地理与器官特异性代谢组学解析穿心莲核心生物活性成分的分布规律及其抗肺炎氧化应激机制

本研究针对穿心莲(Andrographis paniculata)因地理变异导致的品质不一致问题，通过整合UHPLC-QTOF-MS、MALDI-MSI和机器学习技术，首次揭示根组织特异性积累异穿心莲内酯(IAD)的代谢特征，发现8种关键差异ent-LDLs通过Keap1-Nrf2/HO-1通路抑制铁死亡缓解肺氧化损伤，为穿心莲资源高值化利用提供科学依据。

　　

穿心莲作为亚洲传统药用植物，其核心活性成分ent-贝壳杉烷二萜内酯(ent-LDLs)虽具有显著抗炎抗菌作用，却因地理环境和栽培差异导致品质参差不齐。更棘手的是，各国药典对质量控制成分的要求大相径庭——中国药典规定4种标志物，而美国药典额外要求检测穿心莲宁(AG)，这种标准混乱严重制约了穿心莲的临床应用。

安徽中医药大学等机构的研究团队开展了一项突破性研究，通过多组学技术首次绘制出穿心莲地理与器官尺度的代谢图谱。令人惊讶的是，他们在根组织中发现了以异穿心莲内酯(IAD)为主导的全新代谢模式，这与传统认知中穿心莲内酯(AD)为优势成分的规律截然不同。这项发表于《Industrial Crops and Products》的研究，不仅破解了穿心莲品质不均的密码，更揭示了其抗肺炎的新机制——核心成分通过激活Keap1-Nrf2/HO-1通路抑制铁死亡。

研究采用四大关键技术：1) UHPLC-QTOF-MS结合GNPS分子网络分析14个地理来源样本的ent-LDLs差异；2) MALDI-MSI首次实现根茎叶器官中代谢物的空间可视化；3) qRT-PCR定量CPS2等6个生物合成关键基因的表达谱；4) 建立LPS诱导的人肺微血管内皮细胞(HPMEC)模型评估抗氧化机制。

【ent-LDLs鉴定】通过核磁共振与X射线衍射首次明确AD与IAD的C-14位差向异构关系，建立同时检测8种ent-LDLs的分析方法。

【地理差异分析】机器学习显示随机森林模型准确率达78.6%，确定AD及其衍生物为地理溯源关键标记。安徽广叶品种富含14-DAD和DDAD的特殊化学型引发关注。

【器官特异性】颠覆性发现根组织IAD含量超地上部分5倍，而叶片中CPS2基因表达量达根部的11.6倍，解释AD在光合组织的优势积累。MALDI-MSI成像显示黄酮类在根木栓层富集，而ent-LDLs集中于叶基和叶缘受光区域。

【抗肺炎机制】20μM AD处理使HPMEC细胞的SOD活性提升2.3倍，通过降低Keap1表达促进Nrf2核转位，上调GPX4和SLC7A11蛋白表达，从而抑制铁死亡关键指标Fe²⁺和LPO。

这项研究构建了穿心莲从基因到代谢产物的完整调控网络，其科学价值体现在三方面：首次建立包含根组织的全器官代谢图谱，为品质育种提供新靶点；阐明IAD作为根特异性标记的生态防御意义；揭示ent-LDLs通过Nrf2/HO-1-铁死亡轴缓解肺损伤的分子机制，为开发抗肺炎植物药奠定基础。未来可进一步探索：IAD是否参与抗根腐病的化感作用？C-14羟基化是否影响ent-LDLs的生物合成流向？这些问题的解答将推动穿心莲从传统药材向精准医疗资源的转化。