柘树果实化学组成的地理变异及其抗糖尿病活性研究：基于LC-MS代谢组学与多变量统计分析

本刊推荐：为解决传统植物药效地理变异机制不明的问题，研究人员开展柘树果实化学组成与抗糖尿病活性的地理分布研究。通过LC-MS/MS分析141份样本，发现异戊烯化异黄酮类成分（如pomiferin、osajin）含量与经度显著相关（p<0.01），且PLA-DA模型（Q2=0.2279）证实这些成分与α-葡萄糖苷酶抑制活性密切相关，为功能性食品开发提供地理溯源依据。

　　

在全球化的食品流通体系中，追溯植物源性食品的地理起源已成为保障品质与功效的重要课题。柘树（Cudrania tricuspidata）作为东亚传统药用植物，其果实富含异戊烯化异黄酮类成分，被证实具有抗糖尿病和抗氧化活性。然而，这些生物活性成分是否受生长环境影响，以及地理因素如何塑造其药用潜力，仍是未解之谜。针对这一问题，韩国大学药学院的研究团队开展了一项跨越韩国30个地区的系统性研究，成果发表于《Food Chemistry: Molecular Sciences》。

研究团队整合液相色谱-四极杆飞行时间质谱（LC-QTOF-MS/MS）技术与多变量统计方法，对141份柘树果实样本进行化学谱分析与生物活性评价。关键技术方法包括：1）基于超声提取的代谢物制备技术；2）LC-QTOF-MS/MS正负离子模式下的化合物鉴定（质量精度<5 ppm）；3）α-葡萄糖苷酶抑制实验与DPPH自由基清除实验评估生物活性；4）采用Pearson相关性分析、热图可视化及偏最小二乘判别分析（PLS-DA）等统计方法解析地理-化学-活性关联。样本来源于韩国国立森林科学研究院提供的8个省份30个地区的成熟果实。

3.1. Chemical profiling of C. tricuspidata

通过LC-QTOF-MS/MS分析，从Boseong 1样本中鉴定出7个正离子模式与5个负离子模式下的主要色谱峰，包括首次在柘树果实中报道的4,7-二羟基-2″,2-二甲基吡喃[5,6:5,6]-异黄酮（峰c）以及已知成分如erythrinin B（峰a）、osajin（峰h）等。所有化合物均属异戊烯化异黄酮类，为后续地理变异分析提供化学基础。

3.2. Heatmap visualization of regional differences

热图分析显示，峰f（pomiferin）与峰h（osajin）在韩国西部区域（全罗南道、全罗北道、忠清南道）显著富集，而结构相似的峰b（6,8-二异戊烯基奥洛波尔）与峰e（6,8-二异戊烯基染料木素）分布模式相近，提示化学结构与环境适应性可能存在关联。

3.3. α-Glucosidase and free radical scavenging assay

α-葡萄糖苷酶抑制实验显示样本抑制率介于7.38%–85.40%，DPPH自由基清除活性亦存在显著地区差异，但抗氧化活性与化学组成的关联弱于抗糖尿病活性。

3.4. Pearson's correlation analysis

相关性分析揭示：正离子模式下，峰c、f、g、h与α-葡萄糖苷酶抑制率呈中度至强相关（r=0.453–0.700），其中峰f与峰h与经度呈负相关（r=-0.367至-0.335），表明西部样本具有更高抗糖尿病潜力；负离子模式下仅峰f与生物活性显著相关（r=0.526）。海拔与纬度未呈现显著影响。

3.5. Partial Least Squares Discriminant Analysis (PLS-DA)

PLS-DA模型进一步验证化学组成与生物活性的关联：正离子模式下，峰c、g、h对高活性组分离贡献最大（VIP>2.0），模型交叉验证精度达72.43%；负离子模式下峰f（VIP=1.21）为关键区分因子。经置换检验（p=0.001）确认模型可靠性。

研究结论表明，柘树果实的抗糖尿病活性与其异戊烯化异黄酮组成密切相关，且这种化学多样性受经度主导的地理因素显著影响。西部产区果实中富集的pomiferin、osajin等成分可能是潜在的α-葡萄糖苷酶抑制剂先导化合物。该研究不仅为柘树果实的功能性应用提供地理溯源依据，也为植物代谢物-环境互作研究提供了LC-MS结合多变量统计的分析范式。未来需进一步探究环境因子（如土壤成分、气候参数）与遗传背景对特定代谢物合成的调控机制。