基于HRMS（人力资源管理信息系统）的代谢物分析、金属离子含量测定以及Sonchus wightianus DC植物部位的体外胆碱酯酶抑制活性研究

《Electronic Journal of Biotechnology》：HRMS-based profiling of metabolites, metal ions content and in-vitro cholinesterase inhibitory activities of Sonchus wightianus DC plant parts

Sonchus wightianus DC不同部位表现出显著的抗氧化和抗胆碱酯酶活性，为阿尔茨海默病治疗提供新资源。代谢组学分析鉴定出氯ogenic acid、gingerol等次生代谢物，其中花和叶提取物活性最强。

　　
本研究以南亚传统药用植物 Sonchus wightianus DC 的不同部位为研究对象，系统评估了其抗氧化活性、胆碱酯酶抑制能力及金属元素和次生代谢物组成，旨在探索其在阿尔茨海默病（AD）治疗中的潜在价值。研究团队通过多维度实验设计，结合植物化学与药理学分析手段，揭示了该植物在神经退行性疾病防治中的多重作用机制。

### 一、研究背景与科学意义
阿尔茨海默病作为全球最严重的神经退行性疾病之一，其病理机制涉及胆碱能神经递质异常和氧化应激损伤。传统医药中植物提取物因多靶点作用机制备受关注。Sonchus wightianus DC 作为南亚传统草药，虽在炎症和伤口愈合方面已有应用，但其神经保护机制尚未明确。本研究通过代谢组学分析，首次系统考察了该植物不同部位（花、叶、根、茎）的抗氧化能力、胆碱酯酶抑制活性及金属元素分布特征，为开发天然抗AD药物提供了新思路。

### 二、实验设计与核心发现
#### 1. 植物样本与提取方法
研究采集自尼泊尔古姆利区的干燥植株样本，经专业鉴定后分别提取花、叶、根、茎的甲醇提取物。通过索氏提取和旋转蒸发浓缩技术制备标准提取物，并采用HPLC-ESI-Q-TOF-MS系统进行代谢组学分析。

#### 2. 抗氧化与酶抑制活性
（1）抗氧化能力评估：
- **DPPH/ABTS法**显示，花和叶提取物在两种自由基清除实验中均表现出显著活性。其中花提取物ABTS清除活性IC50值（67.69±1.58 μg/mL）低于叶提取物（80.92±3.5 μg/mL），而叶提取物DPPH清除活性IC50值（21.09±1.6 mg GAE/g DW）略高于花提取物（20.81±0.73）。表明该植物不同部位存在抗氧化成分的差异化分布。

（2）胆碱酯酶抑制活性：
- **AChE抑制**：花提取物IC50值（247.51±11.15 μg/mL）优于其他部位，但与阳性对照 галантамин（IC50=1.09±0.02 μg/mL）存在量级差异。
- **BChE抑制**：叶提取物IC50值（281.09±14.64 μg/mL）接近花提取物（67.69±1.58 μg/mL），表明叶部可能含有更强的BChE抑制成分。
- 研究发现TPC（总酚含量）和TFC（总黄酮含量）与酶抑制活性呈显著正相关，其中花部TFC值（100.81±2.1 mg QE/g DW）达到最高，可能与黄酮类化合物浓度相关。

#### 3. 金属元素分析
通过三酸混合消化-原子吸收光谱法检测发现：
- **宏量元素**：所有部位均富含钙（Ca）、钾（K）、镁（Mg），其中花部Ca含量高达52,116.2±919.09 ppm，显著高于其他部位。
- **微量元素**：花部富含Fe（1209.53±12.52 ppm）、Zn（59.4±1.05 ppm），而叶部Mn（143.36±21.66 ppm）含量突出。
- **重金属**：花部Pb（51.06±1.006 ppm）和Cd（1.26±0.11 ppm）含量超出欧洲药典标准（Pb≤10.0 mg/kg，Cd≤0.3 mg/kg），提示需关注栽培环境中的重金属污染问题。

#### 4. 次生代谢物鉴定
HRMS分析鉴定出8种活性成分：
- **花青素类**：kaempferol（槲皮素，m/z 286.0472）、fisetin（芦丁，m/z 286.04695）和genistein（染料木素，m/z 270.0523）均被检测到，其中kaempferol在花部含量最高。
- **酚酸类**：chlorogenic acid（绿原酸，m/z 354.0933）在叶部检出量达12.7 μg/g dw。
- **萜类化合物**：gingerol（姜黄素，m/z 294.1822）和12-oxo-phytodienoic acid（m/z 292.2029）提示该植物具有姜科植物的特征代谢谱。
- **脂肪酸**：linoleic acid（亚油酸，m/z 280.2393）在花部含量达15.6 μg/g dw。

### 三、生物活性成分与作用机制分析
#### 1. 抗氧化-酶抑制协同效应
研究证实TPC（总酚含量）与抗氧化活性呈正相关（叶部TPC 21.09±1.6 mg GAE/g dw vs ABTS IC50 80.92±3.5 μg/mL），而TFC（总黄酮含量）与AChE抑制活性相关（花部TFC 100.81±2.1 mg QE/g dw vs AChE IC50 247.51±11.15 μg/mL）。这表明酚类物质通过清除自由基（如DPPH/ABTS）和直接抑制酶活性双重机制发挥神经保护作用。

#### 2. 金属元素的潜在影响
- **Ca**：作为神经递质钙离子通道调节剂，花部高Ca含量（5.21×10^4 ppm）可能与AChE抑制活性相关。
- **Fe**：叶部Fe含量（1253.83±30.03 ppm）与BChE抑制活性呈正相关，Fe可能通过螯合作用增强酶抑制效果。
- **重金属风险**：花部Pb/Cd超标现象提示需建立严格的药用植物重金属筛选标准，建议后续研究应结合环境采样分析。

#### 3. 次生代谢物的神经保护机制
（1）**黄酮类化合物**：
- kaempferol通过抑制Aβ淀粉样蛋白诱导的tau蛋白磷酸化，减轻神经炎症
- genistein可穿过血脑屏障，调节NPC1L1介导的胆固醇摄取通路
- fisetin被证实能清除ROS并抑制NF-κB信号通路，对AD模型小鼠认知功能改善率达42%

（2）**酚酸类物质**：
- chlorogenic acid（绿原酸）在体外实验中同时抑制AChE（IC50=283.99±17.005 μg/mL）和BChE（IC50=316.38±2.67 μg/mL）
- 其分子结构中的羟基与酶活性中心的氨基酸残基形成氢键，阻碍底物结合

（3）**萜类化合物**：
- gingerol通过激活TRPV1通道促进神经新生，在AD模型中能提高脑源性神经营养因子（BDNF）表达20%以上
- 12-oxo-phytodienoic acid抑制p38 MAPK和NF-κB信号轴，减少神经细胞凋亡

### 四、创新性与应用前景
1. **资源开发新视角**：首次发现Sonchus属植物同时具备AChE和BChE双重抑制活性，特别是叶部提取物对BChE抑制效果（IC50=281.09±14.64 μg/mL）接近阳性对照galantamine（26.27±1.41 μg/mL），提示该植物可能作为天然多价酶抑制剂开发。
2. **代谢组学整合分析**：通过PCA发现PC1（63%方差贡献）主要反映抗氧化-酶抑制协同效应，PC2（27%）突出金属元素与酶活性关联，为功能成分定向分离提供理论依据。
3. **营养强化潜力**：花部Ca/K/Mg含量（分别为5.21×10^4、2.61×10^3、1.32×10^3 ppm）可能通过营养协同作用增强药效，建议开发植物基营养补充剂。

### 五、研究局限性及未来方向
1. **样品代表性**：仅采集尼泊尔单一产地样本，建议后续开展地理标志产品比较研究。
2. **代谢转化机制**：未明确代谢产物在植物不同部位的表达调控机制，需结合转录组学深入解析。
3. **临床转化挑战**：动物实验显示花青素类成分可使Aβ沉积减少38%，但体外与体内活性差异达2-3个数量级，提示需优化制剂工艺。
4. **质量控制体系**：重金属超标问题凸显传统药用植物的质量控制漏洞，建议建立基于HRMS的快速筛查方法。

本研究为Sonchus wightianus DC的药理开发提供了多组学证据支持，其花叶部位兼具显著的抗氧化和胆碱酯酶抑制活性，且含有神经靶向递送潜力成分（如可穿透血脑屏障的genistein）。建议后续研究聚焦于：
- 建立标准化提取物制备工艺
- 解析多成分协同作用机制
- 开展药效物质基础定向分离
- 开发重金属脱除预处理技术

该研究不仅拓展了Sonchus属植物的应用领域，更为天然药物开发中"活性成分-金属元素-抗氧化-酶抑制"的跨尺度关联研究提供了方法论范例。