基于代谢组学与计算模拟揭示线叶百里香（Thymus linearis Benth.）的地理变异及其抗氧化、抗糖尿病和抗菌潜力

《Scientific Reports》：Metabolite profiling and evaluation of antioxidant, antidiabetic, and antibacterial potential of Thymus linearis Benth. supported by molecular docking and PASS prediction

本研究针对天然产物开发中的化学多样性及生物活性稳定性问题，开展了线叶百里香（Thymus linearis Benth.）精油的代谢物分析及其多靶点生物活性评价。研究人员通过GC-MS（气相色谱-质谱联用）技术揭示了不同地理来源精油的化学成分差异，发现百里香酚（thymol）为主要成分（61.95%–73.05%）。结合体外实验（DPPH、ABTS、金属螯合、α-淀粉酶抑制及抗菌活性测试）与计算机模拟（分子对接、PASS预测及Lipinski规则），证实了该精油具有显著的抗氧化（IC5013.22–23.79 μg/mL）、抗糖尿病（IC5024.62–35.54 μg/mL）和广谱抗菌活性（对E. coli和B. subtilis抑制效果接近标准药物）。该研究为区域特异性植物资源的药用开发提供了化学与生物学依据，推动了天然产物在功能食品、医药及化妆品领域的应用。

　　

在当今全球健康趋势中，人们对合成药物的副作用日益担忧，转而青睐更安全、多功能的天然疗法。植物来源的生物活性化合物，特别是富含酚类和萜类成分的精油，因其广泛的健康益处而备受关注。线叶百里香（Thymus linearis Benth.）作为一种生长在印度北阿坎德邦高海拔地区的多年生草本植物，在传统医学中已被用于抗菌、抗炎和抗氧化等目的。然而，其化学成分和生物活性易受生长环境（如海拔、降雨等）影响，导致化学多态性显著，这为标准化应用带来了挑战。因此，系统评估不同地理来源的线叶百里香精油的化学组成及其生物活性，对于开发稳定、高效的天然 therapeutics 具有重要意义。

为深入探究这一问题，研究人员开展了一项整合化学分析与多维度生物活性评价的研究。该研究采用气相色谱-质谱联用（GC-MS）技术对来自三个不同地区（Almora, Ranikhet, Lohaghat）的线叶百里香精油进行代谢物 profiling；通过体外实验评估其抗氧化（DPPH、ABTS 自由基清除及金属螯合活性）、抗糖尿病（α-淀粉酶抑制）和抗菌（对大肠杆菌和枯草芽孢杆菌的 disc-diffusion 法）潜力；并借助分子对接、PASS预测及Lipinski规则进行计算机模拟验证，以阐明其作用机制与药物相似性。研究样本来源于北阿坎德邦三个不同海拔地区的新鲜植物材料，经水蒸气蒸馏法提取精油。

3.1 精油得率与化学成分分析

研究结果显示，精油得率随海拔升高而增加，其中Almora（ATL）样品得率最高（1.4%）。GC-MS分析表明，百里香酚（thymol）是所有样品中的主要成分，其含量在61.95%至73.05%之间，且随海拔升高而增加（r = 0.861）。此外，γ-松油烯（γ-terpinene）和对伞花烃（p-cymene）等单萜烯烃类成分也占显著比例。氧合单萜（oxygenated monoterpenes）是精油中最丰富的类别（65.28%–79.24%），这与其较强的药用潜力相关。聚类分析将样品分为两类，反映了地理因素对化学成分的显著影响。

LTL>RTL).'>

3.3 抗氧化活性

通过DPPH、ABTS和金属螯合三种方法评估精油的抗氧化能力。结果显示，Ranikhet（RTL）样品表现出最强的自由基清除活性，其IC₅₀值（DPPH: 13.22 μg/mL; ABTS: 18.30 μg/mL）与合成抗氧化剂BHT相当。活性与百里香酚含量呈负相关（ABTS IC₅₀; r = -0.734），表明百里香酚是主要的抗氧化成分。其作用机制涉及氢原子转移（HAT）和单电子转移（SET）途径，并能通过螯合Fe²⁺抑制Fenton反应，减少活性氧（ROS）生成。

3.4 抗糖尿病活性

α-淀粉酶抑制实验表明，Lohaghat（LTL）样品活性最强（IC₅₀= 24.62 μg/mL），其活性与对伞花烃（r = -0.989）和γ-松油烯（r = -0.974）含量显著负相关。尽管所有样品活性均低于标准药物阿卡波糖（acarbose），但LTL样品中多种成分的协同作用增强了其抑制效果，有助于延缓碳水化合物消化，控制餐后高血糖。

3.5 抗菌活性

Disc-diffusion法显示，所有精油样品对革兰氏阴性菌（E. coli）和革兰氏阳性菌（B. subtilis）均具有显著抑制作用，其中RTL样品在200 μg/mL浓度下对两种菌的抑菌圈直径（分别为37.15 mm和36.08 mm）接近标准药物环丙沙星（ciprofloxacin）。百里香酚的疏水性使其能破坏细菌细胞膜完整性，导致内容物泄漏；同时通过诱导氧化应激和抑制群体感应（quorum sensing）发挥协同抗菌作用。

3.6 分子对接分析

分子对接结果显示，百里香酚、γ-松油烯和对伞花烃与靶蛋白（NADPH oxidase activator 1, porcine α-amylase, translin, subtilisin A）具有较高的结合亲和力（结合能-3.03至-6.30 kcal/mol）。百里香酚与α-淀粉酶活性位点残基（HIS-299, TYR-62）的相互作用解释了其抑制机制；而对伞花烃与细菌蛋白（如subtilisin A）的结合则支持了其抗菌潜力。

3.7 PASS预测与Lipinski规则

PASS预测显示，百里香酚、γ-松油烯和对伞花烃具有较高的抗氧化、抗糖尿病和抗菌活性概率（Pa > Pi）。Lipinski规则分析表明，这些成分符合口服生物利用度标准（分子量<500 Da，logP <5，氢键供体/受体数符合要求），具备良好的成药潜力。

3.9 聚类分析

聚类分析将样品分为两类：ATL和RTL聚为一类（相似性0.93），以高百里香酚含量为特征；LTL单独成一类，单萜烯烃含量较高。这进一步证实了地理因素对精油化学表型的塑造作用。

本研究通过整合化学分析与多维度生物活性评价，首次系统揭示了线叶百里香精油的地理变异及其多靶点生物活性。结果表明，百里香酚是其主要活性成分，且其含量与海拔呈正相关。不同地理来源的精油在抗氧化、抗糖尿病和抗菌活性上表现出差异，其中RTL样品抗氧化和抗菌活性最强，LTL样品抗糖尿病潜力突出。计算机模拟结果进一步验证了主要成分与靶蛋白的相互作用机制，并提示其良好的药物相似性。该研究不仅深化了对植物化学多样性的理解，也为基于区域特异性的天然产物开发提供了科学依据，在功能食品、医药和化妆品领域具有广阔应用前景。未来研究可拓展至更多地理来源和季节变异分析，并结合体内实验推动其商业化应用。