基于UHPLC/PDA/ESI-QTOF-MS的埃及蓝睡莲器官代谢组学分析及其抗氧化与抗胆碱酯酶活性关联研究

《Scientific Reports》：Unravelling Egyptian blue Lily (Nymphaea nouchali) organs’ metabolome via UHPLC/PDA/ESI-QTOF-MS and in relation to their antioxidant and anti-cholinesterase effects

本研究针对埃及蓝睡莲（Nymphaea nouchali）不同器官的代谢组学特征及其生物活性开展系统研究。研究人员采用UHPLC/PDA/ESI-QTOF-MS高分辨质谱技术，首次对埃及蓝睡莲花、叶、茎进行全面的代谢物分析，鉴定出185种次生代谢物，其中72种为新发现。研究结果显示，花朵提取物表现出最强的抗氧化活性（DPPH IC5045.15μg/ml）和乙酰胆碱酯酶（AChE）抑制活性（IC501.85μg/ml），为开发神经保护功能食品提供了科学依据。

　　

在古老的埃及文明中，蓝睡莲（Nymphaea nouchali var. caerulea）被视为神圣的象征，不仅具有重要的文化意义，更被广泛应用于传统膳食和医药领域。然而，尽管其历史悠久，科学界对这种水生植物不同器官的化学成分及其潜在健康功效的认识仍不够全面。特别是在当今社会，神经退行性疾病如阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）的发病率不断攀升，而现有药物治疗效果有限且副作用明显，寻找天然来源的神经保护剂显得尤为迫切。

以往的研究多集中于睡莲的某一种活性成分或单一器官，缺乏对不同器官（花、叶、茎）代谢物组成的系统比较，更少有研究将化学成分与特定的生物活性（如抗氧化、抗胆碱酯酶）进行关联分析。这种知识空白限制了对睡莲药用价值的深入理解和开发。为了解决这些问题，研究人员在《Scientific Reports》上发表了最新研究成果，首次对埃及蓝睡莲的不同器官进行了全面的代谢物分析，并探究了其抗氧化和抗胆碱酯酶活性。

本研究采用超高效液相色谱-光电二极管阵列-电喷雾电离-四极杆-飞行时间质谱（UHPLC/PDA/ESI-QTOF-MS）技术结合分子网络（Molecular Networking）和多变量统计分析（包括主成分分析PCA、层次聚类分析HCA和正交偏最小二乘判别分析OPLS-DA），对埃及蓝睡莲的花、叶、茎进行了非靶向代谢组学分析。植物样本采集自埃及吉萨的奥尔曼植物园，经鉴定后制备成80%甲醇提取物进行分析。

表征酚酸

研究共鉴定出23种酚酸，其中没食子酸、咖啡酸和阿魏酸是主要形式，大多以苷类形式存在。这些酚酸化合物通过断裂糖基产生相应的苷元，如峰1-5、7、9、11、15、19和21均显示m/z 169的没食子酸特征碎片离子。研究表明，羟基肉桂酸比羟基苯甲酸具有更好的抗氧化活性，这可能是睡莲提取物抗氧化活性的重要物质基础。

表征单宁

鞣花酸衍生物是睡莲中单宁的主要形式，分为没食子酰己糖和鞣花单宁（ellagitannins, ETs）两类。研究鉴定出多种源自鞣花酸或六羟基二苯酸（hexahydroxy diphenic acid, HHDP）内酯形式的结构，如峰27和39分别显示m/z 633.0733和935.0796，均具有302amu的HHDP特征丢失。其中，峰27和29分别被注释为柯里拉京（corilagin）和卡苏里辛（casuarictin），这些成分此前在白睡莲叶片中有过报道。石榴鞣花素（geranitin）是一种典型的水溶性鞣花单宁，完全水解可产生没食子酸和鞣花酸，部分水解则产生柯里拉京和短叶苏木酚羧酸（brevifolin carboxylic acid）。值得注意的是，石榴鞣花素及其水解产物没食子酸和柯里拉京对Aβ肽聚集有明显的抑制作用，而Aβ肽是老年斑的主要毒性成分，在AD进展中起关键作用。

表征黄酮醇

黄酮醇是睡莲中最丰富的黄酮类化合物，鉴定出46种黄酮醇苷，主要为单糖苷、酰化单糖苷和双糖苷。万寿菊素（patuletin）是一种稀有黄酮醇，其苷类在峰62、66、73、76和84中被注释，如峰62和66分别被鉴定为万寿菊素-O-没食子酰己糖苷和万寿菊素-O-己糖苷。万寿菊素具有多种生物活性，包括细胞毒性、抗菌、抗炎和神经保护作用。此外，研究还鉴定出13种杨梅酮（myricetin）苷和7种异鼠李素（isorhamnetin）苷，主要为没食子酸和香豆酸的酰化苷。杨梅酮苷具有强大的抗氧化活性，可作为抗坏血酸的替代品；而异鼠李素则能通过抑制过度活性氧（reactive oxygen species, ROS）产生和TLR4（Toll样受体4）来发挥神经保护作用。

表征黄烷酮

柚皮素（naringenin）和圣草酚（eriodictyol）苷是柑橘类特有的黄烷酮，具有广泛的生物活性。峰100和103分别被鉴定为柚皮素-O-己糖苷和圣草酚-O-己糖苷。研究表明，柚皮素能通过降低肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、核因子-κB（NF-κB）、TLR4来改善脂多糖诱导的认知障碍，并抑制AChE酶；而圣草酚则通过抑制Aβ聚集和Tau蛋白磷酸化来缓解记忆损伤。

表征花青素

花青素是许多水果和观赏花卉中pH敏感的农艺性状，飞燕草素（delphinidin）苷是睡莲花中主要的花青素，其苷化、羟基化和酰化是产生独特蓝色的重要步骤。飞燕草素苷具有抗氧化活性，能减轻H₂O₂诱导的人角质形成细胞毒性。

表征生物碱

亚精胺（spermidine）生物碱是一类普遍存在的有机多胺，峰117和118分别被鉴定为阿魏酰香豆酰亚精胺和三香豆酰亚精胺。亚精胺生物碱具有AChE抑制活性，并能作为天然自噬诱导剂清除错误折叠的脑蛋白聚集体，在AD病理变化中发挥重要作用。

表征氨基酸和维生素

泛酸（维生素B5）是脑乙酰辅酶A的重要前体，能逆转散发性AD的致病因素；烟酰胺（维生素B3）在转化医学研究中被确定为AD的潜在生物标志物。

表征有机酸

鉴定出7种有机酸，其中苹果酸、柠檬酸、琥珀酸和莽草酸最为丰富。苹果酸是美国FDA批准的安全食品级添加剂，在蓝睡莲花中为独特成分。

表征脂肪酸和酰胺

鉴定出13种脂肪酸及其羟基化和酰胺衍生物，其中亚麻酸、油酸和棕榈酸在各器官中分布均匀。脂肪酸酰胺是重要的生物活性信号分子，具有镇痛、抗焦虑、抗惊厥和神经保护作用。

表征脂质

鉴定出33种脂质，属于甘油磷脂酸（PA）、磷脂酰胆碱（PC）、磷脂酰乙醇胺（PE）、磷脂酰肌醇（PI）、磷脂酰甘油（PG）、单半乳糖单酰基甘油（MGMG）和双半乳糖单酰基甘油（DGMG）等不同类别。PA是磷脂合成的初级构建块，其缺乏与AD进展直接相关；而MGMG则具有抗氧化、抗高脂血和抗炎活性。

N. nouchali器官的多变量数据分析

负离子模式下的PCA分析显示，PC1和PC2的总方差为78%，花朵样本明显分离，富含鞣花单宁衍生物和杨梅酮-O-乙酰苷异构体，以及苹果酸，这些成分可能是埃及蓝睡莲花朵的标志物。茎和叶则富含棕榈酰羟基甘油磷酸乙醇胺和甲基-O-没食子酸盐。正离子模式下的PCA分析显示总方差为69%，样本分离归因于苹果酸、焦谷氨酸和亚精胺。OPLS-DA分析进一步证实了这些标志物，花朵的分离与其富含鞣花单宁衍生物有关。

生物学活性

抗氧化活性测定显示，蓝睡莲花朵提取物在DPPH、ABTS、H₂O₂和NO清除实验中均表现出最强的活性，IC₅₀值分别为45.15、5.02、55.04和54.07μg/ml，优于或接近Trolox和维生素C。此外，花朵提取物还表现出最强的AChE抑制活性（IC₅₀1.85μg/ml），而茎的活性最低。

研究结论表明，埃及蓝睡莲不同器官具有丰富的代谢物多样性，其中花朵富含多种生物活性成分，如飞燕草素花青素、亚精胺苷和柚皮素苷元。这些成分与睡莲的抗氧化和抗胆碱酯酶活性密切相关，特别是对阿尔茨海默病的预防和治疗具有潜在价值。本研究首次提供了埃及蓝睡莲器官的全面代谢物分析，揭示了其作为功能性食品和神经保护剂开发的潜力，为未来深入研究其代谢途径和神经学效应奠定了基础。