基于体外实验与分子对接的蓍草（Achillea biebersteinii）花精油抗氧化及抗念珠菌活性研究

《ChemPlusChem》：In Vitro and In Silico Analysis of Antioxidant and Antifungal Activity of Essential Oil From Achillea biebersteinii

　　

： 本研究旨在确定从蓍草（Achillea biebersteinii Afan.）花中提取的精油的植物化学成分，验证其抗氧化和抗真菌特性，并通过分子对接分析鉴定参与抗真菌机制的活性成分。通过气相色谱-质谱联用（GC–MS）分析鉴定出46种不同化合物，其中14种化合物浓度超过1%。主要化合物为桉叶油醇（eucalyptol，21.84%）、顺式-菊烯醇（cis-Chrysanthenol，17.86%）、樟脑（camphor，15.29%）、（?）-α-蒎烯（(?)-α-Pinene，6.14%）、反式-菊烯醇乙酸酯（trans-Chrysanthenyl acetate，5.80%）。该精油的DPPH•和ABTS+自由基清除作用表现为中等活性，IC50值分别为11.76和3.45 mg/mL。在抗真菌活性方面，A. biebersteinii花精油对念珠菌属（Candida）物种表现出显著活性。该精油对光滑念珠菌（C. glabrata）和近平滑念珠菌（C. parapsilosis）的最低抑菌浓度（MIC）为0.937 μL/mL，而对其他念珠菌属物种则为3.75 μL/mL。研究人员进行了分子对接以确定A. biebersteinii花精油中化合物对抗真菌活性的影响。计算机模拟研究表明，α-松油醇（α-Terpineol）和反式-松香芹醇（trans-Pinocarveol）凭借其对接分数，是对C. glabrata和C. parapsilosis两者亲和力最高的成分之一，被确定为潜在的抗真菌化合物。

一、研究背景与意义

芳香和药用植物自古以来就被用作开创性的治疗方法，芳香疗法的基础是精油，精油在精神和身体两方面对人类健康产生积极影响。菊科（Asteraceae）中的许多植物含有大量精油，蓍属（Achillea）以希腊神话中的阿喀琉斯命名，又称欧蓍草，是菊科的一员，包含分布于欧洲、亚洲、北非、北美、澳大利亚和新西兰的115个物种。蓍草（Achillea biebersteinii Afan.）是伊朗-图兰成分，是一种多年生开花草本或半灌木植物，广泛分布于中亚、阿富汗、伊朗、中东、南俄、东欧、高加索和土耳其等地。在土耳其的民族植物学调查中，该植物主要用于治疗胃痛、腹痛、痛经、伤口愈合和止血、风湿病、鼻窦炎和牙痛等。植物化学分析表明A. biebersteinii提取物中酚酸含量较高，绿原酸是花、叶和根的主要成分，此外还含有黄酮类化合物如芹菜素、木犀草素、芦丁、槲皮素等，以及倍半萜内酯和单萜等成分。

A. biebersteinii精油的化学成分因地理来源不同而存在明显的定量和定性差异，这种化学型变异似乎与报道的生物活性结果相关。土耳其种群中主要鉴定出1,8-桉叶油素和樟脑为主要成分，而埃及、约旦和伊朗部分地区的种群则以驱蛔萜素（ascaridole）或顺式-驱蛔萜素为主。近年来，真菌感染的发病率有所增加，真菌细胞耐药性的发展使临床治疗更具挑战性。念珠菌属（Candida）物种是最常见的真菌病原体，能够引发感染，在免疫功能低下和住院患者中，真菌细胞是发病率和死亡率的最重要原因。虽然白色念珠菌（Candida albicans）是最常见的念珠菌感染，但非白念珠菌引起的感染具有严重后果，非白念珠菌通常因活跃的毒力因子而对抗真菌药物具有耐药性。尽管已有关于A. biebersteinii精油抗真菌能力的研究，但尚无确凿研究根据精油成分的化学型差异确定起作用的化合物。因此，本研究旨在通过计算机模拟分子对接鉴定负责抗真菌活性的化合物，填补该科学领域的空白。

二、主要技术方法

研究人员采用水蒸气蒸馏法（Clevenger装置）从A. biebersteinii花中提取精油，通过气相色谱-质谱联用（GC–MS）分析精油化学成分。采用DPPH•和ABTS⁺自由基清除实验评估抗氧化活性，以α-生育酚为对照。抗真菌活性采用肉汤稀释法和琼脂稀释法测定对5种念珠菌（C. krusei ATCC 14243、C. glabrata ATCC 2001、C. parapsilosis ATCC 22019、C. tropicalis ATCC 13803和C. albicans ATCC 14053）的最低抑菌浓度（MIC）。分子对接研究使用Schr?dinger Maestro程序，以光滑念珠菌CYP51（PDB ID: 5JLC）和近平滑念珠菌Sapp1p蛋白酶（PDB ID: 7AGB）为靶蛋白，对含量超过1%的14种化合物进行对接分析。

三、研究结果

3.1 精油得率与化学成分

经水蒸气蒸馏获得精油0.45 μL，精油得率为0.87 μL/g。共鉴定出46种成分，占精油的99.57%。其中14种化合物含量超过1%（v/v），主要成分为桉叶油醇（21.84%）、顺式-菊烯醇（17.86%）、樟脑（15.29%）、（?）-α-蒎烯（6.14%）和反式-菊烯醇乙酸酯（5.80%）。其余37种含量低于1%的化合物可能对精油活性产生微弱的协同效应。

3.2 抗氧化活性

DPPH•实验中精油IC₅₀值为38.819 ± 2.00 μL/mL（11.76 ± 0.60 mg/mL），ABTS⁺实验中IC₅₀值为11.385 ± 2.28 μL/mL（3.45 ± 0.69 mg/mL），与α-生育酚（DPPH•：0.0279 mg/mL；ABTS⁺：0.0615 mg/mL）相比存在显著差异（p < 0.05），表明精油具有中等抗氧化活性。

3.3 最低抑菌浓度（MIC）测定

肉汤稀释法和琼脂稀释法结果一致。精油对C. krusei、C. tropicalis和C. albicans的MIC值为3.75 μL/mL，而对C. glabrata和C. parapsilosis的MIC值更低，为0.937 μL/mL，表明精油对后两种念珠菌具有更强的抑制作用。

3.4 分子对接分析

对14种含量≥1%的化合物进行分子对接。针对5JLC（CYP51）的对接分数介于?5.011至?6.547 kcal/mol之间，亲和力最高的化合物为α-松油醇（?6.547 kcal/mol）、冰片（?6.446 kcal/mol）和反式-松香芹醇（?6.412 kcal/mol）。针对7AGB（Sapp1p）的对接分数介于?3.117至?5.400 kcal/mol之间，3-侧柏酮（?5.400 kcal/mol）、α-松油醇（?5.126 kcal/mol）和反式-松香芹醇（?5.106 kcal/mol）具有最佳结合分数。配体效率（LE）计算显示，小分子化合物（如3-乙基甲苯、α-氯松蒎酮等）的LE值远高于共结晶参考抑制剂。相互作用分析表明，在5JLC中化合物通过羟基与Tyr141形成氢键，并与多个疏水残基相互作用；在7AGB中，化合物通过羟基或酮基与Asp32形成氢键，并与Ile30、Thr78、Val113、Ile117等残基形成疏水相互作用。

四、讨论与结论

讨论部分指出，精油中高浓度的含氧化单萜类化合物及其协同相互作用在强抗菌和抗真菌活性中起决定性作用。与既往研究相比，本研究中精油的化学型以桉叶油醇为主，顺式-菊烯醇和樟脑含量较高，而哌啶酮完全缺失，这种化学型差异可能解释了抗氧化活性的差异。精油对C. glabrata和C. parapsilosis的抑制作用略强于对其他念珠菌的抑制，MIC值与对照抗真菌药物（酮康唑和噻康唑）相比具有可接受的差异系数。分子对接研究表明，α-松油醇和反式-松香芹醇是对C. glabrata和C. parapsilosis两者亲和力最高的成分之一，被确定为潜在抗真菌化合物。

结论部分指出，本研究通过体外和计算机模拟实验展示了A. biebersteinii Afan.花精油的优点。该精油含有14种含量超过1%的植物化学成分，表现出适度的抗氧化活性和显著的抗念珠菌活性。α-松油醇和反式-松香芹醇的高结合分数表明这些化合物可能是抗真菌活性的主要贡献者。含这些主要化合物的精油在治疗念珠菌感染方面的疗效应在化妆品和制药领域进行评估，后续通过体内研究验证标准化的A. biebersteinii Afan.精油将是科学界的重要进展。