圆叶香蒲（Cyperus rotundus）根提取物的抗菌活性、血液相容性、分子对接研究、分子动力学模拟（MD Simulation）以及计算机辅助药代动力学（in Silico ADMET）分析

《Journal of Molecular Structure》：Antibacterial Activity, Hemocompatibility, Molecular Docking, MD Simulation, and in Silico ADMET of Phytochemicals from Cyperus rotundus Roots

本研究通过FTIR、GC-MS、UV-Vis光谱分析及分子对接技术，证实伊拉克圆科莫罗草根提取物含4种活性成分（1-4），对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌等4种病原菌具有显著抗菌活性，且与S. aureus的丙酮酸激酶和K. pneumoniae的拓扑异构酶IV靶点结合良好，ADMET模拟显示其具备良好药代动力学特性和安全性。该研究首次系统整合了光谱分析、抗菌验证与分子机制研究，为C. rotundus开发天然抗菌剂提供依据。

　　

Samer A. Awad | Ahmed A. Al-Kubaisi | Mahmood Yaseen Mukhlif | Doaa A. Elsayed

伊拉克安巴尔省Al-Marif大学健康与医学技术学院医学实验室技术系，邮编31001

摘要

Cyperus rotundus在伊拉克传统上被用于治疗多种疾病；然而，其药理特性尚未得到充分研究。本研究通过FTIR、GC–MS和UV–Vis光谱技术分析了其根提取物，以确认关键功能基团的存在并鉴定主要植物化学成分。这些提取物对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、肺炎克雷伯菌和奇异变形杆菌表现出显著的抗菌活性。溶血试验和细胞毒性试验表明它们对人体红细胞具有良好的相容性。分子对接分析显示，化合物2和3与金黄色葡萄球菌的丙酮酸激酶和肺炎克雷伯菌的拓扑异构酶IV具有较高的结合亲和力。ADMET模拟结果表明这些化合物具有良好的药代动力学和安全性特征。总体而言，这些发现突显了C. rotundus根中植物化学成分的抗菌潜力，但仍需进一步进行体内验证。此外，GC–MS鉴定出的化合物的分子对接分析及ADMET预测为观察到的抗菌活性提供了机制上的解释，并初步评估了其作为药物的潜力与安全性。目前，这一领域在C. rotundus根成分的研究中还相对较少。据我们所知，这是首次将实验性抗菌验证、靶点特异性对接分析和药代动力学预测结合在一起的关于伊拉克C. rotundus根提取物的研究。

引言

传染病仍然是全球死亡的主要原因之一，而抗微生物耐药性病原体的快速出现和传播加剧了这一问题。在发展中国家，这一问题尤为严重，社会经济限制、有效药物的获取困难以及不合理的抗生素使用导致了疾病负担的增加[1]。因此，迫切需要寻找高效、安全且易于获取的新抗微生物剂。历史上，天然产物在药物发现中发挥了重要作用，尤其是在抗微生物剂的开发方面。许多重要的抗生素，包括青霉素和其他β-内酰胺类化合物，最初都来源于天然来源，这突显了生物活性代谢物的治疗潜力[[2], [3], [4], [5], [6], [7]]。在这方面，药用植物是结构多样的生物活性化合物的宝贵来源，可以作为对抗耐药微生物的替代或补充策略[[8], [9], [10]]。Cyperus rotundus L.（莎草科）是一种广泛分布于热带和亚热带地区的多年生草本植物，在多种医疗体系中都有传统应用。植物化学研究表明，该植物含有多种次级代谢物，如黄酮类、萜类、生物碱、单宁和精油[[11], [12], [13]]。这些化合物具有多种生物活性，其中一些与抗菌和抗氧化应用相关[[14], [15], [16], [17], [18]]。尽管Cyperus rotundus有广泛的传统用途，但其抗菌潜力尚未通过系统的科学研究得到充分探索[19]，特别是对其抗菌效果、安全性及作用机制的研究较为有限。解决这些空白对于验证其治疗意义和支持其作为天然抗微生物剂的开发至关重要[20,21]。因此，本研究旨在全面评估Cyperus rotundus提取物的抗菌活性，评估其安全性，并探讨其潜在的作用机制，从而为其在传染病管理中的可能作用提供科学依据。此外，本研究将光谱分析（FTIR、GC–MS和UV–Vis）、生物学验证（抗菌、溶血和细胞毒性试验）以及计算机模拟（分子对接和ADMET分析）整合在一个框架内。与以往主要关注植物化学成分鉴定或单一抗菌测试的研究不同，本研究系统地将鉴定出的植物化学成分与特定的细菌靶点（即金黄色葡萄球菌的丙酮酸激酶和肺炎克雷伯菌的拓扑异构酶IV）联系起来。

植物样本采集

2024年11月，我们从伊拉克安巴尔省拉马迪的一个花园中采集了Cyperus rotundus L.的根样本。植物学家Mohammed Aziz教授对样本进行了鉴定，相关凭证标本（DB-05）已存档于安巴尔大学。

植物提取物的实验室制备

Cyperus rotundus L.的根在流动自来水下清洗后，再用去离子水冲洗。将粉碎的样本放入索氏提取器的滤纸筒中，使用乙醇作为提取溶剂。

GC-MS分析

GC–MS色谱图显示，Cyperus rotundus根提取物的乙醇提取物中含有4个峰（见图1），这些峰的特征与国家标准与技术研究院（NIST）数据库中已知化合物的保留时间、峰面积（%）和质量谱碎片模式相符。结果表明，使用乙醇作为溶剂时鉴定出了4种化合物。

结论

通过FTIR、UV-Vis和GC-MS技术鉴定出Cyperus rotundus根提取物中含有4种化合物（1–4）。这些化合物对测试菌株表现出广谱抗菌活性，尤其是对金黄色葡萄球菌和肺炎克雷伯菌效果显著。分子对接研究表明，这些化合物与金黄色葡萄球菌的丙酮酸激酶和肺炎克雷伯菌的拓扑异构酶IV具有较高的结合亲和力。ADMET预测表明这些化合物具有良好的药物特性。

资金支持

不适用。

伦理批准

不适用。

知情同意

不适用。

CRediT作者贡献声明

Samer A. Awad：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、监督、方法学设计、数据管理、概念构思。Ahmed A. Al-Kubaisi：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、监督、软件使用、方法学设计、数据管理、概念构思。Mahmood Yaseen Mukhlif：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、软件使用。Doaa A. Elsayed：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、软件使用。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢Al-Marif大学提供的设施和支持。