《Scientific Reports》：Comprehensive metabolomic profiling of Egyptian Salvia species reveals promising leads for chemopreventive and anti-inflammatory drug development: In vitro and In silico study
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绝大多数人类恶性肿瘤是持续性炎症反应的结果。如今，众所周知，炎症与癌症之间存在重要关联。鼠尾草属（Salvia）因其丰富的植物化学物质而受到关注，这些物质具有抗炎和化学预防特性。尽管鼠尾草属物种的治疗潜力已得到认可，但其报道的化学成分存在显著差异，且对其组成差
绝大多数人类恶性肿瘤是持续性炎症反应的结果。如今，众所周知，炎症与癌症之间存在重要关联。鼠尾草属（Salvia）因其丰富的植物化学物质而受到关注，这些物质具有抗炎和化学预防特性。尽管鼠尾草属物种的治疗潜力已得到认可，但其报道的化学成分存在显著差异，且对其组成差异知之甚少。在本研究中，研究人员采用超高效液相色谱-高分辨串联质谱（UPLC-HRMS/MS）结合分子网络，对三种鼠尾草属物种的代谢组化学多样性进行了全面概述。随后，对218种化合物进行了针对KEAP1（PDB: 4IQK）和iNOS（PDB: 1M8D）的分子对接，并通过阳性对照进行了验证。网络药理学、蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）和富集分析确定了与炎症和抗氧化信号相关的中枢基因（TNF、CASP3、CASP8、PARP1、iNOS、EGFR、PPARG、AKR1C亚型、NQO1）。对接分析预测，几种主要化合物可能表现出双重结合亲和力，并得到了化学信息学、ADME和毒性预测的支持。研究人员利用分子对接和100纳秒分子动力学模拟评估了cirsimaritin与AKR1C3和PARP1的相互作用，显示两个靶标之间存在不同的稳定性和相互作用模式。结果表明存在双重结合活性，cirsimaritin与AKR1C3表现出主要且稳定的相互作用，同时与PARP1表现出次要的动态调节性相互作用。大多数生物活性化合物主要存在于多茎鼠尾草（Salvia multicaulis）中。研究人员筛选了提取物的体外抗炎和化学预防活性。初步实验证实，多茎鼠尾草在小鼠肝癌（Hepa1c1c7）化学预防模型中作为化学预防性NAD(P)H:醌氧化还原酶1（NQO1）蛋白表达的诱导剂。在RAW264.7巨噬细胞模型中，它还能抑制脂多糖（LPS）诱导的一氧化氮（NO）产生和iNOS蛋白表达。此外，黄酮类和萜类化合物被鉴定为该提取物的主要成分，可能负责抗炎和化学预防活性。研究结果支持多茎鼠尾草在治疗人类恶性肿瘤中的潜在应用。
**论文解读：埃及鼠尾草属物种的代谢组学与药理学整合研究**
**研究背景与目的**
慢性炎症与癌症的发生发展密切相关，持续的炎症反应可导致DNA损伤、促进细胞增殖并抑制凋亡，从而为肿瘤形成提供微环境。化学预防通过激活II相解毒酶和抗氧化酶（如NQO1）来阻断或逆转癌变过程，而抗炎策略则能有效抑制一氧化氮（NO）水平升高。鼠尾草属（Salvia）植物以其丰富的酚酸、黄酮和萜类化合物著称，展现出抗氧化、抗炎、细胞毒性等生物活性，但其化学成分差异尚不明确。为此，研究人员对三种埃及鼠尾草物种（S. aegyptiaca、S. multicaulis和S. lanigera）进行了系统的代谢组学与药理学整合研究，旨在揭示其化学组成与抗炎、化学预防活性之间的关联，并为药物开发提供先导化合物。该论文发表在《Scientific Reports》。
**关键技术与方法**
研究人员采用超高效液相色谱-高分辨串联质谱（UPLC-HRMS/MS）在正负离子模式下采集数据，并通过全球天然产物社会分子网络（GNPS）平台构建特征分子网络（FBMN），以可视化代谢组多样性。基于此，共去重鉴定出218种代谢物。随后，针对KEAP1（PDB: 4IQK）和iNOS（PDB: 1M8D）进行分子对接，并通过网络药理学、蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）及GO/KEGG富集分析识别中枢基因。进一步利用分子动力学（MD）模拟（100 ns）和MM-GBSA方法评估关键化合物（cirsimaritin）与AKR1C3和PARP1的结合稳定性。体外实验采用小鼠肝癌Hepa1c1c7细胞模型评估NQO1蛋白诱导能力，以及RAW264.7巨噬细胞模型评估LPS诱导的NO产生和iNOS蛋白表达抑制。植物材料采集自埃及南西奈半岛同一自然栖息地，凭证标本保存于国家研究中心（CAIRC）。
**研究结果**
**代谢组学分析**
通过UPLC-HRMS/MS和FBMN分析，研究人员在三种鼠尾草物种中初步鉴定了218种代谢物，包括酚酸（苯甲酸和肉桂酸衍生物）、黄酮O-/C-苷、木脂素、萜类（单萜、二萜、倍半萜、大柱烷和三萜）及其他化合物。肉桂酸衍生物中，迷迭香酸在S. multicaulis中含量最高。黄酮类化合物（如cirsimaritin）在S. multicaulis中丰度较高，而木脂素和萜类化合物在物种间分布差异显著。
**分子对接与网络药理学**
针对KEAP1和iNOS的分子对接结果显示，luteolin O-glucuronide对KEAP1的结合亲和力（ΔG = ?11 kcal/mol）优于阳性对照4′-bromoflavone（?8.5 kcal/mol）；hispidulin 7-glucoside对iNOS的结合亲和力（?10.5 kcal/mol）优于阳性对照N-(3-(aminomethyl)benzyl)acetamidine（?7.1 kcal/mol）。网络药理学分析确定了14个与KEAP1相关的中枢靶点（如EGFR、PPARG、AKR1C1、AKR1C3）和54个与iNOS相关的中枢靶点（如TNF、CASP3、CASP8、PARP1）。GO和KEGG富集分析表明，这些靶点涉及氧化应激、化学致癌、Toll样受体信号、NF-κB信号等通路。
**分子动力学模拟与MM-GBSA**
选取cirsimaritin与AKR1C3和PARP1复合物进行100 ns MD模拟。RMSD分析显示，AKR1C3-cirsimaritin复合物中ligand RMSD为2.22 ± 0.23 ?，蛋白RMSD稳定（1.33 ± 0.16 ?）；PARP1-cirsimaritin复合物中ligand RMSD在80-100 ns平衡阶段降低至0.99 ± 0.22 ?，提示结合逐渐稳定。RMSF分析表明cirsimaritin在两种复合物中均保持低灵活性。氢键分析显示，AKR1C3-cirsimaritin平均形成1.20个氢键，而PARP1-cirsimaritin仅0.24个，后者更依赖疏水作用。MM-GBSA计算显示，AKR1C3-cirsimaritin总结合自由能为?28.7 ± 0.53 kcal/mol，显著强于PARP1-cirsimaritin的全轨迹平均值?16.9 ± 0.79 kcal/mol（平衡段80-100 ns为?22.63 ± 3.47 kcal/mol），证实cirsimaritin对AKR1C3具有更强的稳定结合。
**体外生物学验证**
在Hepa1c1c7化学预防模型中，S. multicaulis的二氯甲烷/甲醇（1:1）提取物（SM 1:1）显著诱导NQO1蛋白表达，表达水平高于其他提取物。在RAW264.7巨噬细胞模型中，SM 1:1以浓度依赖性方式抑制LPS诱导的NO产生，并在100 μg/mL时达到最大抑制率（56.9%），同时通过Western blot证实其抑制iNOS蛋白表达。这些活性可部分归因于提取物中丰富的黄酮和萜类化合物，其计算机模拟结果也支持对KEAP1和iNOS靶点的直接作用。
**总结与讨论**
本研究通过整合代谢组学、计算机模拟和体外实验，系统揭示了三种埃及鼠尾草物种的化学多样性与抗炎、化学预防活性。S. multicaulis被确认为最具潜力的物种，其含有的cirsimaritin表现出对AKR1C3的主要稳定结合以及对PARP1的次级动态调节作用，支持其作为双重作用先导化合物的潜力。研究人员指出，未来需通过分离纯化和NMR等光谱技术对代谢物进行全结构确证。此外，研究结果支持S. multicaulis在癌症及炎症相关疾病天然药物开发中的潜在应用，并强调将ADMET筛选纳入早期天然产物发现的重要性。
