洋甘菊水提物通过多靶点调控COX-2、MMP-9及H+/K+-ATPase发挥乙醇诱导胃溃疡保护作用的植物化学表征、分子对接及体内药效学研究

《Chemistry & Biodiversity》：Phytochemical Profiling, Molecular Docking Study, and Gastroprotective Effect of Matricaria chamomilla L. Aqueous Extract in Ethanol-Induced Gastric Ulcer in Mice

　　

摘要 尽管Matricaria chamomilla L.（洋甘菊）以其药用特性闻名，但大多数研究集中于其精油或有机溶剂提取物，忽视了传统上使用的水煎剂。本研究考察了洋甘菊水提物（chamomile aqueous extract, CAE）的化学成分及酚类化合物的分子相互作用，重点关注其独特的水溶性组分。CAE由干燥洋甘菊花制备，采用超高效液相色谱-二极管阵列检测-电喷雾电离质谱（UHPLC-DAD-ESI-MS）分析，共鉴定出19种酚类成分，以黄酮类和酚酸类为主。针对主要化合物——trans-3,5-二-O-咖啡酰奎宁酸、杨梅素-3-O-葡萄糖苷及4-O-咖啡酰奎宁酸的计算机模拟（in silico）研究表明，这些化合物通过氢键与环氧合酶-2（cyclooxygenase-2, COX-2）、基质金属蛋白酶-9（matrix metalloproteinase-9, MMP-9）及胃H+/K+-ATPase的催化残基结合，具有较高的结合亲和力（?7.5至?10.4 kcal/mol），为分析结果提供了机制层面的解释。这些计算发现得到了体外抗氧化和抗炎实验以及乙醇诱导胃溃疡小鼠模型体内评价的支持。CAE治疗提供了卓越的保护作用（500 mg/kg剂量下达99%），将溃疡指数从4.5降至0.24，显著优于常规奥美拉唑治疗。组织病理学检查证实黏膜完整性得到改善，组织损伤减轻。本研究首次将洋甘菊水提物的植物化学表征与多靶点分子对接及其胃保护功效的体内验证相结合。

论文解读

一、研究背景与意义

消化性溃疡是指消化道内由酸诱导的损伤，通常发生于胃或近端十二指肠，以黏膜损伤延伸至黏膜下层或固有肌层为特征，普通人群患病率约为5%–10%。胃溃疡的危险因素包括Helicobacter pylori（幽门螺杆菌）感染、卓-艾综合征、非甾体抗炎药（NSAID）使用及酒精摄入等。溃疡的发生与氧化应激、由H⁺/K⁺-ATPase泵调控的胃酸分泌以及炎症介质释放密切相关，其中环氧合酶（COX）尤其是COX-2的参与促使了选择性COX-2抑制剂的开发。此外，溃疡形成常伴随胃组织内细胞外基质（ECM）重塑紊乱，这一过程受基质金属蛋白酶（MMPs）活性变化的影响。

尽管合成药物在治疗包括胃溃疡在内的多种人类疾病中占据主导地位，但由于化学疗法存在显著的副作用、药物相互作用、微生物耐药性及高昂费用等问题，全球相当一部分人群正转向传统医学。洋甘菊（Matricaria chamomilla L.）原产于南欧、东欧及亚洲北部和西部，现已在世界许多温带地区栽培和归化。其传统药用价值广为人知，但多数科学研究集中于其精油或有机溶剂提取物，而传统制备中最为常用的水提物却缺乏系统表征。现有研究虽已表明洋甘菊的部分功效归因于其酚类成分，尤其是黄酮亚类的高抗氧化活性，且水提物在受控剂量下通常被认为是安全的，但其全面的植物化学特征及其通过多靶点相互作用实现胃保护的分子机制仍 largely 未被探索。本研究正是针对这一研究空白，系统考察洋甘菊水提物（CAE）的生物学效应，重点关注其独特的水溶性成分，通过同时调控氧化应激、炎症反应和胃酸分泌来阐明其潜在的胃保护作用。

二、研究内容与结论

研究人员采用整合策略，将体外抗氧化、抗炎活性测定与乙醇诱导胃溃疡小鼠模型的预防性抗溃疡效果评价相结合，并对CAE中鉴定的关键水溶性化合物与胃溃疡机制相关蛋白（COX-2、MMP-9及H⁺/K⁺-ATPase）进行详细分子对接研究，从原子水平探索其相互作用。研究结果表明，CAE富含多种酚类活性成分，其中咖啡酰奎宁酸类和黄酮苷类化合物是关键贡献者。分子对接显示主要化合物与三种靶蛋白均具有强结合亲和力，提示其可能通过调节前列腺素合成、ECM降解和胃酸分泌发挥胃保护作用。体外实验证实了CAE的抗氧化和抗炎活性，体内实验则显示CAE在500 mg/kg剂量下提供高达99%的溃疡保护，显著优于奥美拉唑，组织病理学检查确认黏膜完整性得到改善。该研究首次将洋甘菊水提物的植物化学表征与多靶点分子对接及体内药效验证相结合，为传统应用提供了机制层面的科学依据，提示洋甘菊可能成为管理胃肠道疾病的有效天然替代方案。

三、关键技术与方法

本研究采用的主要技术方法包括：利用UHPLC-DAD-ESI-MS对CAE进行植物化学成分表征；采用AutoDock Vina对主要化合物与COX-2（PDB ID: 5IKR）、MMP-9（PDB ID: 5CUH）及H⁺/K⁺-ATPase（PDB ID: 5YLU）进行分子对接，并以共结晶配体重新对接的均方根偏差（RMSD）验证对接方案的可靠性；通过DPPH、ABTS、邻菲啰啉及还原力四种方法评价体外抗氧化活性；采用牛血清白蛋白（BSA）变性抑制实验评价体外抗炎活性；体内实验采用30只雄性NMRI小鼠（25–30 g，购自阿尔及利亚巴斯德研究所），随机分为5组，以90%乙醇诱导胃溃疡模型，评估胃液pH、总酸度、溃疡指数、保护率及组织病理学变化。

四、主要研究结果

4.1 提取率及UHPLC-DAD-ESI-MS酚类含量定量分析

CAE提取率为14.7%。共鉴定出19种酚类化合物，其中黄酮类10种、酚酸类9种。酚酸类总浓度为3.32 mg/g，以绿原酸类为主，4-O-咖啡酰奎宁酸丰度最高；黄酮类总浓度为5.4 mg/g，杨梅素-3-O-葡萄糖苷为最丰富的黄酮类化合物。这些化合物是公认的强效抗氧化和抗炎剂，其高含量与体外观察到的抗氧化和抗炎活性一致。

4.2 计算机模拟研究及验证

重新对接共结晶配体的RMSD值分别为COX-2 1.85 ?、MMP-9 0.93 ?、H⁺/K⁺-ATPase 1.21 ?，均低于2.0 ?的接受阈值，确认了对接方案的可靠性。主要化合物中，trans-3,5-二-O-咖啡酰奎宁酸对三种靶蛋白均表现出最高结合亲和力（?9.2、?10.2和?9.4 kcal/mol），优于共结晶参考配体；杨梅素-3-O-葡萄糖苷结合能为?7.5、?8.2和?8.3 kcal/mol；4-O-咖啡酰奎宁酸结合能为?9.2、?10.0和?8.3 kcal/mol。结合位点分析揭示了关键氢键相互作用，支持这些化合物作为所研究靶点活性位点的潜在结合分子。

4.3 体外抗氧化活性

CAE对DPPH的半数抑制浓度（IC₅₀）为59.23 ± 1.25 μg/mL，ABTS实验IC₅₀为35.74 ± 0.63 μg/mL，邻菲啰啉实验IC₅₀为32.63 ± 1.52 μg/mL，还原力实验IC₅₀为62.42 ± 1.62 μg/mL。CAE的抗氧化活性可归因于其丰富的酚类和黄酮类成分，通过多种机制包括供氢中和自由基和清除多种活性物种发挥作用。

4.4 抗炎活性

CAE以剂量依赖性方式有效抑制BSA变性，抑制率从125 μg/mL时的13.64 ± 1.04%增加至8000 μg/mL时的65.07 ± 2.53%。双氯芬酸（1000 μg/mL）显示91.03 ± 1.44%的抑制率，与CAE最高浓度相当。抗炎效果可能归因于提取物中酚类和黄酮类化合物的化学组成。

4.5 体内抗溃疡效果评价

7天预处理期间，所有剂量的CAE均未产生可观察的急性毒性迹象。奥美拉唑（20 mg/kg）组将总酸度显著降低至54.74 ± 2.18 mEq/L，CAE 500 mg/kg组总酸度降至49.77 ± 5.96 mEq/L。大体检查显示乙醇组出现严重胃病变和出血点，溃疡指数高；奥美拉唑组溃疡指数显著降至4.89 ± 0.51%；CAE 300和500 mg/kg组溃疡指数分别为0.23 ± 0.01%和0.24 ± 0.02%，黏膜保存良好。CAE组的保护率分别达98.55 ± 0.05%和99.33 ± 0.06%，而奥美拉唑组为86.03 ± 1.48%。组织学检查显示，CAE 500 mg/kg组近乎完全恢复正常的组织学结构，黏膜损伤极小，黏膜下水肿显著减少。

五、讨论与结论

讨论部分指出，CAE的抗溃疡作用可能归因于其富含的具有抗炎和抗氧化特性的生物活性化合物。咖啡酰奎宁酸类化合物通过抑制H⁺/K⁺-ATPase以及减轻胃黏膜的氧化和炎症损伤发挥胃保护作用；多酚类化合物通过抑制MMP-9促进胃组织修复。分子对接结果与体外和体内实验结果相互印证，为洋甘菊水提物的传统应用提供了多靶点机制层面的解释。

研究结论认为，洋甘菊水提物在乙醇诱导的小鼠胃溃疡模型中发挥显著的抗溃疡作用，胃酸度显著降低、溃疡保护指数高，形态学和组织学分析证实其能够保持胃黏膜完整性、减少溃疡面积和炎症细胞浸润。咖啡酰奎宁酸类和黄酮类等生物活性化合物在提取物的抗炎和抗氧化活性中发挥关键作用，计算证据表明这些化合物具有抑制H⁺/K⁺-ATPase活性和通过稳定黏膜屏障保护组织结构的潜力。在本研究特定的急性临床前乙醇诱导模型条件下，洋甘菊提取物的溃疡保护水平与参考药物奥美拉唑相比具有统计学显著性，提示洋甘菊可能成为管理胃肠道疾病的有效天然替代方案。然而，仍需进一步的临床前和临床研究以阐明涉及的分子机制，并评估洋甘菊提取物在人体中的毒理学特征、药代动力学和安全性，同时探索不同制剂和浓度以优化其治疗效益。