综合探究芋类蔬菜（Colocasia gigantea Hook.f.）的民族药用价值：解析调控镇痛、抗糖尿病及细胞毒作用的关键植物化学成分

本刊推荐：为解决传统药物机制不明、现代药物副作用显著等问题，研究人员以Colocasia gigantea为对象，开展其乙醇提取物（CGEE）的系统药理学研究。通过GC-MS鉴定出38种活性成分，结合体内外实验证实其显著镇痛（抑制扭体率达53.48%）、降血糖（3小时降低57.53%）及细胞毒（LC50=2.49 μg/mL）活性，并通过分子对接和ADME/T预测揭示其与COX-2、PPARγ等靶点的高亲和力及良好成药性，为植物源药物开发提供新方向。

　　

在当今全球疾病谱中，癌症、糖尿病和慢性疼痛已成为严重影响人类健康的主要问题。据统计，全球每年新增癌症病例超过1400万，且预计到2030年将接近翻倍；糖尿病同样呈现快速增长趋势，患病人数预计在2030年达到4.39亿。面对这些挑战，现代医学虽然提供了一系列治疗药物，如非甾体抗炎药（NSAIDs）、阿片类镇痛药、二甲双胍和磺脲类降糖药等，但这些药物长期使用往往伴随严重副作用，包括胃肠道损伤、呼吸抑制、心血管风险以及肝肾功能损害等。因此，开发更安全有效的替代疗法迫在眉睫。

在这一背景下，天然产物特别是食用植物及其活性成分，因其丰富的生物活性和较高的安全性受到广泛关注。据统计，现代临床药物中约80%来源于植物或其衍生物，印证了植物在药物开发中的重要作用。芋类蔬菜（Colocasia gigantea Hook.f.）在孟加拉国等地被称为"Kochu"，是一种传统食用兼药用植物，其叶、茎和块茎富含多种营养成分和次生代谢物。民间传统应用表明，该植物具有治疗发热、疼痛、伤口感染、糖尿病和胃部疾病等多重功效，但科学验证其药理活性及作用机制的深入研究尚且缺乏。

为了系统验证Colocasia gigantea的传统药用价值并阐明其活性成分，研究人员开展了一项整合民族药理学、植物化学和计算药理学的研究。该研究全面评估了该植物乙醇提取物（CGEE）的镇痛、抗糖尿病和细胞毒作用，并通过气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）鉴定其主要活性成分，进一步利用分子对接、分子轨道分析和ADME/T预测等方法探讨其作用机制和成药潜力。研究成果发表在《Food Chemistry Advances》，为基于天然产物的药物研发提供了重要科学依据。

本研究采用多项关键技术方法：通过GC-MS分析鉴定植物提取物中的挥发性成分；采用卤虫致死实验（brine shrimp lethality bioassay）评价细胞毒性；通过葡萄糖诱导的高血糖小鼠模型和乙酸诱导的扭体实验分别评估抗糖尿病和镇痛活性；利用高斯软件进行化合物结构优化和分子轨道计算；采用PyRx等工具进行分子对接分析；使用SwissADME和AdmetSAR平台预测药代动力学和毒性特征。实验动物使用4-5周龄瑞士白化小鼠，所有程序均遵循动物伦理准则（批准号：2023-01-04/SUB/A-ERC/002）。

研究结果

植物化学筛选

初步植物化学分析显示CGEE含有碳水化合物、黄酮类、脂肪酸、苷类、萜类、皂苷、单宁、醌类、生物碱和酚类化合物等活性成分，为后续药理实验提供物质基础。

GC-MS分析

通过GC-MS从CGEE中鉴定出38种生物活性化合物，其中含量较高的包括十六烷酸甲酯（19.03%）、(E)-7,11-二甲基-3-亚甲基-1,6,10-十二碳三烯（12.35%）、3,5-二叔丁基苯酚（11.76%）等。这些化合物具有已知的镇痛、抗糖尿病和抗肿瘤活性，如芥子醇、humulene和ar-Turmerone等。

急性口服毒性

CGEE在2000 mg/kg剂量下未引起小鼠死亡或行为异常，表明其具有较高的安全性，为后续体内实验的剂量选择提供依据。

细胞毒活性

CGEE对卤虫幼虫的半数致死浓度（LC₅₀）为2.489 μg/mL，与阳性对照长春新碱（LC₅₀=0.451 μg/mL）相比表现出显著细胞毒活性，提示其具有抗肿瘤潜力。

抗糖尿病活性

在葡萄糖诱导的高血糖小鼠模型中，CGEE（200和400 mg/kg）处理后3小时血糖水平分别降低52.23%和57.53%，与格列本脲（61.98%）效果相当，表明其具有显著的降血糖作用。

镇痛活性

在乙酸诱导的小鼠扭体实验中，CGEE（200和400 mg/kg）对扭体反应的抑制率分别为40.70%和53.48%，与双氯芬酸钠（77.91%）相比表现出明显的镇痛效果。

热力学分析

化合物C1和C37的自由能分别为-1489.288和-1237.529 Hartree，表明其具有较高的热力学稳定性和自发性反应倾向。 dipole moment（偶极矩）分析显示C1（6.154 Debye）和C37（3.703 Debye）具有较强极性，有利于与生物靶标结合。

分子轨道分析

前沿分子轨道分析显示，C14的最高占据分子轨道（HOMO）能级为-7.672 eV，C16的最低未占分子轨道（LUMO）能级为-2.054 eV。C14的HOMO-LUMO能隙最小（5.275 eV），表明其具有较高的化学反应活性和电子转移能力。

分子对接与相互作用分析

分子对接结果显示，多种化合物与靶标蛋白具有高结合亲和力：

• •

  镇痛靶点（COX-2）：aromandendrene（C20）和ar-Turmerone（C27）与乙酰化环氧化酶-2的结合能分别为-8.3和-8.2 kcal/mol，与双氯芬酸钠（-8.3 kcal/mol）相当

• •

  抗糖尿病靶点：8-Oxatetracyclo（C19）和trans-alpha-Bergamotene（C21）与过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPARγ）的结合能分别为-7.2和-7.1 kcal/mol

• •

  细胞毒靶点：C19与雌激素受体（3ERT）的结合能为-8.4 kcal/mol，与长春新碱（-10.5 kcal/mol）接近

  关键氨基酸残基如VAL349、TYR385、ARG288和LEU346等在稳定配体-受体复合物中发挥重要作用。

ADME/T预测

药代动力学和毒性预测显示，C1、C5、C8、C19、C22和C27等化合物符合Lipinski五规则（规则五），具有较好的口服生物利用度、肠道吸收性和血脑屏障通透性，且无显著毒性风险，表明其具有良好的成药性。

讨论与结论

本研究通过多学科交叉策略，全面评估了Colocasia gigantea的药用价值。体内外实验证实其提取物具有显著的镇痛、抗糖尿病和细胞毒作用，其中镇痛机制可能与抑制COX-2活性有关，抗糖尿病作用可能与激活PPARγ和抑制α-淀粉酶相关，而细胞毒效应可能通过诱导 apoptosis（细胞凋亡）实现。GC-MS鉴定的多种活性成分如humulene、ar-Turmerone等，通过分子对接显示与相关靶标具有高亲和力，进一步验证了其多靶点作用特征。

热力学和分子轨道分析揭示了关键化合物的稳定性和反应活性，ADME/T预测则表明这些化合物具有良好的药代动力学特性和安全性。值得一提的是，本研究采用的计算化学方法（如DFT计算和分子对接）与传统药理学实验相结合，为天然产物的机制研究提供了高效、低成本的研究策略。

该研究不仅验证了Colocasia gigantea的传统药用价值，还为开发基于植物成分的新型镇痛、抗糖尿病和抗肿瘤药物提供了科学依据。特别是化合物C19、C20和C27等显示出与标准药物相当的活性，且具有更好的安全性特征，值得进一步开展化合物分离、结构优化和临床前研究。未来研究可聚焦于单一化合物的体内药效评价、作用机制深入探索以及临床转化应用，从而为天然产物来源的新药开发开辟新的道路。