α-葡萄糖苷酶抑制活性及来自藏红花（*Crocus sativus*）雄蕊的水解与非水解组分的体外遗传毒性安全性评估

《Scientific African》：α-Glucosidase inhibitory activity and in vitro genotoxic safety of hydrolyzed and non-hydrolyzed fractions from Crocus sativus stamens

　　

**摘要**

抑制肠道α-葡萄糖苷酶活性仍是限制2型糖尿病餐后高血糖的重要治疗策略。在此背景下，具有安全性特征的植物来源抑制剂正受到越来越多的关注。藏红花（*Crocus sativus*）雄蕊作为藏红花生产过程中未被充分利用的副产品，是生物活性化合物的潜在来源。本研究对藏红花雄蕊的水-甲醇提取物、水-乙醇提取物，以及水解和非水解的乙酸乙酯组分和水相组分进行了体外α-葡萄糖苷酶抑制活性考察。通过正常及四氧嘧啶诱导的糖尿病Wistar大鼠口服蔗糖耐量试验进一步评估了其抗高血糖功效。此外，采用碱性彗星实验在浓度为25至200 μg/mL范围内对大鼠白细胞评估了各组分的遗传毒性安全性。在所有测试样品中，水-乙醇提取物和乙酸乙酯组分表现出显著的α-葡萄糖苷酶抑制作用，其中水解乙酸乙酯组分活性最强，其IC₅₀值最低（0.183 ± 0.009 mg/mL），而阿卡波糖的IC₅₀值为0.039 ± 0.011 mg/mL。口服提取物可显著改善正常和糖尿病大鼠的餐后血糖反应。遗传毒性评估显示，大多数测试组分在所有浓度下均未引起显著的DNA损伤，尽管在150 μg/mL浓度下非水解乙酸乙酯组分观察到尾长略有增加。总体而言，这些结果表明藏红花雄蕊作为具有体外遗传毒性安全性的α-葡萄糖苷酶抑制剂天然来源具有潜力，支持其作为天然抗糖尿病制剂的进一步研究和价值化开发。

**论文解读：藏红花雄蕊的α-葡萄糖苷酶抑制活性及其遗传毒性安全性研究**

**一、研究背景与意义**

糖尿病，尤其是2型糖尿病，是全球范围内最常见的慢性代谢性疾病之一，构成重大公共卫生挑战。该疾病以持续性高血糖为特征，源于外周胰岛素抵抗和胰岛素分泌缺陷的共同作用，长期可导致微血管和大血管并发症的发生。在糖尿病相关的多种代谢紊乱中，餐后高血糖扮演着关键角色，其促进氧化应激和低度炎症，加速组织损伤和疾病进展。因此，限制餐后血糖波动的治疗策略在糖尿病管理中日益重要。

控制餐后高血糖的成熟策略之一是抑制α-葡萄糖苷酶，该酶是负责将膳食碳水化合物末端水解为可吸收单糖的关键肠道酶。通过延缓碳水化合物消化和葡萄糖吸收，α-葡萄糖苷酶抑制剂可有效减弱餐后血糖峰值。然而，尽管合成抑制剂如阿卡波糖在临床上广泛使用且效果确切，其长期使用常伴随胃肠道副作用，影响患者依从性。这些局限性促使研究者探索兼具疗效和更好耐受性的天然来源替代抑制剂。

在此背景下，药用植物作为具有抗糖尿病潜力的生物活性化合物来源受到广泛关注。大量研究表明，植物来源的多酚和黄酮类化合物能够抑制α-葡萄糖苷酶活性，同时发挥抗氧化和细胞保护作用。藏红花（*Crocus sativus* L.，鸢尾科）是一种著名药用植物，其柱头已被广泛研究，具有多种生物活性。相比之下，藏红花收获过程中产生的大量雄蕊副产品长期被忽视和丢弃。近年来的植物化学研究表明，藏红花雄蕊富含酚类化合物和黄酮类化合物，提示其可能是具有抗糖尿病潜力的未充分利用的化合物来源。

除了功效评估，植物提取物的安全性评价也是其潜在的药学或营养学应用之前的关键步骤。特别是遗传毒性潜力的评估至关重要，因为某些天然化合物尽管被认为安全，仍可能诱导DNA损伤。彗星实验也称单细胞凝胶电泳，是一种灵敏且成熟的体外方法，可在单个细胞水平检测初级DNA链断裂和碱不稳定位点。鉴于其灵敏性和多功能性，该实验被广泛用作植物提取物遗传毒性评估的初步筛选工具。

基于上述背景，本研究旨在通过互补的体外和体内实验模型，研究来源于藏红花雄蕊的粗提物和溶剂组分的α-葡萄糖苷酶抑制活性，同时利用彗星实验评估其体外遗传毒性潜力，建立初步安全档案。通过将功效和安全性评估相结合，本工作旨在促进藏红花花卉副产品的价值化，并为藏红花雄蕊作为可接受遗传毒性安全性的天然抗糖尿病制剂来源的潜在应用提供科学依据。

**二、主要技术方法**

本研究采用了多种关键技术方法：①体外α-葡萄糖苷酶抑制活性测定，采用基于蔗糖底物葡萄糖释放的比色法，通过葡萄糖氧化酶-过氧化物酶试剂盒定量；②体内口服蔗糖耐量试验，在正常和四氧嘧啶诱导的糖尿病Wistar大鼠模型中进行，监测0、30、60、120分钟血糖水平并计算曲线下面积；③碱性彗星实验，在Wistar大鼠外周血白细胞中评估遗传毒性，检测尾长、尾部DNA百分比、尾迁移和尾矩等参数；④分子对接分析，利用AutoDock Vina软件对藏红花雄蕊中已鉴定的7种主要代谢物与两个α-葡萄糖苷酶靶点进行对接研究。样本采集自摩洛哥东部乌季达地区2020年生长季种植的藏红花植物，凭证标本保存于穆罕默德第一大学植物标本馆。

**三、研究结果**

**体外α-葡萄糖苷酶抑制活性**

通过测定IC₅₀值定量评估了藏红花雄蕊提取物和组分的体外α-葡萄糖苷酶抑制活性。阳性对照阿卡波糖表现出最强的抑制活性，IC₅₀值为0.039 ± 0.011 mg/mL。在粗提物中，水-乙醇提取物显示出显著抑制效果，IC₅₀值为0.371 ± 0.017 mg/mL，优于水-甲醇提取物（IC₅₀ = 0.605 ± 0.017 mg/mL）。这一观察结果与先前报道一致，即混合水-有机溶剂可增强酚类化合物的回收率，从而提高酶抑制潜力。

组分分离后呈现明显的活性差异。水解乙酸乙酯组分是所有植物来源样品中活性最强的，IC₅₀值为0.183 ± 0.009 mg/mL。非水解乙酸乙酯组分也表现出重要的抑制活性（IC₅₀ = 0.355 ± 0.015 mg/mL），但低于水解乙酸乙酯组分。相比之下，水相组分的α-葡萄糖苷酶抑制作用较弱，水解水相组分IC₅₀为0.597 ± 0.007 mg/mL，而非水解水相组分活性最弱（IC₅₀ = 0.635 ± 0.018 mg/mL）。值得注意的是，乙酸乙酯组分表现出最强的抑制效果，尤其是水解组分。水解后活性增强可归因于黄酮苷转化为相应的苷元，后者对α-葡萄糖苷酶活性位点具有更高的亲和力。

**体内α-葡萄糖苷酶抑制活性：口服蔗糖耐量试验**

在正常血糖大鼠中，口服蔗糖诱导对照组血糖水平升高，在30-60分钟出现峰值。阿卡波糖预处理在整个实验期间显著减弱餐后高血糖。水-甲醇和水-乙醇提取物预处理均观察到相当的降血糖效果，在30和60分钟时与对照组相比血糖水平显著降低。水-乙醇提取物的降血糖效果强于水-甲醇提取物。曲线下面积分析显示，提取物处理组的总体血糖暴露显著降低，其中水-乙醇提取物在植物处理组中产生最低的曲线下面积。

在四氧嘧啶诱导的糖尿病大鼠中，蔗糖负荷导致对照组血糖水平显著且持续升高。阿卡波糖在所有时间点均显著降低餐后血糖。水-甲醇和水-乙醇提取物预处理也导致血糖水平较糖尿病对照组显著降低，其中水-乙醇提取物作用更强。曲线下面积值证实了这些观察结果，两种提取物均显著降低总体血糖暴露，水-乙醇处理组尤为突出。

**体外遗传毒性评估**

彗星实验结果显示，大多数测试组分和浓度下，与磷酸盐缓冲液处理的对照组相比，彗星参数无统计学显著差异。具体而言，水解水相组分、非水解水相组分和水解乙酸乙酯组分在所有测试浓度下（25-200 μg/mL）的尾长、尾部DNA百分比、尾迁移和尾矩值与阴性对照相当。同样，非水解乙酸乙酯组分处理在任何测试浓度下均未诱导尾部DNA百分比、尾迁移或尾矩的显著变化，但在150 μg/mL浓度下观察到尾长统计学显著增加。在最高测试浓度（200 μg/mL）下，没有任何组分诱导彗星参数的显著改变。总体而言，彗星实验结果表明，在本实验条件下，藏红花雄蕊的水解和非水解组分处理未在大鼠白细胞中产生明显的DNA损伤。

**分子对接分析**

分子对接研究在两种α-葡萄糖苷酶靶点上进行。对于3A4A靶点，飞燕草素-3-芸香糖苷获得最优亲和力（-8.6 kcal/mol），优于参考阿卡波糖的得分（-6.7 kcal/mol）。对于2QMJ靶点，没食子酸儿茶素得分最高（-7.8 kcal/mol），同样优于阿卡波糖（-6.0 kcal/mol）。拉马钱德兰图分析表明两种蛋白质结构的立体化学质量良好，适合基于结构的建模。飞燕草素-3-芸香糖苷在3A4A中的结合模式通过多点氢键和芳香/疏水稳定的协同组合实现，关键氢键涉及Asp144、Gly160、Ser162和Phe166。没食子酸儿茶素在2QMJ中的得分主要受密集氢键网络驱动，与Ser394、Ser395、Ser454、Ser459和Asp485形成强氢键。

**四、结论**

本研究证明藏红花雄蕊提取物和组分在体外表现出显著的α-葡萄糖苷酶抑制活性，其中乙酸乙酯组分特别是水解组分显示出最高的效力。体内口服蔗糖耐量试验证实了提取物在正常和糖尿病大鼠中减弱餐后高血糖的能力，支持了体外观察到的酶抑制的生理学相关性。此外，体外彗星实验显示，在测试浓度范围内，水解和非水解组分未产生明显的遗传毒性效应，表明具有良好的初步安全性。分子对接分析进一步支持了这些发现，突出主要酚类化合物与α-葡萄糖苷酶靶点之间的稳定相互作用。总体而言，这些结果支持将藏红花雄蕊作为靶向餐后高血糖的天然抗糖尿病制剂的潜在来源进行价值化开发。