狭叶薰衣草精油的植物化学分析、生物功能评估及基于计算机模拟的机制探究

《Journal of Molecular Structure》：Phytochemical Analysis and Bio-functional Assessment of Lavandula angustifolia Essential Oil with In-silico Mechanistic Exploration

本研究分析了埃及产狭叶薰衣草精油的化学成分及生物活性，发现其含16种主要成分（99.29%），包括龙脑乙酸酯、薰衣草乙酸酯等，具有广谱抗菌、抗生物膜及对乳腺癌细胞线显著的细胞毒性，ADME和分子模拟显示其安全性和药代动力学特性良好，适合开发新型抗菌、抗生物膜及抗癌药物。

　　

艾哈迈德·R·阿里 | 阿卜杜拉·海卡尔 | 穆罕默德·E·埃尔诺萨里 | 纳格拉·埃尔沙菲

曼苏拉大学药学院药物化学系，埃及曼苏拉35516

摘要

薰衣草油以其药典特性而闻名。本研究旨在探讨在埃及种植的Lavandula angustifolia精油的化学成分，并通过多种生物测定方法来确定其抗菌、抗生物膜、细胞毒性和药代动力学活性。化学成分分析采用GC-MS技术，抗菌实验针对选定的病原菌和真菌进行，细胞毒性测试则在多种人类癌细胞系上进行。共鉴定出16种化合物（占99.29%），主要成分包括乙酸芳樟醇（26.62%）、乙酸薰衣草酚（15.45%）、桉叶油醇（14.67%）和芳樟脑（14.13%）。薰衣草油对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌均表现出抗菌活性，对Bacillus subtilis的最低抑菌浓度（MIC）为7.8 μg/ml，最低杀菌浓度（MBC）为15.62 μg/ml。此外，该精油还具有抗生物膜作用。细胞毒性测试显示其对MDA-MB-231（IC₅₀ = 14.03 μg/ml）和MCF-7（IC₅₀ = 18.19 μg/ml）乳腺癌细胞系有显著抑制效果。瑞士ADME分析证实主要成分具有良好的药物性质和最大的胃肠道吸收率，符合Lipinski五规则，且不存在PAINS和Brenk结构警示。根据OSIRIS Property Explorer的预测，其毒性风险较低，未发现致突变、致癌、刺激或生殖毒性作用。对接分析显示，其中石竹烯的ΔG值最低（?6.21至?6.89 kcal/mol），异丁基、异戊基和丁基醋酸酯也紧随其后。分子动力学模拟进一步证实了该复合物的稳定性及石竹烯的疏水相互作用。总体而言，埃及L. angustifolia精油具有符合国际药典标准的稳定化学组成，良好的药代动力学和安全性，以及多靶点生物活性，因此可作为开发新型抗菌剂、抗生物膜剂和选择性抗癌剂的宝贵天然来源。

引言

来自薄荷、柠檬、薰衣草和迷迭香等芳香植物的精油在食品、化妆品和个人护理行业中得到广泛应用。近年来，由于芳香疗法在现代生活方式中的流行，其市场需求急剧上升[1]。其中，Lavandula angustifolia（又称英国薰衣草）尤为突出。这种属于唇形科的多年生灌木原产于地中海地区，现已在全球范围内种植。几个世纪以来，Lavandula属植物因其宜人的香气和多种药用特性而备受推崇[2,3]。如今，薰衣草精油广泛用于香水、制药、化妆品和个人护理产品，以及食品工业中的天然调味剂和防腐剂[[4], [5], [6], [7]]。

Lavandula属精油的多种生物活性，包括抗菌、抗焦虑、抗炎和抗氧化作用，已被广泛研究。L. angustifolia是治疗中枢神经系统疾病（如焦虑、压力、抑郁和失眠）的最常用草药之一，在药学、植物疗法和芳香疗法中得到广泛应用[[8], [9], [10]]。薰衣草精油对多种细菌（包括革兰氏阳性和阴性菌株）及多重耐药病原体表现出强效抗菌活性[11]。从L. angustifolia花朵中提取的精油不仅因其芳香特性而受到重视，还因其显著的抗生物膜作用而受到关注[12]。

鉴于微生物生物膜对传统抗生素的天然抗性，薰衣草油的抗生物膜能力尤为重要。研究发现，其成分能抑制细菌初始粘附，干扰生物膜形成所需的信息传递途径，并促进细胞外聚合物基质的分解[13]。这些作用有助于减少生物膜的形成，提高微生物对抗菌剂的敏感性，使薰衣草油成为控制持续性感染的有前景的替代或辅助疗法[14,15]。癌症仍然是全球主要的疾病和死亡原因之一，在发达国家中位列第二大死因，在低收入和中等收入国家中发病率迅速上升。尽管诊断和治疗技术有所进步，但它仍是一个重大的全球健康挑战，亟需有效、可及且耐受性良好的治疗方案。即使诊断和治疗有所改进，患者仍面临严重的身体和心理困扰，尤其是治疗期间。疼痛和疲劳是癌症患者最常见的症状，严重影响生存质量、康复效果和整体治疗效果[16]。针对人类肺癌（A-549）、乳腺癌（MCF-7）、宫颈癌（HeLa）和前列腺癌（PC-3）的研究表明L. angustifolia蒸馏提取物具有细胞抑制和诱导凋亡的作用[17]。

L. angustifolia蒸馏产物中的主要成分芳樟脑和乙酸芳樟醇负责其治疗作用[18,19]。基于细胞系的研究表明，芳樟脑通过诱导凋亡和激活抗肿瘤免疫来抑制SW620、HepG2、A-549和T-47D细胞的生长[20]。一项使用in vivo肉瘤-180实体瘤模型的研究表明，芳樟脑通过调节氧化应激发挥抗肿瘤作用[21]。基于结构的药物设计（涉及识别和描述生物靶标，主要是蛋白质，然后将这些靶标与具有显著亲和力的小分子化合物匹配）是开发新药物的最流行方法之一[[22], [23], [24]]。

在本研究中，我们对L. angustifolia精油进行了全面的植物化学分析，将其在埃及样本中的化学成分与全球其他地区的报告进行了比较。此外，还评估了该精油的生物活性，包括其对Bacillus subtilis、Staphylococcus aureus、Klebsiella pneumoniae、Salmonella typhi和Candida albicans等病原体的抗菌效果，以及其对多种癌细胞系的细胞毒性作用。为了深入了解其作用机制，我们还进行了in-silico研究，探讨其ADME特性和潜在的分子相互作用及靶标。

植物材料

植物材料

2023年7月，我们从埃及曼苏拉大学药学院药用植物站采集了Lavandula angustifolia（又称英国薰衣草，旧称L. officinalis）的新鲜地上部分。植物鉴定由曼苏拉大学理学院生态与系统植物学教授易卜拉欣·马沙拉利教授完成。相关凭证标本（LAA.2025）存放在药学院药用植物学系。

L. angustifolia地上部分的精油成分

使用L. angustifolia的地上部分提取出一种淡黄色的精油，其密度小于水，产率为0.93%（体积/重量）。表1列出了精油的成分及其百分比和保留指数。共鉴定出16种化合物（占99.29%），其中96.52%为单萜类化合物。精油混合物中仅含2.77%的倍半萜类化合物。

主要结果和未来方向

对在埃及种植的L. angustifolia地上部分提取的精油进行全面的植物化学分析后，通过气相色谱-质谱（GC-MS）分析确定了16种化合物，占总成分的99.29%，其中乙酸芳樟醇（26.62%）、乙酸薰衣草酚（15.45%）、桉叶油醇（14.67%）和芳樟脑（14.13%）为主要单萜类成分。其成分组成与全球报道相似；然而，在某些方面存在显著差异

结论

GC/MS分析显示，Lavandula angustifolia地上部分的精油主要由16种成分组成。主要成分包括乙酸芳樟醇（26.62%）、乙酸薰衣草酚（15.45%）、桉叶油醇（14.67%）和芳樟脑（14.13%）。薰衣草油对多种病原体（包括细菌和酵母）具有抗菌活性，对Bacillus subtilis的抑制率为95.00%，对其他病原体的抑制率也在93.57%以上。

数据获取

本研究的数据可应请求向相应作者获取。

资金支持

本研究未获得任何公共、商业或非营利机构的资助。

参与同意

所有作者均参与了最终稿件的撰写。

出版同意

所有作者同意发表最终稿件。

作者贡献声明

艾哈迈德·R·阿里：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、软件使用、方法设计、实验研究、数据分析、概念构建。 阿卜杜拉·海卡尔：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、项目管理、实验研究、数据分析、概念构建。 穆罕默德·E·埃尔诺萨里：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、实验研究、数据分析、概念构建。 纳格拉·埃尔沙菲：撰写——审稿与编辑、

利益冲突声明

作者声明不存在利益冲突。