0.5为0.045 μg/mL，显著优于其他部位（p<0.05）
- **根提取物** 还原力活性最强（IC0.5=0.019 μg/mL），但DPPH清除活性较低
- **黄酮类**（如quercetin-3-O-鼠李糖苷，编号10）和**香豆素类**（如 Esculin，编号4）是主要抗氧化成分
- **多酚复合物**（如6-姜酚、木犀草素）通过清除自由基和金属螯合双重机制发挥作用

#### 3.2 作用机制
- **酚羟基的还原性**：6-姜酚（编号18）等含羟基化合物可直接清除DPPH自由基
- **金属螯合作用**：多酚结构通过结合Fe3?等金属离子中断自由基链式反应
- **抗氧化酶激活**：花青素（编号9）等成分可能通过调节SOD、GSH-Px等酶活性发挥作用

### 4. 抗菌活性分析
#### 4.1 菌株体系
测试了8种革兰氏阳性/阴性菌（包括E. coli、S. aureus、C. albicans等）和2种酵母菌。结果显示：
- **叶片甲醇提取物**对全部测试菌种均有效，MIC范围0.0078-0.125 mg/mL
- **茎皮提取物**对P. aeruginosa的MIC为0.0078 mg/mL，但对部分革兰氏阴性菌无效
- **根提取物**对K. pneumoniae和S. epidermidis的MIC为0.5 mg/mL，活性较弱

#### 4.2 活性成分
分子网络分析表明：
- **异马钱子碱（编号6）**：对多重耐药菌（如K. pneumoniae）具有显著抑制效果
- **木犀草苷（编号27）和橙酮（编号28）**：通过破坏细胞膜结构抑制真菌生长
- **印蒿酮（编号1）**：对革兰氏阳性菌（如S. aureus）的MIC为0.125 mg/mL

### 5. 细胞毒性评估
#### 5.1 实验模型
采用Vero细胞（人源绿猴肾细胞系）进行MTT法检测，剂量梯度为50-500 μg/mL。

#### 5.2 结果发现
- **甲醇叶片提取物**在250-500 μg/mL时呈现细胞毒性（IC50=324.3 μg/mL）
- **二氯甲烷叶片提取物**在500 μg/mL时仍保持90%以上细胞活性
- **茎皮和根提取物**未显示毒性（IC50>500 μg/mL）

#### 5.3 潜在机制
细胞毒性可能源于：
- **细胞膜破坏**：萜类成分（如木犀草素苷）可能干扰膜脂质过氧化
- **线粒体损伤**：儿茶素类化合物（如编号9）可抑制呼吸链复合物活性
- **DNA损伤**：异喹啉类生物碱（如编号7）可能引起DNA链交联

### 6. 药用开发建议
1. **资源优化**：茎皮和根提取物具有更强的抗氧化活性，适合开发护肤品和保健品；叶片提取物更适用于抗菌药物
2. **成分组合**：建议将黄酮类（编号1,10）与萜类（编号18,19）进行复配，以增强协同效应
3. **毒性管理**：需建立基于代谢组学的毒性预测模型，特别是针对甲醇提取物中的活性成分
4. **标准化生产**：通过分子网络分析确定关键质量控制指标（如花青素含量≥5%）

### 7. 研究局限性
- **代谢物完整性**：未检测到水溶性糖苷类（如编号22）的完整糖链结构
- **毒性阈值**：需进一步研究高浓度提取物（>500 μg/mL）的长期毒性
- **环境因素**：未考虑植物生长条件（土壤pH、气候）对代谢物组成的影响

### 8. 未来研究方向
1. **代谢通路解析**：结合基因组数据建立化合物合成途径图谱
2. **递送系统开发**：研究纳米载体对活性成分（如编号9）的生物利用度提升
3. **临床前验证**：开展rat/mouse模型实验验证体外活性，重点考察：
- 茎皮提取物对胶原蛋白型关节炎的疗效
- 叶片提取物对铜绿假单胞菌耐药性的逆转作用

本研究首次通过代谢组学-药理关联分析，揭示了 *H. acida* 不同器官的化学特征与生物活性间的定量关系。其创新性在于：
- 建立32种化合物的动态分布图谱（根：23种；茎皮：28种；叶片：27种）
- 发现异马钱子碱（编号6）对产超广谱β-内酰胺酶（ESBL）菌的抑制活性（MIC=0.125 mg/mL）
- 揭示多酚-萜类协同作用机制：在DPPH清除实验中，混合物活性比单一成分提高2.3倍

这些发现为开发基于 *H. acida* 的多靶点抗感染药物提供了理论依据，同时建立了植物器官特异性代谢组学研究范式，对热带药用植物资源的高值化利用具有指导意义。