基于谱效关系（spectrum-effect relationship）分析的花椒（Zanthoxylum bungeanum Maxim.）种子抗缺氧活性成分筛选

《Journal of Ethnopharmacology》：Screening the anti-hypoxic active components of Zanthoxylum bungeanum Maxim. seeds based on spectrum-effect relationship analysis

　　

摘要：花椒（Zanthoxylum bungeanum Maxim.）种子（ZBS）作为一种重要的药食同源资源，具有利水消肿、平喘之功效；已有报道表明其主要含不饱和脂肪酸、蛋白质及生物碱等成分，并表现出抗炎、抗氧化及抗菌等多种药理活性。本研究旨在采用谱效关系（SER）分析筛选ZBS中负责抗缺氧活性的组分。研究人员首先建立来自24个不同产地ZBS的GC-MS（气相色谱-质谱）指纹图谱并鉴定共有峰；采用CoCl2·6H2O（600 μM）处理PC12细胞建立缺氧损伤细胞模型以评价抗缺氧活性；随后通过Pearson相关分析、灰色关联分析（GRA）及正交偏最小二乘（OPLS）分析探讨ZBS指纹图谱与抗缺氧活性之间的谱效关系（SER）；最后通过SER分析筛选潜在抗缺氧组分并于体外实验中进一步验证。结果显示，GC-MS指纹图谱中从24个产地ZBS提取物鉴定出18个共有峰，层次聚类分析（HCA）与主成分分析（PCA）相似性评价分类结果一致，其中P7（棕榈酸）与P13（油酸）在共有峰中丰度较高；细胞实验表明不同浓度ZBS提取物处理后细胞活力显著改善；谱效关系（SER）分析中GRA结果显示P7、P13、P14与抗缺氧活性关联度最高（关联系数分别为0.964、0.974、0.965），Pearson相关分析显示P1、P7、P13、P14与抗缺氧活性呈显著正相关，OPLS分析基于变量投影重要性（VIP）>1得出P6、P7、P12、P13为抗缺氧活性的关键变量；综合三种分析结果P7与P13对种子抗缺氧活性贡献显著，且两者抗缺氧活性均经体外实验及形态学观察证实。结论：本研究联合GC-MS指纹图谱与多变量统计方法建立了ZBS脂溶性成分与其抗缺氧活性之间的谱效关系（SER），确定关键抗缺氧成分为油酸与棕榈酸，为开发基于ZBS的抗缺氧功能性食品与药物提供了科学依据。

研究背景与问题提出：缺氧是指因氧供或氧利用障碍导致细胞正常代谢与功能紊乱的病理过程，可引发能量代谢受损、离子稳态失衡、钙超载、氧化应激介导的脂质过氧化、线粒体通透转变、凋亡通路激活、缺氧诱导因子-1（HIF-1）介导的转录调控、炎症反应及自噬稳态失衡等，进而导致多种疾病、细胞损伤与凋亡。

当前研究日益聚焦于通过多靶点、多途径特性的天然产物缓解缺氧损伤，如紫薯、多叶棘豆（Oxytropis falcata Bunge）、鹅绒委陵菜（Potentilla anserina）等均被报道可通过下调HIF-1α、调节肠道菌群与代谢稳态、阻断脂质过氧化与线粒体凋亡信号等发挥抗缺氧作用。花椒属（Zanthoxylum L.）植物广泛分布于亚洲与美洲，其种子（ZBS，中药称椒目）在传统医学中长期用于哮喘、呼吸困难、胸腹水水肿治疗；现代研究表明ZBS含不饱和脂肪酸、蛋白质、生物碱等成分，其蛋白与肽具自由基清除活性，ZBS油可激活PPARα介导的脂肪酸氧化促进急性应激下能量转化，并可抑制TLR4/MyD88/NF-κB信号通路、减少活性氧（ROS）积累与炎症级联，提示ZBS对缺氧环境下ROS损伤与炎症具潜在保护作用。然而目前关于ZBS抗缺氧活性的药效研究仍较缺乏，其活性成分与抗缺氧功效之间的内在关联尚未阐明。为此研究人员开展本研究，通过谱效关系（SER）分析联合GC-MS指纹图谱与多元统计方法，筛选ZBS中抗缺氧活性关键成分并验证，为ZBS高值化利用提供理论依据。论文发表于《Journal of Ethnopharmacology》。

主要关键技术方法：研究人员采集2025年8月中国24个产地的ZBS样本（样本队列来源：24个产地ZBS，保藏于中科院兰州化学物理研究所天然药物重点实验室标本馆），采用GC-MS（气相色谱-质谱）建立脂溶性成分指纹图谱并鉴定共有峰；采用600 μM CoCl₂·6H₂O诱导PC12细胞建立化学缺氧损伤模型，以细胞活力为指标评价抗缺氧活性；通过Pearson相关分析、灰色关联分析（GRA）、正交偏最小二乘（OPLS）三种多元统计方法分析指纹峰与药效间的谱效关系（SER）；综合三种方法结果筛选关键抗缺氧组分，并通过体外细胞实验与形态学观察验证其活性。

研究结果：

Construction of GC-MS fingerprints：研究人员建立ZBS的GC-MS指纹图谱与对照指纹（R），识别出18个峰形、分离度与区分性良好的共有峰，主要集中在18–26 min区间；其中P7、P12、P13为主要组分，约占相对含量总和80%；以P10（内标）为参比峰计算相对标准偏差（RSD）。

（注：原文后续小标题依次为Discussion、Conclusion、CRediT authorship contribution statement、Uncited reference、Declaration of competing interest、Data availability、Declaration of Competing Interest、Acknowledgments等，其中研究结果相关仅有“Construction of GC-MS fingerprints”一节明确置于Section snippets下研究结果部分；其余结果内容在摘要中集中报告：通过HCA（层次聚类分析）与PCA（主成分分析）进行相似性评价与分类，结果一致；细胞实验显示ZBS提取物浓度梯度处理显著提升CoCl₂损伤PC12细胞活力；GRA得出P7、P13、P14关联系数最高（0.964、0.974、0.965），Pearson分析显示P1、P7、P13、P14显著正相关，OPLS基于VIP>1筛选出P6、P7、P12、P13为关键变量；综合判定P7（棕榈酸）与P13（油酸）贡献显著，并经体外实验证实抗缺氧活性。）

讨论部分总结：研究人员指出ZBS作为花椒属主要副产物含脂肪酸、蛋白质、黑色素等，本研究测得饱和脂肪酸相对含量24%–34%，不饱和脂肪酸64%–76%；现代研究显示不饱和脂肪酸作为细胞膜磷脂组成部分可通过调节膜流动性与完整性维持细胞稳态，推测油酸与棕榈酸的抗缺氧作用可能与其维护膜完整性、调节能量代谢、抑制氧化应激与炎症相关通路有关；研究首次将GC-MS指纹图谱与谱效关系（SER）分析应用于ZBS脂溶性成分抗缺氧物质基础阐明，方法学上整合GRA、Pearson、OPLS可互补提升筛选准确性；局限在于仅聚焦脂溶性成分，未来可对水溶性组分及体内模型进一步验证，并深入探究油酸与棕榈酸的具体抗缺氧信号机制。

结论部分翻译：本研究利用GC-MS指纹图谱结合多元统计方法建立了花椒（Zanthoxylum bungeanum Maxim.）种子脂溶性成分与其抗缺氧活性之间的谱效关系（SER）；从GC-MS指纹图谱中鉴定出18个共有峰；综合GRA、OPLS与Pearson相关分析评价，确定油酸（oleic acid）与棕榈酸（palmitic acid）为ZBS潜在的抗缺氧成分；细胞实验结果表明油酸（此处原文未完，续原文结论：细胞实验结果表明油酸）具抗缺氧活性。综上，研究为基于ZBS的抗缺氧功能性食品与药物开发提供了科学依据。