中国常见栽培甘薯（Ipomoea batatas）地上部分品种依赖性树脂糖苷（RGs）谱及其胰脂肪酶（PL）抑制活性解析

《Journal of Agriculture and Food Research》：Unraveling Cultivar-Dependent Resin Glycoside Profiles and Pancreatic Lipase Inhibitory Activity in Aerial Parts of Commonly Cultivated Sweetpotatoes ( Ipomoea batatas) in China

　　

树脂糖苷（resin glycosides, RGs）提取物表现出品种依赖性的胰脂肪酶（pancreatic lipase, PL）抑制作用。Yanshu 25表现出最强的PL抑制活性，其奥利司他当量（orlistat equivalence, OE）值为1.60±0.07 ng orlistat/μg提取物。通过将UHPLC-QTOF-MS/MS谱分析与多元分析相结合，鉴定出15种可能与高PL抑制活性相关的差异树脂糖苷（differential RGs）。2-甲基丁酰基（2-methylbutyryl）、肉桂酰基（cinnamoyl）和十二酰基（dodecanoyl）是差异RGs中最常出现的酰基取代基。

研究背景与意义：甘薯（Ipomoea batatas L.）是全球重要粮食和块根作物，年产量超过9000万吨；中国产量占世界56.7%，2023年登记品种423个。甘薯地上部分包括叶和茎，多被丢弃，但富含多酚、花青素和咖啡酸衍生物等成分。已有报道甘薯叶可抑制高脂饮食大鼠脂肪积累。树脂糖苷（resin glycosides, RGs）具有胰脂肪酶（pancreatic lipase, PL）抑制活性，被认为是甘薯地上部分抗肥胖潜力的主要贡献者。然而，RG介导活性随品种变化，源于RG组成和结构多样性不同。该领域迄今研究品种少于20个，品种依赖性RG谱与PL抑制活性关系尚未充分探索。研究人员收集中国22个常见栽培甘薯品种地上部分，评价PL抑制活性并比较RG谱，以理解潜在构效关系，为筛选功能食品原料和利用甘薯地上生物量提供依据。

关键技术方法：样本来源为2022年采自徐州市农业科学院国家甘薯离体种质库的22个中国常见栽培甘薯品种地上部分（含叶和茎），冻干。方法包括：二氯甲烷提取、硅胶柱层析和甲醇馏分制备RG提取物；以p-nitrophenyl palmitate（pNPP）法测PL抑制活性，计算IC₅₀和orlistat equivalence（OE）；对高、低活性各3个品种进行UHPLC-Q-TOF-MS/MS负离子RG谱分析，结合主成分分析（PCA）、正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）和RG库注释差异RG；对最高变量投影重要性（VIP）分子进行分子对接（人PL，PDB ID: 1LPB）；碱性水解联合气相色谱-质谱-火焰离子化检测（GC-MS-FID）分析脂肪酸/肉桂酸；采用方差分析（ANOVA）Waller-Duncan检验，VIP>1且p<0.05筛选。

研究结果：3.1 中国22个甘薯品种分类与种植面积：研究人员选取叶用、鲜食、淀粉加工、高花青素功能食品四类共22个市售品种；2015年数据中12个广泛用于食品生产，Xushu 18年种植面积最大（197万英亩），块根产量约6864 kg/英亩。3.2 甘薯地上部分富含RG提取物的产量与PL抑制活性：RG提取物产量0.42%-0.87%，Xucaiguanshu 1最高。Yanshu 25抑制最强，OE=1.599±0.068 ng orlistat/μg样品（IC₅₀=17.925±0.759 μg/mL），其次为Xushu 41和Xushu 44；Xushu 22和Sushu 8最弱。与已报道植物源抑制剂相比，高活性品种样品相当或更强。未发现品种终用途与RG活性明确关联。3.3 不同脂肪酶抑制活性甘薯地上部分RG谱分析：选取高活性Yanshu 25、Xushu 41、Xushu 44和低活性Xucaiguanshu 1、Sushu 8、Xushu 22。UHPLC-Q-TOF-MS/MS鉴定106个RG相关信号，包括1个三糖、24个四糖和81个五糖；Sushu 8最低（87个），Xushu 44最多（105个）。PCA总解释54.71%（PC1 36.00%，PC2 18.71%），但未清晰区分高、低活性组，提示活性与特定RGs或结构特征相关。3.4 差异RGs发现：OPLS-DA将高、低活性组分开，R²Y(Cum)=97%，Q²(Cum)=95%。共鉴定16个差异RG相关特征，15个在高活性组富集，intrapilosin III在低活性组占优。RGs含四糖或五糖核心，由D-葡萄糖、L-鼠李糖和D-岩藻糖组成，连接jalapinolic acid（11-羟基十六烷酸），形成大环内酯，其余羟基被2-甲基丁酰基（2-mba）、n-癸酰基（Deca）、n-十二酰基（Dodeca）、肉桂酰基（Cna）等酰化。以batatoside J和operculin XV为例，通过MS/MS碎片鉴定结构。3.5 标记RGs结构特征：15个高活性相关RGs中6个四糖、9个五糖；11/15在第二糖单元（岩藻糖/鼠李糖）C-2或C-3内酯化。Tricolorin B含Iba和2-mba；scammonin VII、orizabin V/obrizabin VI、woodrosin I在更远端糖单元内酯化。2-mba最常见（11/15），其次Dodeca（6/15）和Cna（5/15）。Cna与PL抑制活性关联为首次报道。整体活性来自多结构特征联合，RG混合物呈非竞争性抑制。3.6 分子对接：以leptophyllin A为代表，与人PL对接结合能-6.555 kcal/mol，glide emodel为-78.391；其与Thr292、Asn294、Arg339、Glu370、Glu385、Asp387形成氢键，酰基与周围残基广泛非键作用，支持优先结合PL非催化区域。与calyhedins不同酰化模式可能对应不同结合区域/模式。3.7 碱性水解脂肪酸：Yanshu 25和Xushu 44活性最高和次高，水解产物中癸酸、十二酸、肉桂酸水平最高；低活性品种较低。Xushu 41例外，富含muricatin V/VI和obrizabin V/VI，其活性可能与此类RGs有关。2-mba因挥发未检出，需优化水解条件。3.8 局限与展望：pNPP法适合快速比较筛选，需细胞和体内验证；OPLS-DA和分子对接为初步，需分离RGs研究机制。本研究为快速筛选和建立整合品种、RG谱、生物活性数据库提供框架。

讨论与结论翻译：讨论认为PL抑制活性由多个结构特征联合决定，而非单一取代基；个体RGs可能机制不同。研究结论：中国22个甘薯品种地上部分RGs提取物的PL抑制活性存在显著差异，Yanshu 25活性最强，OE值为1.599±0.068 ng orlistat/μg提取物。UHPLC-QTOF-MS/MS谱分析与多元分析相结合，鉴定出高、低活性品种间16种差异RGs，其中15种在高活性组中富集。结构比较突出2-mba、十二酰基和肉桂酰基是与高PL抑制活性相关的RGs特征酰基取代基。这些发现为活性RGs结构特征提供了新见解，但个别结构的具体贡献及其抑制机制仍需进一步研究。与前期工作一起，本研究扩展了对不同甘薯种质中RG多样性和PL抑制活性的认识，有助于建立更广泛的RG数据库，用于鉴定和利用富含RG的甘薯资源。作者名单：Qingtong Xie、Yi Lin、Zhixuan Song、Yuyun Lu、Xinmin Shi、Qinghe Cao、Tiange Liu、Dejian Huang。