通过GC–MS/LC–MS联用分子对接技术和生物活性评估方法对Moringa oleifera(辣木)中的植物化学成分进行分析

《South African Journal of Botany》:Phytochemical profiling of gum Moringa oleifera by GC–MS/LC–MS coupled with molecular docking and bioactivity assessment

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年03月24日 来源:South African Journal of Botany 2.7

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  植物胶在医药领域的应用及化学特性研究。该研究系统分析莫洛角隅 meme 树胶(GMO)的GC-MS和LC-MS图谱,发现其含黄酮类、甾醇、脂肪酸等84种化合物,并通过α-淀粉酶抑制实验(IC50=190μg/mL)和卡ラゲナン induced paw水肿抑制实验(抑制率达68.61%),证实其抗糖尿病和抗炎活性,并首次对主要酚类物质(儿茶酚)进行分子对接分析,揭示了其与α-淀粉酶和COX-2的相互作用机制。

  
Muhammad Irfan
古吉拉特大学生物化学与生物技术系,哈菲兹·海亚特校区,古吉拉特50700,巴基斯坦

摘要

Moringa oleifera(辣木树)因其各个部位的营养和治疗效果而广为人知;然而,其树胶成分尚未得到充分研究。本研究利用GC–MS和LC-MS技术分析了Moringa oleifera树胶的植物化学组成和生物活性,并评估了其抗糖尿病和抗炎潜力。GC–MS分析发现甲醇提取物中含有84种化合物,包括一些稀有的黄酮类、甾醇、脂肪酸和生物碱。LC-MS分析在约1.8分钟处检测到一个显著峰值,这表明该提取物中含有主要的水溶性植物化学物质。正负极性模式下的质谱分析还检测到了与酚酸、黄酮类、糖类和氨基酸衍生物相关的不同分子离子。
通过体外α-淀粉酶抑制实验验证了其抗糖尿病潜力,结果显示甲醇提取物具有很强的活性(IC50 = 190 μg/mL)。利用卡拉胶诱导的大鼠足部水肿模型进行的体内抗炎测试表明,200 mg/kg剂量的甲醇提取物在3小时内可抑制炎症反应68.61%。为了进一步验证这些结果,研究人员将提取物中的主要酚类化合物——儿茶酚,与人类胰腺α-淀粉酶和COX-2进行了分子对接分析,以探讨其在抗糖尿病和抗炎作用中的潜在机制。这些结果表明,转基因辣木树(GMO),尤其是其甲醇提取物,具有显著的抗糖尿病和抗炎特性,有望成为一种天然治疗剂。建议进一步开展关于其分子机制和临床效果的研究。

引言

植物胶(PGs)和黏液在植物化学组成和药理特性方面仍缺乏系统研究。它们是由高分子量化合物组成的混合物,与水混合后会形成黏稠或凝胶状溶液(Jeong等人,2025年)。植物胶通常来自树皮、灌木、种子或海藻的分泌物,也含有多种低分子量化合物。由于其无毒、可生物降解、生物相容性和成本效益,植物胶在生物材料和制药应用中具有重要意义(Irfan等人,2025年)。它们高度分支的结构、多样的糖苷键以及结构异质性赋予了其多功能性(Amiri等人,2021年)。
植物胶通常是复杂的碳水化合物聚合物,其溶解性取决于其化学结构。通常,植物胶还含有羟脯氨酸和其他氨基酸的蛋白质成分(Ihsan等人,2024年;Maji,2019年)。除了作为控释系统(如悬浮液、薄膜、植入物和眼科制剂)中的辅料外,它们还可能含有具有生物活性的次级代谢物(Bhushette和Annapure,2017年)。尽管植物胶在工业上广泛应用,但大多数植物胶的系统和代谢物水平表征尚未完成。
Moringa oleifera(属于辣木科)原产于印度次大陆,但在热带和亚热带地区广泛种植。该植物的几乎所有部分都具有营养或药用价值。叶子含有维生素、矿物质和多酚;种子具有天然凝固作用,可用于水处理;其不同部位的提取物具有抗氧化、抗炎、抗糖尿病、抗菌和抗癌作用(Gopalakrishnan等人,2016年)。因此,它常被称为“奇迹树”。
M. oleifera树胶(GMO)分泌物最初呈白色,随后变为红棕色。结构研究表明,该树胶含有l-鼠李糖、d-半乳糖、d-葡萄糖醛酸、l-阿拉伯糖、d-甘露糖和d-木糖,主要通过β-(1→3)糖苷键连接(Bhattacharya等人,2018年)。其主要成分是一种高度分支的阿拉伯半乳聚糖,含有约7%的蛋白质,包括天冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸和赖氨酸(Grewal等人,2019年)。尽管其多糖结构和药用辅料潜力已得到研究,但其低分子量植物成分及其药理作用仍知之甚少。
传统上,辣木树被用于治疗龋齿(Elgamily等人,2016年)。它还被用于治疗哮喘、发热、胃肠道疾病、头痛、痢疾、梅毒和风湿病(Sharma等人,2024年)。此外,辣木提取物对Brugia malayi(一种人类淋巴丝虫)表现出良好的体外和体内抗丝虫活性(Ali等人,2024年)。多项研究还证实了其广谱抗菌作用(Ali等人,2024年)。辣木树的几乎所有部分都已被用于多种治疗用途,并得到了大量科学研究的证实。然而,M. oleifera树胶的研究仍较为有限。因此,本研究选择对其植物化学组成进行深入分析,并探讨其潜在的抗炎和抗糖尿病效果。
植物化学物质是植物防御和适应过程中产生的生物活性代谢物,包括多酚、黄酮类、类胡萝卜素、植物甾醇、皂苷等,它们在抗菌、抗炎、抗糖尿病和抗氧化方面发挥作用(Bhattacharya等人,2018年;Kumadoh等人,2026年)。尽管已经对M. oleifera的叶子、种子和树皮进行了广泛的植物化学分析(Abdelmoumene等人,2025年),但树胶的代谢物水平表征尚未完成。以往关于辣木树的研究主要集中在树胶的多糖结构及其作为药用辅料的应用上,而非代谢物分析和药理验证。
气相色谱-质谱(GC–MS)是一种复杂分析方法,结合了气相色谱和质谱技术,用于检测挥发性和半挥发性物质(Chen等人,2025年)。相比之下,液相色谱-质谱(LC-MS)能够灵敏地检测极性、热不稳定和高分子量成分。GC–MS和LC-MS的联用提高了化学物质的覆盖范围,实现了全面的代谢物分析(Kaur等人,2022年)。
在本研究中,使用GC–MS分析了辣木树的甲醇提取物中的挥发性成分和中等极性物质,而LC-MS则用于分析极性和水溶性植物化学物质。通过这两种分析方法的结合,实现了全面的植物化学分析。由于卡拉胶诱导的炎症反应与环氧化酶-2(COX-2)介导的前列腺素生成密切相关,且已知酚类化合物参与了这一过程,因此通过分子对接技术研究了配体与目标分子的相互作用。为了深入了解观察到的抗糖尿病和抗炎作用机制,将辣木树中最丰富的酚类化合物——儿茶酚,与人类胰腺α-淀粉酶和COX-2进行了计算机对接分析。
据我们所知,这是首次结合GC–MS和LC-MS分析、体外α-淀粉酶抑制实验、体内卡拉胶诱导的抗炎测试以及主要酚类化合物(儿茶酚)与多种治疗靶点的分子对接的研究。该研究填补了关于辣木树代谢物组成和药理潜力的知识空白,为其在制药领域的应用奠定了科学基础。

实验部分

辣木树提取物的制备和毒性评估

辣木树提取物购自巴基斯坦古吉拉特当地的市场,并由古吉拉特大学植物学系进行了鉴定。原始树胶经过清洗以去除灰尘和树皮等杂质,然后风干并研磨成细粉。提取前,使用80目实验室筛子对粉末进行筛分,以确保颗粒大小均匀。
在甲醇提取过程中,200克纯化的树胶粉末在500毫升甲醇中浸泡7天

急性毒性试验

口服给予400毫克/千克体重的辣木树提取物未对Sprague Dawley大鼠造成任何毒性反应。在7天的监测期间,未观察到死亡、行为异常或生理失衡现象。结果表明,在测试剂量范围内,该提取物具有良好的急性安全性,可用于后续的药理研究。

辣木树甲醇提取物的GC–MS分析

对甲醇提取物进行了极性和非极性柱子的GC–MS分析,以获取最全面的植物化学信息

儿茶酚与α-淀粉酶和COX-2的分子对接分析

选择儿茶酚作为分子对接实验的对象,因为它不仅是提取物中含量最高的酚类化合物,而且其简单的酚类结构便于评估其与酶活性位点的氢键相互作用。COX-2是研究目标,因为它在生理过程中起着重要作用

结论与未来展望

辣木树甲醇提取物和水提取物表现出显著的药理潜力,在400毫克/千克剂量下未出现急性毒性。详细的GC–MS和LC–MS分析显示,提取物中含有丰富的植物化学物质,如甾醇、酚类、黄酮类、脂肪酸和糖类衍生物,其中许多具有抗糖尿病、抗氧化和抗炎作用。
较高的α-淀粉酶抑制活性表明...

伦理批准

古吉拉特大学机构审查委员会(IRB)(批准函编号:URG/ORIC/2021)审查并批准了所有涉及动物的实验程序,这些程序符合1986年《动物(科学程序)法案》、欧盟2010/63/EU关于科学实验用动物保护的指令以及NIH关于实验室动物护理和使用的指南

资金来源

本研究未获得任何资助

数据和材料的可用性

不适用

写作过程中使用的AI和AI辅助技术

作者在撰写过程中未使用任何AI工具或服务

CRediT作者贡献声明

Muhammad Irfan:负责撰写、审稿与编辑、初稿撰写、验证、项目监督、方法设计、实验实施、数据分析、概念构思。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
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