基于器官特异性筛选的电导率调控下爵床（Justicia procumbens）肠道抗炎活性与木脂素生产力的关联研究

《Applied Biological Chemistry》：Organ-specific intestinal anti-inflammatory activity in Justicia procumbens and EC-dependent lignan productivity in aerial parts

　　

本研究评估了爵床（Justicia procumbens）基于肠道细胞的抗炎活性，并通过器官特异性筛选确定了与功能性材料生产相关的植物器官。地上部提取物及代表性木脂素justicidin A和B在选定的非细胞毒性浓度下降低了HT-29细胞中由IL-1β诱导的白介素-8（IL-8）产生。由于地上部包含多个可能在功能质量上存在差异的器官，研究人员随后比较了叶片、茎、花和根，以确定哪些器官与该观察到的活性最密切相关。叶片和花提取物显示出显著的IL-8抑制作用，而茎和根提取物的抑制活性较弱。Justicidin A和B也主要集中在地上器官，尤其是花和叶中，表明器官特异性的活性模式与代表性木脂素标记物的分布相一致。由于叶片和花是可收获的地上生物量的组成部分，研究人员选择地上部作为基于栽培生产的实用目标材料。为了确定这种功能性生物量及其木脂素成分的生产能否通过养分管理得到改善，研究人员在电导率（EC）水平为1.2和2.0 dS·m?1的条件下栽培植物。EC 2.0处理在后期收获时间增加了地上部鲜重并促进了根系发育。在后期栽培期间，该处理还导致比EC 1.2处理更高的叶绿素含量。在最终收获时，两个EC处理间的电解质渗漏无显著差异。Justicidin A和B的产量通常随收获时间增加，EC 2.0在特定收获时间显著提高了justicidin A的产量，并在后期栽培期间显著提高了justicidin B的产量。这些发现将器官特异性功能质量与爵床的EC可控栽培联系起来。

一、研究背景与科学问题

爵床（Justicia procumbens）是一种在韩国、中国、印度及东南亚地区传统用于解热、止咳、抗炎和利尿的药用植物。其主要的生物活性成分为木脂素类化合物，特别是芳基萘内酯型木脂素如justicidin A和justicidin B，这些成分已被用作色谱分析和质量评价的化学标记物。尽管已有研究报道了爵床的抗炎活性，但关于其不同器官对肠道细胞活性的贡献，以及这种活性与木脂素积累之间的关系，尚缺乏系统表征。此外，为实现功能材料的可重复性生产，需建立相应的栽培策略，其中营养液电导率（EC）作为水培系统中的关键管理因子，对植物生长、生理响应及次生代谢产物积累均有重要影响。然而，针对爵床，如何通过器官筛选确定功能相关器官，并结合EC调控优化其地上部生物量与木脂素产量，仍是尚未解决的问题。

二、研究目的与意义

本研究旨在首先评估爵床地上部提取物及代表性木脂素justicidin A和B的肠道细胞抗炎活性；其次，通过比较叶片、茎、花和根等不同器官的活性与木脂素含量，确定功能相关性最强的器官；最后，基于器官筛选结果，选取地上部作为目标材料，探索营养液EC调控对其生物量、生理响应及木脂素产量的影响。该研究将器官特异性功能质量与可控栽培条件相结合，为爵床作为功能性原料的标准化生产提供了理论依据。

三、关键技术方法

1. 1.
   细胞抗炎活性评价：采用人结直肠腺癌细胞系HT-29，通过白细胞介素-1β（IL-1β）刺激诱导炎症反应，检测白介素-8（IL-8）的产生水平，以评估爵床各器官提取物及木脂素化合物的抗炎活性。
2. 2.
   高效液相色谱（HPLC）定量分析：使用配备二极管阵列检测器的Agilent 1200系列HPLC系统，在YMC-Triart C18色谱柱上进行分离，以0.1%甲酸水和0.1%甲酸乙腈为流动相进行梯度洗脱，于254 nm波长下检测justicidin A和B的含量。
3. 3.
   EC处理栽培实验：在水培条件下设置EC 1.2和2.0 dS·m^–1两个处理水平，于移植后7至42天分6个时间点取样，测定生长指标、叶绿素含量、电解质渗漏及木脂素产量。

四、研究结果

1. 地上部提取物及justicidin A和B的肠道细胞抗炎活性

在非细胞毒性浓度范围内，地上部提取物、justicidin A和justicidin B均能显著降低IL-1β诱导的HT-29细胞IL-8产生。其中，justicidin B的抑制效果普遍强于justicidin A。该结果表明地上部材料具有抗炎活性，并支持将这两种木脂素作为代表性活性相关标志物。

2. 器官特异性肠道细胞抗炎活性

叶片和花提取物对IL-1β诱导的IL-8产生表现出显著的抑制作用，茎提取物的抑制效果较弱，而根提取物在测试条件下几乎无抑制活性。因此，爵床的肠道抗炎活性主要与地上器官，尤其是叶片和花相关。

3. 器官特异性木脂素积累

Justicidin A在所有器官中均可检出，含量高低顺序为花 > 叶 > 茎 > 根；Justicidin B在花中含量最高，叶中也较丰富，而在茎和根中的信号低于定量限（LOQ）。两种木脂素均主要积累于地上器官，与器官特异性抗炎活性模式一致。

4. EC对生长特性的影响

EC 2.0处理在移植后35天和42天显著提高了地上部鲜重，同时促进了根系发育，表现为根鲜重和干重在多个时间点显著高于EC 1.2处理，从而导致根冠比升高。植株高度和叶片含水量在两个EC处理间无显著差异，表明EC 2.0未对植株水分状态造成不利影响。

5. EC对生理响应的影响

总叶绿素含量在移植后14天以EC 1.2处理更高，但在35天和42天则以EC 2.0处理更高，表明后期EC 2.0有利于叶绿素维持。最终收获时的电解质渗漏在两个EC处理间无显著差异，说明EC 2.0未引起明显的膜损伤。

6. EC对地上部justicidin A和B产量的影响

Justicidin A和B的单株产量总体随收获时间增加。EC 2.0处理在移植后7、35和42天显著提高了justicidin A产量，并在移植后21、28、35和42天显著提高了justicidin B产量。这表明较高的EC条件在后期栽培阶段有效提升了木脂素生产力。

五、总结与结论

本研究将肠道细胞抗炎活性与爵床的器官选择及栽培生产相衔接。器官特异性筛选显示，叶片和花提取物具有显著的IL-8抑制活性，而茎和根的活性较弱；同时，justicidin A和B主要积累于花和叶中，其分布与活性模式平行。这一对应关系支持将这些木脂素作为活性相关标志物，并确认叶片和花为功能相关器官。鉴于这些器官是可收获地上生物量的组成部分，研究人员选取地上部作为栽培目标材料。在秋季温室水培条件下，EC 2.0 dS·m^?1处理在后期收获期增加了地上部鲜重，促进了根系发育，并在后期栽培阶段显著提高了justicidin A和B的产量。该处理在后期还伴随较高的叶绿素含量，且最终收获时电解质渗漏与EC 1.2处理相当，表明未引发明显胁迫。这些发现为爵床地上部作为功能性材料生产的器官选择和栽培优化奠定了基础。