榆树（Ulmus pumila）的生物活性成分及体外抗氧化和α-葡萄糖苷酶抑制活性

《Chemical and Biological Technologies in Agriculture》：Bioactive components and in vitro antioxidant and α-glucosidase inhibitory activities of Ulmus pumila

　　

背景：榆树（Ulmus pumila，U. pumila）是一种广泛分布的植物资源，具有重要的生态价值以及药用和食用历史。然而，其生物活性成分及其相关生物活性在不同植物部位和发育阶段的分布仍未被充分了解。在本研究中，研究人员系统研究了榆树树皮、不同发育阶段叶片和果实的水提物。研究人员采用紫外-可见光谱（UV–Vis）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR），结合标准比色法，表征主要生物活性成分，同时评估了抗氧化和α-葡萄糖苷酶（α-glucosidase）抑制活性。此外，建立了一种基于含0.1%甲酸的5 mmol/L乙酸铵-甲醇的验证性液相色谱-串联质谱（LC–MS/MS）方法，用于在8分钟内同时基线分离和定量六种代表性酚类化合物。结果：树皮表现出最高的总酚、总黄酮和多糖含量，以及最强的抗氧化和α-葡萄糖苷酶抑制活性。叶片提取物呈现阶段依赖性变化，六月叶片具有更高的抗氧化活性，而十月叶片显示出更强的α-葡萄糖苷酶抑制。各样品的总酚含量范围为15.336至29.854 mg GAE/g DW。LC–MS/MS方法显示出良好的线性、精密度、重复性和回收率。定量了六种酚类化合物，其中绿原酸（chlorogenic acid）为主要成分（1.44–13.76 mg/g DW），其次为表儿茶素（epicatechin）和儿茶素（catechin）。相关性分析表明，酚类和多糖与抗氧化活性和α-葡萄糖苷酶抑制能力显著相关（P < 0.01）。结论：这些发现提供了对榆树不同部位和发育阶段生物活性成分分布的比较性理解，也支持其作为天然生物活性化合物来源在农业和健康相关应用中的潜在利用。

论文解读：榆树（Ulmus pumila）生物活性成分与功能活性研究

**研究背景与问题**

植物次生代谢产物如黄酮类、酚酸、多糖等具有显著的生物活性，在维持氧化还原稳态、抗氧化、抗炎和降血糖等方面发挥重要作用。榆树（Ulmus pumila，U. pumila）作为榆属（Ulmus）落叶乔木，广泛分布于北半球温带地区，具有耐盐碱、耐寒、耐旱等特性，常用于生态修复，同时在中国具有悠久的药用和食用历史。其树皮（俗称“榆白皮”）传统上用于利尿、消肿及皮肤疾病，嫩叶作为蔬菜，果实用于助消化和利尿。然而，榆树不同部位（树皮、叶片、果实）及不同发育阶段叶片中生物活性成分的分布及其与抗氧化、α-葡萄糖苷酶抑制活性的关联尚不明确。现有研究多集中于树皮提取物的分离和活性评价，缺乏对叶片发育阶段变化及不同部位的系统比较。因此，本研究旨在系统探究榆树不同部位和叶片发育阶段水提物的化学组成与生物活性，为其在农业和健康领域的应用提供科学依据。

**研究内容与结论**

研究人员系统采集了榆树树皮、不同发育阶段叶片（3月、6月、10月）和果实的水提物，进行了光谱表征、活性成分含量测定、抗氧化和α-葡萄糖苷酶抑制活性评价，并采用验证性液相色谱-串联质谱（LC–MS/MS）方法定量六种主要酚类化合物，通过相关性分析揭示成分与活性之间的关系。研究发现：树皮中总酚、总黄酮和多糖含量最高，抗氧化和α-葡萄糖苷酶抑制活性最强；叶片提取物呈现阶段依赖性，6月叶片抗氧化活性最高，10月叶片α-葡萄糖苷酶抑制活性最强；LC–MS/MS方法在8分钟内实现六种酚类化合物的基线分离，绿原酸为主要成分，其次为表儿茶素和儿茶素；相关性分析表明酚类和多糖是抗氧化和α-葡萄糖苷酶抑制活性的关键贡献者。该研究为榆树不同部位活性成分的分布提供了比较性理解，支持其作为天然生物活性化合物来源的潜力。论文发表在《Chemical and Biological Technologies in Agriculture》。

**主要关键技术方法**

研究人员采用以下关键技术方法（样本均于2021年采自中国河南省郑州市黄河滩区）：（1）紫外-可见光谱（UV–Vis）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）进行化学组分表征；（2）标准比色法（硝酸铝比色法、Folin–Ciocalteu法、苯酚-硫酸法）分别测定总黄酮、总酚和多糖含量；（3）DPPH、ABTS自由基清除实验和铁还原抗氧化能力（FRAP）实验评估抗氧化活性；（4）以p-硝基苯基-α-D-吡喃葡萄糖苷（pNPG）为底物的α-葡萄糖苷酶抑制实验，并优化酶促反应条件（时间、酶浓度、底物浓度）；（5）基于5 mmol/L乙酸铵（含0.1%甲酸）-甲醇为流动相的LC–MS/MS方法，在负离子模式下采用选择反应监测（SRM）同时定量六种酚类化合物，并通过分散固相萃取（d-SPE）净化提取物。

**研究结果**

**1. 光谱表征**
UV–Vis光谱显示所有样品在200–450 nm有吸收，表明存在酚类和黄酮类共轭化合物，树皮在200–350 nm吸收最强。FT-IR光谱在950–1200 cm^-1（碳水化合物）和约1640 cm^-1（黄酮类）有强吸收，证实各部位均含有黄酮、酚类和碳水化合物，但相对含量不同。

**2. 活性成分与抗氧化活性分析**
总黄酮和总酚含量分布顺序为：树皮 > 6月叶片 > 10月叶片 > 3月叶片 > 果实，总黄酮范围为3.241–4.765 mg RE/g DW，总酚范围为15.336–29.854 mg GAE/g DW。多糖含量顺序为：树皮 > 10月叶片 > 6月叶片 > 3月叶片 > 果实，范围为33.629–188.101 mg/g DW。抗氧化活性（DPPH、ABTS、FRAP）一致表现为树皮最强，6月叶片次之，3月叶片最弱，树皮IC₅₀值分别为1.519 mg/mL（DPPH）和0.014 mg/mL（ABTS），FRAP值为2.260–2.825 mmol/L。

**3. α-葡萄糖苷酶抑制活性评估**
优化酶促反应条件后（反应时间40 min，酶浓度0.2 U/mL，底物pNPG浓度2.5 mmol/L），各水提物呈浓度依赖性抑制α-葡萄糖苷酶。IC₅₀值顺序为：果实 > 3月叶片 > 6月叶片 > 10月叶片 > 树皮，树皮抑制活性最强（IC₅₀ = 6.531 mg/mL），果实最弱（IC₅₀ = 11.907 mg/mL）。10月叶片抑制活性优于6月叶片，与多糖含量较高一致。可逆性实验表明，各提取物以可逆方式抑制α-葡萄糖苷酶，通过降低催化效率而非影响酶-底物结合。

**4. LC–MS/MS测定六种酚类化合物**
建立的方法（5 mmol/L乙酸铵含0.1%甲酸-甲醇为流动相）线性良好（R² > 0.999），精密度RSD < 3%，重复性RSD < 2%，回收率86.17%–102.13%。六种酚类化合物在样品中均检出，绿原酸为主要成分（1.44–13.76 mg/g DW），其次为表儿茶素（0.364–8.477 mg/g DW）和儿茶素（0.045–8.212 mg/g DW），槲皮素含量最低（0.029–0.069 mg/g DW）。总酚含量顺序为：树皮 > 6月叶片 > 10月叶片 > 3月叶片 > 果实，与总黄酮和总酚趋势一致。

**5. 化学组成与生物活性相关性分析**
总酚与ABTS、FRAP、α-葡萄糖苷酶抑制极显著相关（P < 0.01），总黄酮与ABTS和α-葡萄糖苷酶抑制显著相关（P < 0.05），多糖与DPPH和α-葡萄糖苷酶抑制极显著相关（P < 0.01）。儿茶素和表儿茶素与DPPH极显著相关（P < 0.01），表儿茶素还与ABTS和FRAP显著相关（P < 0.05）。阿魏酸虽含量较低，但与ABTS和α-葡萄糖苷酶抑制显著相关。ABTS和FRAP与α-葡萄糖苷酶抑制极显著相关（P < 0.01），表明抗氧化能力与降血糖潜力密切相关。

**讨论与总结**

讨论部分指出，酚类和多糖是榆树水提物抗氧化和α-葡萄糖苷酶抑制活性的关键贡献者，其作用机制可能涉及电子供体、氢原子转移及氢键和疏水作用。研究结论（翻译原文）：“我们的现有工作表明，榆树树皮比叶片和果实含有更高水平的酚类和多糖，并表现出最强的抗氧化活性和α-葡萄糖苷酶抑制。叶片提取物呈现阶段依赖性变化，六月叶片具有更高的抗氧化活性，十月叶片表现出更强的α-葡萄糖苷酶抑制。LC–MS/MS分析实现了所有样品中六种酚类化合物的可靠鉴定和定量，绿原酸为主要成分，其次为表儿茶素和儿茶素。这些化合物的总含量范围为2.40至18.35 mg/g DW，总体而言树皮高于叶片和果实，与总酚和总黄酮的趋势一致。相关性分析进一步证实酚类和多糖是所观察生物活性的关键贡献者。总体而言，榆树代表了农业和健康相关应用中生物活性化合物的潜在来源，尽管需要进一步在细胞和体内水平进行研究以验证这些发现。”