# 中文标题 构树（*Broussonetia papyrifera*）地上部分精油化学成分与生物活性的整合体外及计算机模拟研究

《Chemistry & Biodiversity》：Essential Oil Compositions and Biological Activities of Broussonetia papyrifera Aerial Parts: An Integrated In Vitro and In Silico Study

　　

# 中文翻译

本研究对采集自越南的构树（*Broussonetia papyrifera* (L.) Vent.）茎皮和叶片精油进行了体外实验与计算机模拟（in silico）相结合的整合评价，分析其化学成分与生物活性。两种精油以含氧倍半萜（oxygenated sesquiterpenes）为主要成分。茎皮精油的主要化合物包括(Z)-二氢-阿朴法尼醇（(Z)-dihydro-apofarnesol，13.84%）、异瓦烷（ishwarane，8.96%）、斯巴醇（spathulenol，7.87%）、棕榈酸（palmitic acid，7.58%）和(E)-二氢-阿朴法尼醇（(E)-dihydro-apofarnesol，6.71%）；叶片精油则以斯巴醇（34.78%）、正己醇（n-hexanol，16.64%）、异瓦烷（7.33%）和(Z)-二氢-阿朴法尼醇（6.41%）为特征成分。构树精油对MCF-7和HepG2癌细胞系表现出中等程度的细胞毒性，半数抑制浓度（half-maximal inhibitory concentration，IC₅₀）为33.2–56.3 μg/mL。两种精油对DPPH自由基具有强清除活性，IC₅₀值为33.15–47.83 μg/mL，同时对一氧化氮（nitric oxide，NO）和前列腺素E₂（prostaglandin E₂，PGE₂）的产生具有显著抑制作用，IC₅₀值为24.15–88.70 μg/mL。计算机模拟ADME（吸收、分布、代谢、排泄）及毒性预测表明，主要化合物具有良好的类药性、较好的胃肠道吸收能力和较低的毒理学风险。分子对接研究显示，主要化合物与环氧合酶-1（cyclooxygenase-1，COX-1）、COX-2、5-脂氧合酶（5-lipoxygenase，5-LOX）和黄嘌呤氧化酶（xanthine oxidase，XO）等蛋白靶点具有稳定结合，结合能范围为?4.3至?8.0 kcal/mol。综上，构树精油是具有抗氧化和抗炎潜力的生物活性化合物的优良来源。

# 论文主体解读

## 一、研究背景与研究目的

构树（*Broussonetia papyrifera* (L.) Vent.，又名*Morus papyrifera* L.）属桑科（Moraceae）植物，广泛分布于东亚和东南亚地区，包括中国、韩国、日本和越南。该植物长期以来因其纤维状树皮而被栽培，传统上用于造纸、纺织和手工艺品制造。除经济价值外，构树在传统医学体系中已被广泛用于治疗炎症性疾病、感染性疾病、水肿和代谢相关疾病。植物化学研究表明，构树含有黄酮类、酚酸类、木脂素类、异戊烯基查尔酮类、香豆素类和生物碱类等多种次级代谢产物，其中异戊烯基黄酮和查尔酮类化合物因其显著的生物活性而备受关注。药理学研究证实，构树的提取物和分离化合物具有抗癌、抗氧化、抗炎、抗菌、抗糖尿病、抗痛风、抗伤害感受、肝保护和神经保护等多种药理活性。

然而，尽管已有研究对构树各部分提取物进行了广泛的植物化学和药理学评价，但迄今为止，关于构树茎皮和叶片精油的综合研究——将化学表征与生物学评价相结合——仍未见报道。精油作为低分子量挥发性次级代谢产物的复杂混合物，不仅具有药物开发潜力，还在植物防御、生态互作以及食品、化妆品和农化工业中具有广泛应用。因此，本研究旨在通过气相色谱-质谱联用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）技术表征构树茎皮和叶片精油的挥发性成分，并系统评价其细胞毒性、抗氧化、抗炎和抗菌活性，同时辅以ADME（吸收、分布、代谢、排泄）性质预测、毒理学风险评估和分子对接模拟，以期全面评估其药用开发价值。

## 二、主要技术方法概述

研究人员于2025年10月自越南河内Xuan Dinh的Hoa Binh公园采集构树地上部分（茎皮和叶片）样品，植物学鉴定由越南科学技术院生物研究所分类学家Nguyen Kim Dao完成，凭证标本存放于越南科学技术院化学研究所标本室。茎皮（2.0 kg）和叶片（2.0 kg）分别经Clevenger型装置水蒸气蒸馏提取精油，得油率分别为0.28%（w/w）和0.29%（w/w）。精油化学成分采用Shimadzu GC-MS-QP2010 Plus系统（配备Equity-5毛细管色谱柱）分析，化合物鉴定基于NIST 11和Wiley 7质谱库比对，并结合Adams质谱/保留指数库以及计算保留指数与文献数据比对。生物活性评价方面：细胞毒性采用MTT比色法（3-[4,5-二甲基噻唑-2-基]-2,5-二苯基四唑溴化物）检测对MCF-7（人乳腺癌细胞系）和HepG2（人肝细胞癌细胞系）的抑制作用；抗氧化活性采用DPPH（2,2-二苯基-1-苦基肼）自由基清除实验；抗炎活性通过脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）激活的RAW 264.7巨噬细胞模型评价对一氧化氮（NO）和前列腺素E₂（PGE₂）产生的抑制能力；抗菌活性采用肉汤微量稀释法测定最低抑菌浓度（minimum inhibitory concentration，MIC）。计算机模拟方面：利用SwissADME平台预测主要化合物的ADME性质和理化参数，利用Protox II平台评估毒性风险，分子对接采用Schr?dinger套件的Glide XP模块，将主要化合物与环氧合酶-1（COX-1）、COX-2、5-脂氧合酶（5-LOX）和黄嘌呤氧化酶（XO）的晶体结构进行对接分析。

## 三、主要研究结果

### 3.1 化学成分分析

构树茎皮精油共鉴定出67种化合物，占总峰面积的99.56%，以含氧倍半萜（62.41%）为主，其次为倍半萜烃类（17.98%）和非萜类化合物（16.79%），含氧单萜仅占2.37%。主要化合物包括(Z)-二氢-阿朴法尼醇（13.84%）、异瓦烷（8.96%）、斯巴醇（7.87%）、棕榈酸（7.58%）和(E)-二氢-阿朴法尼醇（6.71%）。叶片精油共鉴定出38种化合物，占总峰面积的99.64%，含氧倍半萜（59.05%）仍为最丰富类别，其次为非萜类化合物（23.53%）和倍半萜烃类（15.10%）。主要化合物为斯巴醇（34.78%）、正己醇（16.64%）、异瓦烷（7.33%）和(Z)-二氢-阿朴法尼醇（6.41%）。两种精油在化学成分上存在显著差异：(E)-二氢-阿朴法尼醇和棕榈酸仅存在于茎皮精油中，正己醇在叶片精油中占主导地位，斯巴醇在叶片中的含量远高于茎皮。

### 3.2 细胞毒性活性

MTT实验结果显示，在100 μg/mL的最高测试浓度下，茎皮精油对MCF-7和HepG2细胞系的抑制率为70.2%–75.1%，叶片精油的抑制率为76.2%–82.4%。茎皮精油对MCF-7和HepG2的IC₅₀值分别为48.7 ± 2.40和56.3 ± 2.70 μg/mL，叶片精油表现出更好的活性，IC₅₀值分别为33.2 ± 1.90和41.0 ± 2.20 μg/mL。与阳性对照依托泊苷（ellipticine，IC₅₀ = 2.22–2.32 μg/mL）相比，构树精油表现出中等程度的细胞毒性。这是首次报道构树属植物精油的细胞毒性数据。

### 3.3 抗氧化活性

DPPH自由基清除实验表明，在250 μg/mL浓度下，茎皮和叶片精油分别产生83.94%和88.29%的抑制率。叶片精油的IC₅₀值为33.15 ± 2.34 μg/mL，优于茎皮精油（IC₅₀ = 47.83 ± 2.51 μg/mL）。与阳性对照抗坏血酸（IC₅₀ = 13.64 ± 0.02 μg/mL）相比，采集自越南的构树精油表现出较强的DPPH自由基清除活性。该结果与先前关于构树提取物抗氧化活性的研究一致，进一步证实了构树成分在抗氧化方面的重要作用。

### 3.4 抗炎活性

在NO抑制实验中，4–256 μg/mL浓度范围内精油对RAW 264.7细胞无毒性（存活率超过80%）。在256 μg/mL时，茎皮和叶片精油分别产生87.4%和91.4%的NO产生抑制率。茎皮和叶片精油的IC₅₀值分别为37.21 ± 1.80和24.15 ± 1.35 μg/mL，与阳性对照L-NMMA（IC₅₀ = 11.07 ± 0.77 μg/mL）相比表现出较强的NO抑制活性。在PGE₂抑制实验中，最高浓度下茎皮和叶片精油分别产生79.6%和83.5%的抑制率，对应IC₅₀值为88.70 ± 2.23和52.30 ± 2.47 μg/mL。本研究首次报道了构树属植物精油的抗炎活性。

### 3.5 抗菌活性

抗菌实验结果表明，茎皮精油对革兰氏阳性菌蜡样芽孢杆菌（*Bacillus cereus*）和金黄色葡萄球菌（*Staphylococcus aureus*）的MIC值分别为512和256 μg/mL，叶片精油表现出更好的活性，MIC值分别为256和128 μg/mL。两种精油对革兰氏阴性菌大肠杆菌（*Escherichia coli*）和铜绿假单胞菌（*Pseudomonas aeruginosa*）仅表现出弱活性（MIC值512–1024 μg/mL），对酵母菌白色念珠菌（*Candida albicans*）表现出中等活性（MIC值分别为512和256 μg/mL）。上述MIC值均高于参照抗生素氨苄西林（MIC = 8 μg/mL）。值得注意的是，叶片精油在所有生物活性实验中的表现均优于茎皮精油，这可能与其主要成分正己醇和斯巴醇有关。

### 3.6 计算机模拟研究

ADME和理化性质预测表明，6种主要化合物（正己醇、异瓦烷、(E)-二氢-阿朴法尼醇、(Z)-二氢-阿朴法尼醇、棕榈酸和斯巴醇）的分子量均低于500 g/mol，具有适中的亲脂性和较低的拓扑极性表面积，支持良好的膜通透性。除棕榈酸水溶性较差外，大多数化合物被预测为可溶或中等溶解。化合物3-4和6表现出较高的胃肠道吸收和血脑屏障通透性，所有化合物均不是P-糖蛋白底物，提示良好的口服生物利用度。毒性预测结果表明，所有化合物均属于毒性等级4-6类（有害至无毒），具有相对较高的LD₅₀值，且均未表现出肝毒性、肾毒性、心脏毒性或致癌性，仅斯巴醇（化合物6）显示中等概率的呼吸毒性，总体毒理学风险较低。分子对接结果显示，所有配体在COX-1、COX-2、5-LOX和XO的催化口袋内均呈现稳定结合构象，结合能范围为?4.3至?8.0 kcal/mol。其中化合物3（(E)-二氢-阿朴法尼醇）表现出最强的相互作用，对COX-2、COX-1、5-LOX和XO的结合能分别为?8.0、?7.4、?7.1和?7.2 kcal/mol，与参照药物布洛芬、甲氯芬那酸和奥昔嘌醇相当甚至更强。斯巴醇（化合物6）对COX-2和XO也表现出优异的结合亲和力（均为?7.5 kcal/mol）。对接构象显示，这些化合物主要通过疏水相互作用（π-烷基和π-σ）以及与关键催化残基（如COX酶的Ser530、Tyr385、Trp387，5-LOX的Arg438、Lys441，XO的Glu1065、Lys792）形成的氢键而稳定。

## 四、研究局限与结论总结

在讨论部分，研究人员指出本研究存在以下局限性：抗氧化活性仅通过DPPH单一方法评价，未来应补充FRAP或CUPRAC等方法以更全面表征氧化还原活性；细胞毒性仅评价了MCF-7和HepG2两种癌细胞系，未设置正常细胞对照，因此无法计算选择性指数；化学成分定量为基于GC-MS总离子流色谱峰面积归一化法的半定量分析，未使用GC-FID或标准品校正。

研究结论指出：采自越南的构树茎皮和叶片精油的化学特征以萜类和脂肪酸为主，含氧倍半萜是两种精油的主要成分。斯巴醇、(Z)-和(E)-二氢-阿朴法尼醇、异瓦烷、正己醇和棕榈酸等主要化合物可能对多种生物活性有所贡献。两种精油对MCF-7和HepG2癌细胞系表现出中等细胞毒性，具有显著的DPPH自由基清除活性，并通过抑制NO和PGE₂产生表现出明显的抗炎效应，其中叶片精油在所有生物活性测试中均表现更优。此外，精油对革兰氏阳性菌和白色念珠菌显示出优于革兰氏阴性菌的中等抗菌活性。计算机模拟研究进一步支持了实验发现：ADME和毒性预测表明主要化合物具有良性的类药性质和低毒理学风险；分子对接研究揭示了这些化合物与COX-1、COX-2、5-LOX和XO关键酶蛋白的稳定结合相互作用，其中(E)-二氢-阿朴法尼醇和斯巴醇表现出最强结合亲和力，达到或超过参照标准药物，提示其在调节炎症和氧化应激通路中的机制作用。未来需要进一步开展体内实验和分子机制阐明研究，以充分挖掘其治疗潜力。