《Frontiers in Chemistry》：Phytochemical profiling and multi-target pharmacological evaluation of Symphyotrichum squamatum unveils its potential as a source of antidiabetic and anti-inflammatory agents
编辑推荐：
摘要：本研究旨在全面解析鳞叶紫菀（Symphyotrichum squamatum）地上部位的植物化学成分及药理特性，评估其作为天然治疗药物来源的应用潜力。研究聚焦于生物活性成分的分离鉴定及其抗氧化、细胞毒、抗糖尿病和抗炎效应的评价。研究人员采用色谱纯化、液相
摘要：本研究旨在全面解析鳞叶紫菀（Symphyotrichum squamatum）地上部位的植物化学成分及药理特性，评估其作为天然治疗药物来源的应用潜力。研究聚焦于生物活性成分的分离鉴定及其抗氧化、细胞毒、抗糖尿病和抗炎效应的评价。研究人员采用色谱纯化、液相色谱-质谱联用技术（LC/MS）、总黄酮与总酚含量测定、分子对接及多种体外药理活性检测等方法，对提取物中的活性成分进行了定性与定量分析。通过对石油醚和乙酸乙酯萃取相的系统分离，共获得4个单体化合物：3α-弗里德林醇（3α-Friedelinol）、菠菜甾醇（Spinasterol）、邻苯二甲酸二辛酯（Dioctyl phthalate）和山奈酚-3,7-二葡萄糖苷（Kaempferol-3,7-diglucopyranoside）。此外，醇水提取物的LC/MS分析共鉴定出35种代谢物，表明该植物富含脂肪酸、酚类苯丙素和萜类化合物。定量实验证实提取物中多酚含量为65.9 ± 3.6 mg GAE/g提取物，黄酮含量为25.8 ± 1.1 mg QE/g提取物，与其显著的体外抗氧化活性密切相关，其对DPPH和ABTS自由基的半数清除浓度（SC50）分别为77.00 μg/mL和66.00 μg/mL。提取物对肝癌细胞系Hep-G2和胰腺癌细胞系Panc-1表现出较弱的细胞毒性。值得注意的是，提取物及分离得到的山奈酚-3,7-二葡萄糖苷对关键碳水化合物消化酶表现出强效、剂量依赖性的抑制作用，显示出抗糖尿病活性，其中该黄酮苷对α-淀粉酶的抑制活性最强，半数抑制浓度（IC50）为24.29 μg/mL。提取物还表现出良好的抗炎活性，对COX-1的IC50为137.51 μg/mL。为进一步阐明作用机制，研究人员进行了分子对接研究，结果显示山奈酚-3,7-二葡萄糖苷和二咖啡酰奎宁酸等关键成分能够与α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶及环氧化酶（COX）的活性位点形成稳定、高亲和力的相互作用。综上所述，本研究结果支持鳞叶紫菀作为一种极具潜力的药用植物资源，值得进一步开发用于糖尿病与炎症性疾病的防治。
研究背景与意义
鳞叶紫菀（Symphyotrichum squamatum）隶属于菊科（Asteraceae）紫菀属，该科植物以产生单萜、倍半萜、黄酮、香豆素及酚酸等结构多样的次生代谢产物而闻名，在传统医学中常用于治疗呼吸系统疾病及炎症。尽管已有研究表明该属植物具有抗氧化、抗真菌及抗肿瘤等活性，但针对鳞叶紫菀的化学成分研究尚处于起步阶段，现有的报道多局限于挥发油分析，缺乏对其非挥发性成分的系统表征及生物活性机制的深入探讨。特别是关于其活性成分如何作用于糖尿病与炎症相关的分子靶点，目前仍缺乏直接的实验证据。鉴于全球范围内代谢性疾病与慢性炎症的高发病率，从传统药用植物中挖掘高效低毒的先导化合物具有重要的科学意义与临床应用价值。因此，研究人员开展了本项研究，旨在通过整合植物化学分离、现代光谱分析、体外药效学评价及计算机辅助药物设计等多学科技术手段，系统阐明鳞叶紫菀地上部位的化学轮廓，并验证其抗糖尿病与抗炎的药理活性及分子机制。该研究成果已发表于《Frontiers in Chemistry》。
主要关键技术方法
研究人员于埃及采集鳞叶紫菀地上部分，经乙醇冷浸提取后，利用溶剂梯度萃取法获得不同极性部位。采用硅胶柱色谱技术对各部位进行分离纯化，并结合核磁共振（NMR）波谱数据鉴定单体化合物结构。同时，利用高效液相色谱-电喷雾串联质谱（HPLC-PDA-ESI-MS/MS）技术对醇提物进行非靶向代谢组学分析。在药理学层面，通过DPPH与ABTS自由基清除实验评价抗氧化活性；采用MTT法检测提取物对Hep-G2及Panc-1细胞系的细胞毒性；利用α-葡萄糖苷酶与α-淀粉酶活性抑制实验评估抗糖尿病潜力；并通过COX-1抑制实验评价抗炎活性。最后，利用分子对接（Molecular Docking）技术模拟关键活性成分与α-葡萄糖苷酶（PDB ID: 3W37）、α-淀粉酶（PDB ID: 3BAJ）及COX-1（PDB ID: 1EQG）的结合模式，探讨构效关系。
研究结果
3.1 化合物结构表征
研究人员通过硅胶柱色谱法对石油醚和乙酸乙酯萃取部位进行系统分离，最终纯化得到4个单体化合物。经紫外（UV）及核磁共振氢谱（1H-NMR）、碳谱（13C-NMR）数据比对，分别鉴定为3β-弗里德林醇（3β-Friedelinol）、菠菜甾醇（Spinasterol）、邻苯二甲酸二辛酯（Dioctyl phthalate）和山奈酚-3,7-二葡萄糖苷（Kaempferol-3,7-diglucopyranoside）。
3.2 醇提物化学成分分析
采用HPLC-PDA-ESI-MS/MS技术在正负离子模式下对醇提物进行分析，共鉴定出35种代谢物。正离子模式下鉴定出24种，主要包括甜菜碱（Betaine）和菠菜甾醇（Spinasterol）等；负离子模式下鉴定出11种，以酚类成分为主，其中4,5-二咖啡酰奎宁酸（4,5-Dicaffeoyl quinic acid）和5-咖啡酰奎宁酸（5-Caffeoyl quinic acid）为主要成分。这些成分涵盖了脂肪酸、酚类苯丙素、黄酮、萜类及甾体等多种结构类型。
3.3 总酚与总黄酮含量
福林-酚法（Folin–Ciocalteu method）与氯化铝比色法测定结果显示，鳞叶紫菀醇提物中总酚含量为65.9 ± 3.6 mg GAE/g提取物，总黄酮含量为25.8 ± 1.1 mg QE/g提取物，表明该植物富含多酚类物质。
3.4 抗氧化活性
体外抗氧化实验表明，醇提物对DPPH和ABTS自由基均表现出显著的清除能力。在浓度为400 μg/mL时，对DPPH自由基的清除率可达90%，对ABTS自由基的清除率达94.33%。其SC50值分别为77.003 ± 2.745 μg/mL（DPPH）和66.004 ± 2.317 μg/mL（ABTS），活性接近阳性对照抗坏血酸（Ascorbic acid）。
3.5 细胞毒性
MTT实验结果显示，醇提物对肝癌细胞Hep-G2和胰腺癌细胞Panc-1仅表现出微弱的增殖抑制活性，其IC50值分别为149.57 ± 5.01 μg/mL和100.04 ± 2.98 μg/mL，远低于阳性对照长春碱（Vinblastine sulfate）。进一步的机制研究发现，提取物能诱导细胞凋亡形态改变，显著上调Caspase-3活性（约5倍），并下调抗凋亡蛋白Bcl-2的表达，表明其通过线粒体途径诱导细胞凋亡。
3.6 抗糖尿病活性
3.6.1 α-葡萄糖苷酶抑制
提取物（A）及单体化合物山奈酚-3,7-二葡萄糖苷（K）均表现出剂量依赖性的α-葡萄糖苷酶抑制活性。在1000 μg/mL浓度下，抑制率分别达到81.35%和83.96%。两者的IC50值分别为202.42 ± 6.24 μg/mL和111.89 ± 3.06 μg/mL。
3.6.2 α-淀粉酶抑制
两者同样对α-淀粉酶表现出强效抑制。在1000 μg/mL浓度下，抑制率分别为89.21%和92.34%。山奈酚-3,7-二葡萄糖苷的IC50值为24.29 ± 0.75 μg/mL，显示出极强的抑制潜力。
3.7 抗炎活性（COX-1抑制）
提取物对COX-1表现出显著的抑制活性，在2000 μg/mL浓度下抑制率为82.05%，IC50值为137.51 ± 3.47 μg/mL，优于部分已报道的其他植物提取物。山奈酚-3,7-二葡萄糖苷对该酶的IC50为490.36 ± 10.22 μg/mL。
3.8 分子对接分析（α-葡萄糖苷酶与α-淀粉酶）
分子对接结果显示，山奈酚-3,7-二葡萄糖苷与4,5-二咖啡酰奎宁酸等成分能与靶酶形成稳定的结合构象。山奈酚-3,7-二葡萄糖苷与α-葡萄糖苷酶的结合能为?8.0053 kcal/mol，与α-淀粉酶的结合能为?9.1527 kcal/mol，主要通过氢键和疏水相互作用稳定结合。
3.9 环氧化酶（COX）分子对接
对接研究显示，邻苯二甲酸二辛酯、1,4-二咖啡酰奎宁酸和山奈酚-3,7-二葡萄糖苷对COX-1的结合能优于或等于阳性对照布洛芬（Ibuprofen）。其中，邻苯二甲酸二辛酯与COX-1的结合能达?8.4732 kcal/mol，主要通过与Tyr355和Arg120形成氢键发挥抑制作用。
讨论与结论总结
讨论部分指出，鳞叶紫菀中丰富的多酚（尤其是二咖啡酰奎宁酸）和黄酮类成分是其主要抗氧化活性的物质基础。虽然提取物对癌细胞的直接杀伤作用较弱，但其通过调控Bcl-2/Caspase-3通路诱导凋亡的机制得到了明确验证。在抗糖尿病方面，研究证实了该植物通过抑制碳水化合物消化酶（α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶）来控制餐后血糖的潜力，且分子对接揭示了关键成分与酶活性中心的精确结合模式。抗炎机制研究表明，提取物主要通过抑制COX-1发挥抗炎作用，且部分单体成分表现出优于标准药物的结合亲和力。
结论部分重申，鳞叶紫菀地上部位富含多种具有生物活性的次生代谢产物，其醇提物具有显著的抗氧化、抗糖尿病及抗炎活性。山奈酚-3,7-二葡萄糖苷被确认为关键的活性物质之一。该研究为鳞叶紫菀作为一种新型天然药用资源的开发提供了坚实的实验依据，特别是在糖尿病并发症及慢性炎症性疾病的预防与治疗领域具有广阔的应用前景。
