利用LC-ESI-orbitrap-MS/MS和GC-QqQ-MS/MS分析技术解析Callicarpa arborea Roxb的α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶抑制活性，并进行其植物代谢组学分析

《Microchemical Journal》：Unravelling of α-glucosidase and α-amylase inhibitory activities and phyto-metabolomic profiling of Callicarpa arborea Roxb using LC-ESI-orbitrap-MS/MS and GC-QqQ-MS/MS analyses

　　

Kotla Kotesh|Efficiency Myrsing|Ruckmani Kandasamy|Ramalingam Peraman

• •
  通过LC-ESI-Orbitrap-MS/MS和GC-QqQ-MS技术，分别从Callicarpa arborea Roxb的叶片提取物中成功鉴定出99种和171种代谢物。
• •
  甲醇提取物表现出最高的抗氧化活性和酶抑制潜力。
• •
  SwissTargetPrediction软件为这些已鉴定的植物代谢物预测了潜在的蛋白质靶点。
• •
  对所有已鉴定的化合物进行了对接和分子动力学模拟。在所评估的化合物中，木犀草素和天竺葵素对α-淀粉酶的稳定性更强，其中天竺葵素的对接得分最高。同样，天竺葵素在与α-葡萄糖苷酶的相互作用中也表现出稳定性。

引言

尽管具有很高的营养价值，许多可食用的植物类民间药物仍未被充分利用。由于商业价值较低，这类植物有时被称为“被忽视的可食用植物”[1]。目前已确定约有27,000种植物可作为食物来源，其中57%对保障粮食安全至关重要，尤其是在遭受饥荒和疫情影响的地区[2]。即便在现代科学不断发展的背景下，这些植物类民间药物在治疗多种疾病方面依然效果显著[3]。事实上，Callicarpa arborea Roxb (C. arborea)是一种可食用植物，包含15–17个物种，广泛分布于缅甸、印度东北部、斯里兰卡、印度尼西亚、孟加拉国、中国、尼泊尔、巴布亚新几内亚、泰国、美国、巴基斯坦、不丹、缅甸、越南、新加坡、苏门答腊、菲律宾、马来西亚、柬埔寨和老挝等地[4]、[5]、[6]。C. arborea是一种树木，据信原本属于唇形科。至今，印度东北部的米佐拉姆地区的部落居民仍使用C. arborea树皮制成的糊状物和汁液来治疗伤口，而用其叶子制成的浸剂则用于治疗糖尿病[4]。此外，研究还表明C. arborea具有抗菌、抗炎、镇痛和抗氧化作用，有助于伤口愈合，同时还具有细胞毒性[7]、[8]、[9]、[10]、[11]。以往对C. arborea的植物化学研究已发现其中含有多种生物活性成分。Junejo等人（2017年）对树皮的醇水提取物进行了初步的植物化学筛选，发现了皂苷、生物碱、单宁、糖苷、黄酮类化合物和酚类化合物。此外，该提取物在糖尿病大鼠模型中表现出显著的抗糖尿病活性[11]。随后，Zhang等人（2023年）从甲醇提取物及其溶剂组分中分离出一种新的二萜类化合物以及11种已知化合物，并利用1D和2D NMR（1H、13C、HMBC、HSQC）以及HR-ESI-MS技术对这些代谢物进行了表征，同时分析了它们的化学分类意义[12]。而Ema等人（2023年）则使用GC–MS技术对叶子的甲醇提取物进行了代谢物分析，鉴定出了包括石竹烯和β-石竹烯在内的多种挥发性成分[13]。另外，有研究对C. arborea各部位的植物化学成分进行了分析，发现树皮中含有鲍埃伦醇、β-谷甾醇和白桦酸，而叶子中则含有β-谷甾醇、表卢佩奥尔和卢佩奥尔[14]。尽管已有这些研究，但C. arborea的完整植物化学谱仍不完整，因为只有少数代谢物是从特定的溶剂提取物中报道出来的。因此，有必要进行全面的代谢组学研究，以揭示该物种中存在的全部植物成分。如今，用于全面分析植物次生代谢物的植物代谢组学研究越来越受到研究人员的关注。事实上，GC–MS/MS和LC-MS/MS技术已被证明是最适合用于分析次生代谢物的方法[15]。尤其是LC-ESI-Orbitrap-MS/MS和GC-QqQ-MS/MS这类技术，能够提供广泛的代谢谱信息，有助于检测含量较低的植物化学标志物。这些分析工具会产生大量数据，需要经过适当的处理和先进的统计分析，才能识别出样本之间的差异和相似性。在天然产物研究中，多元数据分析技术，如主成分分析（PCA）和偏最小二乘判别分析（PLS-DA），常被用于分析代谢组学数据，尤其是当样本量较大时[16]。

在此背景下，我们很高兴能运用这些技术，通过不同极性导向的溶剂提取物对C. arborea进行植物代谢组学分析。本研究旨在识别出C. arborea具有抗糖尿病作用的各类标志物。此外，我们还希望通过计算机模拟和体外实验，找出植物提取物中与α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制作用相关的潜在抗糖尿病标志物。我们对各种提取物的标志物、抗氧化活性及酶抑制潜力进行了比较分析。根据现有文献，这是首次使用GC-QqQ-MS/MS和LC-ESI-Orbitrap-MS/MS技术对C. arborea的溶剂提取物进行全面的植物代谢物分析，因为GC–MS/MS能有效检测挥发性、非极性和半挥发性代谢物，而LC-MS/MS则适用于极性、非挥发性和热不稳定的代谢物。这两种分析技术的互补性使得我们能够更全面地了解C. arborea的植物代谢组，从而为相关领域的研究人员提供新的见解。

章节节选

植物材料与鉴定

C. arborea采集自印度梅加拉亚邦的南波赫（坐标：25.9°N 91.88°E），其身份已由印度古瓦哈提的阿萨姆生物资源中心确认（编号为101537）。

溶剂与试剂

福林-西奥卡尔泰乌试剂、抗坏血酸、硝酸铝、没食子酸、甲氧胺-HCl、吲达帕胺、阿托伐他汀、三甲基氯硅烷(TMCS)、硝酸钠、2,2-偶氮双(3-乙基苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐(ABTS)、氰化铁钾、过硫酸钾、2,2-二苯基-1-苦基肼(DPPH)、三价铁

结果与讨论

C. arborea是一种非传统的可食用及民族药用植物，广泛分布于印度、中国、孟加拉国、泰国、马来西亚、越南等世界各地。这种植物的果实、叶子和树皮均可作为食物。尤其值得一提的是，C. arborea的叶子在民间医学中被用来治疗糖尿病和伤口。虽然已知叶子具有显著的治疗潜力，但关于其用于治疗糖尿病的植物化学成分及科学依据的研究仍

结论

通过LC-ESI-Orbitrap-MS/MS和GC-QqQ-MS/MS技术对C. arborea叶子的提取物进行全面的植物代谢组学研究，发现了多种多样的生物活性成分。这种尚未被充分研究的可食用药用植物含有丰富的次生代谢物，其中甲醇提取物和醇水提取物所含的代谢物种类最为丰富。甲醇提取物不仅具有优异的抗氧化活性，还能有效抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的活性。为了进一步探究这些现象的分子机制

CRediT作者贡献说明

Kotla Kotesh：写作——审阅与编辑、写作——初稿撰写、验证、软件应用、方法设计、研究实施、正式分析、数据整理、概念构建。Efficiency Myrsing：写作——审阅与编辑、写作——初稿撰写、验证、软件应用、方法设计、研究实施、正式分析、数据整理。Ruckmani Kandasamy：写作——审阅与编辑、资源获取、资金筹集。Ramalingam Peraman：写作——审阅与编辑、验证、监督、资源协调、项目管理

利益冲突声明

作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢印度化学品和肥料部制药司下属的国立药品教育与研究机构（NIPER）-哈吉普尔提供的慷慨资金支持。