Aathamanta sicula L. 的化学成分分析及其生物活性研究——体外和计算机模拟方法

《International Journal of Food Properties》：Chemical profiling and biological activities of Athamanta sicula L. Aerial parts extracts: in vitro and in silico approaches

Athamanta sicula植物根提取物的化学成分和生物活性研究显示，其主要成分为范醇酸（ ASEE中含量最高），并具有抗氧化、α-淀粉酶和胰脂肪酶抑制活性、抑制蛋白质变性及中度抗癌细胞毒性。分子对接表明，乙醚提取物（ASAE）中的黄酮类化合物与胰脂肪酶活性位点存在协同抑制作用。ADME预测显示，除芦丁外，其他酚酸类成分具有良好口服生物利用度。研究为该植物在抗炎、降血糖、抗癌及食品添加剂领域的应用提供了依据。

　　
本文针对阿尔及利亚特有的伞形科植物*Athamanta sicula*的化学成分及生物活性进行了系统性研究，结合实验分析与计算模拟手段，揭示了该植物在糖尿病、肥胖及癌症防治中的潜在价值。研究团队通过溶剂梯度萃取法提取出三种不同极性的萃取物（ASEE、ASAE、ASBE），并运用液相色谱-电雾质谱联用技术（LC-ESI-MS/MS）鉴定出20种酚类化合物，其中vanillic acid（香草酸）在所有萃取物中均占主导地位（ASEE最高达2.46 mg/g干重）。这一发现突破了前人仅关注脂溶性成分（如apiol和myristicin）的研究局限，凸显了*A. sicula*酚酸类成分的多样性。

在抗氧化活性评估中，研究创新性地采用DPPH自由基清除法和还原力测定双重验证体系。结果显示，ASBE在还原力测试中表现出超常活性（A0.5值0.29 μg/mL），显著优于标准品BHA（5.38 μg/mL）和维生素C（3.32 μg/mL）。而DPPH清除实验中，ASAE展现出最佳自由基清除能力（IC50值92.78 μg/mL）。这种双重验证机制揭示了*A. sicula*抗氧化成分的多维度作用特性——既有直接清除自由基的酚酸类物质（如vanillic acid），也有通过金属螯合增强抗氧化效果的黄酮类化合物（如rutin）。

酶抑制活性研究揭示了*A. sicula*独特的代谢调节机制。在α-淀粉酶抑制方面，ASBE和ASEE分别以683 μg/mL和747 μg/mL的IC50值显著优于降糖药acarbose（3650 μg/mL），表明其作为天然α-淀粉酶抑制剂的潜力。值得注意的是，ASAE对胰脂肪酶的抑制活性（IC50 10.14 μg/mL）超过处方药orlistat（25.07 μg/mL），这与其富含的酚酸结构（如trans-ferulic acid和syringic acid）密切相关。分子对接模拟显示，这些酚酸通过氢键与胰脂肪酶活性位点的丝氨酸残基（Ser152）和组氨酸残基（His263）形成稳定结合，其中trans-ferulic acid的π-π堆积作用（与Tyr114残基）和氢键网络（His151、Asp79）构成关键抑制机制。

在抗炎活性评价中，所有萃取物均表现出显著的蛋白质变性抑制活性，其中ASBE在500 μg/mL浓度下达到88.89%的抑制率，优于解热镇痛药diclofenac（83.02%）。这一发现支持酚类化合物通过稳定蛋白质三级结构发挥抗炎作用的理论，尤其是vanillic acid和protocatechuic acid对BSA（牛血清白蛋白）的热变性抑制效果显著。研究进一步发现，*A. sicula*的酚酸成分（如gallic acid和protocatechuic acid）具有优异的口服生物利用度（LogP值在0.5-2.5之间），符合Lipinski五规则，这为开发口服制剂提供了理论依据。

分子机制研究方面，基于胰脂肪酶（PDB:1LPB）晶体结构的虚拟对接显示，ASAE中的关键成分包括：
1. **Rutin（芦丁）**：通过7个氢键网络（包括His151、Asp79、Gly76等）和π-π相互作用（与Tyr114）实现高亲和力（MolDock评分-149.115）
2. **Trans-ferulic acid（反式-木脂素酸）**：形成Ser152的氢键（距离3.1 ?）和His263的π-π堆积（距离3.8 ?）
3. **Syringic acid（高良姜酚）**：与Asp79形成双氢键（距离2.3 ?和2.7 ?）

ADME预测显示，*A. sicula*的酚酸类成分（如trans-ferulic acid、vanillic acid）在脂溶性（LogP=1.2-2.3）、水溶性（logS>-6）和分子尺寸（Mw<500）等参数上均符合口服生物利用度标准。特别值得注意的是，vanillic acid的极性（pKa 4.9）使其在肠道酸性环境中保持稳定，而rutin因糖苷化结构（分子量1200 Da）导致吸收受限，这解释了为何ASAE中富集的黄酮类化合物（如rutin）在体外活性强但生物利用度低。

细胞毒性实验采用MCF-7和MDA-MB-231两种高转移性乳腺癌细胞系，结果显示所有萃取物均具有浓度依赖性细胞毒性（IC50值32.7-37.3 μg/mL）。值得注意的是， ASEBE对MDA-MB-231的抑制活性比ASEE高1.8倍，可能与n-丁醇对脂溶性酚酸（如trans-ferulic acid）的更好溶解性有关。透射电镜观察显示，萃取物处理72小时后，癌细胞线粒体嵴结构（正常形态）出现明显破坏（图3E-F），证实其通过干扰能量代谢实现抗肿瘤效应。

比较基因组学分析表明，*A. sicula*与近缘种*A. turbith*存在显著的酚酸组成差异。前者富含短链酚酸（如vanillic acid、protocatechuic acid），后者则以长链木脂素（如apiol）为主。这种化学差异导致*A. sicula*在α-淀粉酶抑制活性上比*A. turbith*强5.8倍，而在DPPH清除活性上弱30%。溶剂极性选择的影响研究显示，乙醚（ASEE）对萜类成分提取效率最高（回收率78%），而正丁醇（ASBE）对酚酸类（回收率82%）和黄酮苷元（回收率65%）的协同提取效果更优。

研究创新性地将分子对接与ADME预测结合，发现：
1. **结构-活性关系**：羟基数目（尤其是邻位羟基）与酶抑制活性呈正相关。例如，vanillic acid的羟基取代模式（邻苯二酚结构）使其对α-淀粉酶的抑制常数（IC50）比间位取代的gallic acid低42%。
2. **立体化学效应**：trans-ferulic acid的顺式构象使其与胰脂肪酶活性口袋的Ser152形成更紧密的氢键（距离2.8 ? vs 3.2 ?），导致抑制常数降低至orlistat的40%。
3. **协同作用机制**：在ASAE萃取物中，trans-ferulic acid与rutin的协同作用使胰脂肪酶抑制活性提升3倍，这可能是黄酮苷元通过金属螯合增强酚酸抑制效果。

研究还发现，*A. sicula*的酚酸成分具有独特的热稳定性。在模拟胃液（pH 1.5，37℃）条件下，vanillic acid的半衰期（t1/2）达45分钟，显著高于常规抗氧化剂BHT（t1/2 8.2分钟）。这种特性使其在食品加工中可替代合成防腐剂，通过螯合金属离子和稳定蛋白质结构双重机制抑制食品腐败。

临床转化潜力方面，基于体外实验的优化提取方案（n-丁醇萃取）可使活性成分生物利用度提升60%。动物实验初步数据显示，连续给药28天后，高脂饮食小鼠的体重增长减缓37%，血清淀粉酶活性降低42%，证实其作为天然减肥剂的可行性。同时，细胞实验表明该植物提取物可诱导乳腺癌细胞凋亡（Annexin V/PI双染法），其机制涉及线粒体依赖的Caspase-3激活通路。

该研究为传统草药*A. sicula*的现代应用提供了科学依据。建议后续研究应聚焦于：
1. **活性成分纯化**：通过膜分离技术纯化trans-ferulic acid（纯度>95%），优化其作为新型减肥药物的药代动力学特性。
2. **构效关系研究**：采用密度泛函理论计算不同羟基取代模式对酶抑制活性的影响，指导药物分子设计。
3. **多靶点验证**：通过代谢组学分析发现，提取物可显著抑制肠道刷状缘酶（α-glucosidase）活性（IC50 12.8 μg/mL），提示其在糖尿病管理中的独特价值。
4. **临床前研究**：建立HPLC-MS/MS生物样本分析模型，评估长期用药安全性及药效动力学特征。

该成果不仅补充了伞形科植物化学成分数据库，更为开发基于酚酸-黄酮协同作用的天然药物提供了新思路。特别是发现vanillic acid在肠道菌群中的转化产物（4-OH-benzoic acid）具有更强的α-淀粉酶抑制活性（IC50 6.2 μg/mL），这为设计肠道靶向给药系统提供了新方向。