通过活性引导的分离方法，利用体外、体内和计算机模拟（in silico）技术，研究Geranium subcaulescens的降血糖潜力

《South African Journal of Botany》：Investigation of the hypoglycemic potential of Geranium subcaulescens through activity-guided isolation, employing in vitro, in vivo, and in silico methodologies

本研究通过体外、体内及计算生物学方法，评估土耳其 Geranium subcaulescens 根提取物的抗糖尿病活性，鉴定出 geraniin 等有效成分，其通过抑制 α-葡萄糖苷酶和 α-淀粉酶发挥降血糖作用，并证实民间药用价值。

　　Geranium（天芥菜）是一种广泛分布于世界各地的植物，其中包括许多在土耳其、摩洛哥、阿尔及利亚、秘鲁北部和印度等地被用作民间药物治疗糖尿病的物种。这一研究的目的是通过多种方法评估Geranium subcaulescens根（GSR）提取物的降血糖活性，包括体外、体内和计算机模拟实验。同时，该研究还计划通过活性导向分离方法从GSR甲醇提取物中识别出具有降血糖活性的化合物，并通过高效液相色谱法对提取物进行标准化。

糖尿病是一种长期的代谢性疾病，主要由胰岛素分泌异常、胰岛素作用障碍或两者共同作用引起。该病的复杂性使其可能引发多种并发症，因此需要采用多方面的治疗策略。据国际糖尿病联盟（IDF）的报告，2024年全球约有340万成年人（年龄在20至79岁之间）因糖尿病或其并发症而死亡，其中240万是确诊糖尿病患者，100万是未确诊的糖尿病相关死亡。这些数据突显了糖尿病对全球公共健康的重大影响。

高血糖在糖尿病患者体内会促进自由基的形成，而内源性抗氧化剂可能不足以有效对抗有毒的活性氧物种，从而导致氧化应激的增加。高血糖、高胰岛素血症和脂质代谢异常都会引发氧化应激，进而导致内皮功能障碍和动脉粥样硬化。因此，增强内源性和外源性抗氧化防御系统对于糖尿病的治疗具有重要意义。糖尿病不仅仅是碳水化合物代谢紊乱，还涉及脂质和蛋白质代谢的异常。在糖尿病患者中，脂质代谢异常表现为甘油三酯水平升高、高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）水平降低以及小而致密的低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）比例增加。脂质代谢异常被认为是糖尿病患者心血管疾病的重要风险因素，因此降低血糖水平是预防糖尿病相关并发症的重要治疗策略之一。

Geranium属植物在全球范围内共有约350种，其中在土耳其有39种。这些植物在土耳其民间被称为Turna gagas?、?akmuz、?obani?nesi、Dakka otu、D?nbaba、??nelik otu、?nelik otu、Leylek aya??、Leylek gagas?、Saat otu等。它们被广泛用于治疗糖尿病，同时也有报道称在秘鲁北部、摩洛哥和阿尔及利亚等地被用于抗糖尿病治疗。此外，文献研究还表明，G. robertianum、G. ayavacense和G. maculatum等物种在民间医学中被用于治疗糖尿病。

Geranium属植物主要含有单宁、酚酸和黄酮类化合物。在相关研究中，已经从G. collinum的根中分离出3,3′,4,4′-四-O-甲基没食子酸、3,3′-二-O-甲基没食子酸、(+)-儿茶素、(–)-表儿茶素和(–)-表没食子儿茶素。从G. lasiopus的地上部分中分离出的化合物包括槲皮素、山柰酚、山柰酚3-O-葡萄糖苷、山柰酚3-O-半乳糖苷、山柰酚3-O-α-L-鼠李糖苷-(1→6)-β-D-葡萄糖苷以及山柰酚3-O-鼠李糖苷-(1→2)-葡萄糖苷。从G. psilostemon的地上部分中分离出的化合物包括没食子酸、甲基没食子酸、 pusilagin、1,3,6-三-O-没食子酰基-β-葡萄糖苷、1,2,3,4,6-五-O-没食子酰基-β-葡萄糖苷、山柰酚和槲皮素以及山柰酚7-O-α-L-鼠李糖苷和槲皮素7-O-α-L-鼠李糖苷。

在本研究中，通过体外酶活性实验（如α-葡萄糖苷酶、α-淀粉酶、胰脂肪酶和胰胆固醇酯酶）评估了G. subcaulescens根的抗糖尿病、抗肥胖和抗胆固醇作用。同时，还通过DPPH自由基清除实验、金属螯合能力、总抗氧化能力和亚铁还原能力实验评估了GSR甲醇提取物的抗氧化活性。通过活性导向分离方法，从GSR中分离出具有降血糖活性的化合物，并通过分子对接方法研究了这些化合物与α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶之间的相互作用。

研究中使用的GSR甲醇提取物对α-葡萄糖苷酶表现出强烈的抑制作用，其半数抑制浓度（IC50）为8.68 ± 0.11 μg/ml。同时，该提取物对α-淀粉酶也表现出显著的抑制作用，IC50为6.77 ± 1.58 μg/ml。在STZ诱导的糖尿病大鼠模型中，GSR提取物表现出显著的降血糖效果。通过活性导向分离方法，从GSR甲醇提取物中分离出的化合物包括3,3′-二-O-甲基没食子酸4′-O-α-鼠李糖苷、3,3′,4-三-O-甲基没食子酸4′-O-α-鼠李糖苷、geraniin、geranin A、没食子酸3-O-α-鼠李糖苷。其中，geraniin表现出对α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶的显著抑制作用，IC50分别为4.512 ± 0.200 μg/ml和2.205 ± 1.500 μg/ml。在STZ诱导的糖尿病动物模型中，geraniin在50 mg/kg剂量下表现出31.74%的降血糖效果，而在75 mg/kg剂量下则达到55.41%的降血糖效果。计算机模拟实验表明，geraniin与相关酶具有较强的相互作用，这些发现支持了Geranium属植物在治疗糖尿病方面的民间医学应用。

此外，研究中还评估了GSR甲醇提取物的抗氧化活性。DPPH自由基清除实验、金属螯合能力、亚铁还原能力和总抗氧化能力分析显示，GSR甲醇提取物的总抗氧化能力为90.440 ± 5.410 mg（抗坏血酸当量）/g提取物。其中，DPPH自由基清除实验显示出最高的抗氧化效果，当浓度为1 mg/ml时，其清除率为88.15 ± 0.08%。这些数据表明，GSR提取物不仅具有降血糖活性，还具有显著的抗氧化能力，这可能与其在糖尿病治疗中的潜在作用有关。

从活性导向分离方法中分离出的化合物被定量分析，以评估其对α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶的抑制作用。这些化合物的分子对接研究进一步揭示了它们与相关酶之间的相互作用模式，为理解其降血糖机制提供了理论支持。研究结果表明，geraniin是G. subcaulescens根提取物中主要的活性成分，其降血糖效果显著，这可能为开发新型的天然药物提供了依据。

在实验过程中，所有研究均遵循Gazi大学实验研究中心批准的指南进行。实验所需的动物伦理委员会许可已获得（G.ü.ET-21.068），确保了研究的科学性和伦理合规性。此外，该研究得到了欧洲地区发展基金支持的项目“通过修改天然物质开发产品并研究其对新冠的多模式作用”（ITMS: 313011ATT2）的资助，这表明了该研究在应用层面的重要意义。

本研究的作者声明他们没有已知的与本论文报告的研究结果相关的竞争性财务利益或个人关系。研究得到了Gazi大学科学研究项目（BAP）的支持，项目编号为TDK-2021–7278。同时，研究团队感谢在Gazi大学药学院中央实验室工作的讲师Ayhan ?brahim AYSAL，他为LCQTOF-MS分析提供了技术支持。

综上所述，Geranium属植物在民间医学中被广泛用于治疗糖尿病，而本研究通过多种方法验证了这一应用的科学依据。G. subcaulescens根提取物显示出显著的降血糖和抗氧化活性，而其中的活性成分geraniin在体外和体内实验中均表现出优异的降血糖效果。这些发现不仅支持了传统医学的使用，还为开发基于天然产物的新型治疗药物提供了潜在的方向。研究结果表明，geraniin可能是G. subcaulescens根提取物中主要的活性成分，其降血糖效果显著，这可能为糖尿病的治疗提供新的策略。此外，研究还强调了抗氧化活性在糖尿病治疗中的重要性，为综合治疗糖尿病提供了理论基础。