野蔷薇（Rosa canina L.）根的植物化学物质谱分析、抗氧化及酶抑制潜力：整合体外实验与计算机模拟方法

《South African Journal of Botany》：Phytochemical Profiling, Antioxidant and Enzyme Inhibitory Potential of Rosa canina L. Roots: Integrated In Vitro and In Silico Approaches

　　

• Rosa canina L.（野玫瑰）的根在传统上被用于治疗呼吸系统、炎症和代谢性疾病。• 其强大的抗氧化和酶抑制活性支持了其传统药用用途。• 提取物对CA I-II、AChE、酪氨酸酶和α-糖苷酶表现出显著的抑制活性。• 酚类分析显示，甲醇和乙酸乙酯提取物含有大量的儿茶素、鞣花酸和绿原酸。• 这些发现表明，溶剂极性显著影响酚类物质的产量和生物活性。引言Rosa canina L.（蔷薇科）通常被称为"玫瑰果"、"野玫瑰"和"狗玫瑰"（Manzione等人，2024）。土耳其植物区系中有24种蔷薇属植物，该植物的假果、枝条和根通常用于制备煎剂（Cicek等人，2022；Sezik等人，2001；Tuzlac? & Erol，1999；Ye?ilada等人，1999）。玫瑰果传统上被用于治疗各种疾病，包括代谢、心血管、呼吸和炎症性疾病（Gürhan & Ezer，2004；Tetik等人，2013；Tuzlac? & Erol，1999；Ye?ilada等人，1999；Ye?ilada等人，1997）。此外，其根部还用于治疗感冒、呼吸困难、咳嗽、风湿病、糖尿病、癌症、肾结石消减、消化不良、女性不孕症、痔疮、排尿困难、气短、便秘、疟疾和哮喘；同时也被作为补品和增强免疫系统的药物使用（Altundag & Ozturk，2011；El?i & Erik，2006；Kocaba? & Gedik，2016；?zgen等人，2012；Tuzlac? & Erol，1999；Ye?ilada等人，1997）。因此，R. canina的根在许多国家被频繁使用和销售（图1）（Oproshanska等人，2021）。在关于蔷薇属植物根部的各项研究中，据报道其具有非常高的抗菌、抗氧化、抗癌和抗炎活性，同时对肝脏功能也有积极作用（Coruh & Ozdogan，2017；He等人，2009；Li等人，2014；?zdo?an，2013；Winther等人，2016；Yesilada等人，1997；Yuan等人，2008）。特别是在Ye?ilada等人（1997）的研究中，据报道R. canina的根可用于治疗风湿病。详细考察对蔷薇属植物根部进行的植物化学研究后，发现其根部主要含有缩合鞣质及其前体（儿茶素类化合物）、水解鞣质、甾体、三萜和三萜异苷（?oruh & ?zdo?an，2015；Yang等人，1995；Yoshida等人，1989）。研究表明，这些化合物具有多种生物效应。例如，三萜已被证明具有抗炎（An等人，2011）、抗癌（Li等人，2013）、神经保护（Gao等人，2018）、肝保护（He等人，2009；Park等人，2004）、免疫调节（Saaby等人，2011）、降血糖（Thao等人，2014）、抗凝（Xiong等人，2017）和降胆固醇（Park等人，2005）活性。缩合鞣质的前体儿茶素和表儿茶素已被报道具有抗癌（Coruh & Ozdogan，2017）、抗过敏（Ito等人，2007）、抗突变（Kumar等人，2013）、抗衰老（Jun等人，2004）和肝保护（Liu & Chen，2004）作用。鞣花酸作为水解鞣质之一，已被报道具有抗血栓（Chang等人，2013）、抗炎（Umesalma & Sudhandiran，2010）、抗血管生成（Larrosa等人，2010）和抗癌（Coruh & Ozdogan，2017）特性。此外，缩合鞣质被证实具有强大的抗氧化和抗炎能力（Park等人，2010）。抗氧化化合物通过保护人体免受自由基和活性氧（ROS）/活性氮（RNS）有害影响来中和氧化损伤。这些分子终止自由基引起的链式氧化反应，通过防止脂质过氧化来减缓许多慢性疾病的进展。此外，抗氧化剂经常被添加到食品中；它们通过抑制自由基链式反应的引发和传播阶段来延缓氧化过程。因此，天然抗氧化剂因其清除自由基和调节氧化应激相关通路的能力而受到极大关注（Gül?in，2012；Gül?in等人，2006；Gül?in等人，2019）。越来越多的证据表明，氧化应激和酶失调密切相关。糖尿病被定义为一种降低全球数十亿人生活质量的代谢性疾病，并导致眼睛、肾脏和血管等各种器官的继发性并发症。ROS和氧化应激被认为是糖尿病的主要病理生理中介。过度的葡萄糖负荷会增加线粒体中ROS的产生，导致线粒体功能受损。糖尿病治疗的一种方法是通过抑制水解碳水化合物的α-糖苷酶和α-淀粉酶来减缓葡萄糖的吸收（Gül?in等人，2019；Taslimi等人，2020）。氧化应激也被认为是神经退行性疾病的關鍵機制，包括阿尔茨海默病、青光眼和帕金森病，涉及AChE、CA和酪氨酸酶等酶。研究表明，许多具有强抗氧化特性的天然和合成化合物也能抑制这些酶，突显了这种多靶点方法的潜力。虽然该疾病的准确病因尚未完全了解，但各种生物化学机制如ROS形成被认为对脑退化有效（El-Sayed等人，2019）。乙酰胆碱酯酶（AChE）抑制剂目前被广泛用于阿尔茨海默病（AD）的治疗（Ak?nc?o?lu & Gül?in，2020）。研究表明，许多植物物种含有具有胆碱酯酶抑制作用的次生代谢产物，这些化合物可能是治疗AD的潜在药物（Taslimi等人，2020）。另一种神经退行性疾病——帕金森病（PD），其特征是黑质中多巴胺能神经元的丧失和含有α-突触核蛋白的路易体的积累。这导致多巴胺缺乏和运动功能障碍，如震颤、僵直和运动迟缓（Tessari等人，2008）。酪氨酸酶（Tyr）是一种含铜氧化酶，催化酪氨酸羟基化为L-DOPA，然后氧化为多巴醌。Tyr在黑色素生物合成和神经组织的氧化过程中起着关键作用（Qi等人，2024）。然而，最近的研究表明，过度的Tyr活性会促进多巴胺氧化、活性醌形成和神经黑色素积累。这加剧了PD中的氧化应激和神经元损伤（Nagatsu等人，2022）。因此，抑制Tyr可能是一种有前景的神经保护策略，因为它可以抑制异常的神经黑色素合成，减轻氧化毒性，并减少黑色素产生。这使得Tyr抑制不仅对治疗PD相关，而且对治疗色素沉着过度障碍也有意义（Qi等人，2024）。碳酸酐酶（CA）是一种含锌酶，在pH平衡以及代谢和神经功能中发挥作用，在系统发育上几乎存在于所有生物中（Beyza ?ztürk Sar?kaya等人，2010；Gümü?等人，2022）。CA被定义为一种催化二氧化碳和水转化为碳酸氢盐的金属酶。CA抑制剂通过抗青光眼、抗癫痫和利尿作用在多种疾病中提供治疗益处（Gümü?等人，2022）。氧化应激是代谢和神经退行性疾病之间汇聚的机制联系，过量的ROS/RNS产生导致晚期糖基化终产物（AGE）形成、脂质过氧化和氧化还原失衡，从而扰乱酶功能和细胞稳态。α-Gly、AChE、CA和Tyr等酶参与这些相互关联的途径。因此，单靶点方法可能不足，而植物提取物作为多组分系统，通过调节这一复杂生化网络中的多个靶点提供了一种合理的策略（Reddy，2023）。尽管许多天然来源对CA I-II、AChE、酪氨酸酶和α-葡萄糖苷酶的抑制作用已在现有文献中得到研究，但目前尚无研究化学计量学评估来自高海拔地区的Rosa canina根提取物对这些酶的直接影响，以及特定植物化学成分与其分子机制之间的关系。基于文献的这一空白，我们的研究检验了一个假设：由高海拔条件形成的根成分会对这些靶酶起到有效的抑制作用。本研究旨在使用UPLC-ESI-MS/MS分析R. canina根提取物（分别为MERC、CERC、HERC、EERC和WERC）的酚类谱，并以化学计量分析（PLS-DA和热图）以及基于KEGG数据库、以拟南芥为参考生物体的代谢途径分析支持研究结果，通过六种不同机制测定抗氧化能力，并研究其对与代谢和神经疾病相关酶的抑制能力。结合化学计量分析和分子对接方法的使用，不仅是为了鉴定化合物，也是为了确定与生物活性相关的成分，并阐明其效应背后的分子机制。基于从UPLC-MS/MS数据获得的化学谱的化学计量评估，提出了一个假设，即突出的化合物与酶抑制结果相关；该假设通过分子对接研究检验相关化合物与靶酶之间的相互作用进行了测试。此外，使用分子对接方法研究了主要酚类化合物与酶的潜在相互作用。章节片段化学品用于UPLC–MS/MS分析的酚类标准品由Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）提供。用于制备校准曲线和流动相的甲酸和HPLC级甲醇同样购自Sigma-Aldrich。分析试剂级甲醇来自Riedel-de Ha?n（德国）。实验中使用的所有其他化学品和溶剂均为分析级。超纯水通过Milli-Q纯化系统（EASY pure）获得。结果与讨论R. canina L.是一种落叶多年生灌木，高1至3米，罕见可达7米，可为攀援灌木。侧枝通常柔软下垂，向下弯曲；嫩枝上的刺细而短，老茎上则增厚为坚硬的下弯形态。刺均匀分布呈针状；毛状刺缺失。叶片呈暗绿色，通常有五至七片小叶；然而，个别植株有三……结论本研究全面评估了R. canina L.根提取物的抗氧化潜力和酶抑制活性，这些提取物在传统上既作为食品又作为药物使用。获得了五种不同的溶剂组分（MERC、CERC、HERC、EERC和WERC），并通过六种抗氧化试验和五种酶抑制方法进行了系统研究。在这些提取物中，乙酸乙酯组分（EERC）表现出最高的抗氧化活性，表明其可能作为……伦理批准和参与同意本研究未进行任何人类或动物实验，也未给药。因此，在研究之前不需要伦理委员会报告和研究批准等文件。所有作者声明，他们在本研究中均按照伦理规则开展工作。稿件撰写过程中生成式人工智能和人工智能辅助技术的声明在撰写本作品期间，作者使用了ChatGPT来改善英文句子的语法准确性和清晰度。使用此工具/服务后，作者根据需要审查和编辑了内容，并对所发表文章的内容承担全部责任。资助作者感谢阿塔图尔克大学科学研究项目通过编号为TSA-2024-14194的资助金资助本项目。数据可用性声明支持本研究结果的数据可从通讯作者处合理请求获得。CRediT作者贡献声明Adem Ertürk：方法学、调查、概念化。Leyla Güven：撰写–审阅与编辑、撰写–初稿、可视化、方法学、调查。Fatma Demirkaya Milo?lu：撰写–审阅与编辑、调查。Hasan Can：方法学、调查、概念化。Ka?an ?zata：调查。?lhami Gül?in：撰写–审阅与编辑、可视化、方法学、概念化。利益冲突声明作者声明，他们没有任何已知的可能影响本论文所述工作的竞争性经济利益或个人关系。Adem Ertürk | Leyla Güven | Fatma Demirkaya Milo?lu | Hasan Can | Ka?an ?zata | ?lhami Gül?in