秘鲁海绵 Dysidea ligneana 极性代谢物的神经保护作用及潜在抗增殖活性研究

《Journal of Taibah University for Science》：Neuroprotective polar metabolites with promising antiproliferative potential from the peruvian marine sponge Dysidea Ligneana

　　

海洋海绵是具有重要生物活性的代谢物宝库。本研究针对秘鲁海域海绵 Dysidea ligneana的乙醇-水提取物极性组分展开分析，从中分离并鉴定出两种已知极性代谢物——牛磺酸(Taurine, TAU)和葫芦巴碱(Trigonelline, TRG)，其结构经一维及二维核磁共振(NMR)与质谱(MS)确证。研究人员评估了这两种化合物对 HepG-2、MCF-7、HeLa 及 WI-38 细胞的抗增殖活性。结果显示 TRG 表现出更强的抗增殖特性，并在二乙基亚硝胺(DEN)诱导的肝细胞癌(HCC)模型中进行了深入评价，证实其能以剂量依赖方式改善生化指标、氧化应激、炎症反应及免疫组化层面的病理改变。在神经保护活性评价中，研究人员采用神经酰胺(Ceramide)损伤的 CAD 神经元样细胞与 MO3.13 少突胶质细胞模型，发现 TAU 显示出更为稳定的保护作用。分子对接分析提示，TRG 可能与 Kelch 样环氧氯丙烷相关蛋白 1(Keap1)发生相互作用，而 TAU 则可能作用于半胱天冬酶-3(Caspase-3)。上述结果支持将 TRG 作为潜在的抗增殖候选分子、将 TAU 作为潜在的神经保护候选分子进行进一步开发。

论文解读

研究背景

癌症与神经退行性疾病是全球面临的重大生物医学挑战。2022年全球新增癌症病例近2000万例，死亡970万例，其中肝细胞癌(HCC)因高死亡率与复杂的微环境成为治疗难点。与此同时，神经退行性疾病的治疗手段有限，难以有效阻断神经元损伤进程。天然产物在新药研发中占据核心地位，海洋生物尤其是海绵，因其生存环境竞争激烈，进化出了结构多样且活性显著的代谢物，是抗肿瘤与神经保护药物的重要来源。葫芦巴碱(TRG)与牛磺酸(TAU)虽非结构新颖的分子，但分别被报道具有调控肿瘤迁移、氧化应激及细胞保护作用。本研究旨在从秘鲁海绵 Dysidea ligneana中分离极性代谢物，系统评价其抗增殖与神经保护潜力。

技术方法

研究人员采集秘鲁皮乌拉曼科拉海域的 Dysidea ligneana海绵样本，经乙醇-水提取后，利用硅胶柱色谱、Amberlite XAD-4树脂及反相C18柱色谱进行分离纯化。通过¹H NMR、¹³C NMR及MS进行结构鉴定。体外活性评价采用MTT法检测对人肝癌HepG-2、乳腺癌MCF-7、宫颈癌HeLa及正常肺成纤维WI-38细胞的毒性；体内实验采用二乙基亚硝胺(DEN)诱导的大鼠HCC模型，设置不同剂量给药组，评价生化、氧化应激、炎症因子及免疫组化指标；神经保护实验利用C2-神经酰胺诱导CAD神经元与MO3.13少突胶质细胞损伤模型，通过WST-1/MTT法检测细胞活力；分子对接模拟则利用AutoDock Vina软件预测TRG与Keap1、TAU与Caspase-3的结合模式。

研究结果

2.1 葫芦巴碱与牛磺酸的分离鉴定

从海绵极性部位分离得到化合物1和2。经NMR数据分析，化合物1显示为两个亚甲基信号，对应牛磺酸(TAU)；化合物2显示吡啶环特征信号及N⁺-甲基信号，确认为葫芦巴碱(TRG)。

2.2 生物活性

2.2.1 细胞毒性

体外实验表明，两种化合物均能浓度依赖性降低肿瘤细胞活力，且TRG活性显著强于TAU。在HepG-2细胞中，TRG的半数抑制浓度(IC₅₀)为1.9 ± 0.6 μg/mL，远低于TAU的8.1 ± 0.4 μg/mL。选择性指数显示TRG对HepG-2细胞具有更有利的杀伤选择性。

2.3 体内抗癌活性

基于体外结果，研究人员对TRG进行了体内评价。在DEN诱导的大鼠HCC模型中，TRG（特别是10 mg/kg剂量组）显著降低了肝脏重量、结节发生率及结节数量。生化指标显示，TRG能剂量依赖性地逆转DEN引起的总胆红素(TB)、天门冬氨酸氨基转移酶(AST)、丙氨酸氨基转移酶(ALT)及甲胎蛋白(α-FP)等血清标志物的升高。在氧化应激层面，TRG恢复了谷胱甘肽S-转移酶(GST)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)、超氧化物歧化酶(SOD)及还原型谷胱甘肽(GSH)的水平，并降低了脂质过氧化(LPO)。此外，TRG显著下调了细胞色素P450活性及髓过氧化物酶(MPO)水平，同时降低了血清中肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素-1β(IL-1β)等促炎因子，提升了抗炎因子IL-10水平。免疫组化结果显示，TRG减少了Bcl-2、环氧合酶-2(COX-2)及诱导型一氧化氮合酶(iNOS)阳性细胞的比例，表明其能抑制肿瘤相关存活信号与炎症激活。

2.4 神经保护特性

2.4.1 CAD与MO3.13细胞模型效应

细胞毒性预实验显示TRG对神经细胞的毒性高于TAU。在C2-神经酰胺诱导的损伤模型中，TAU表现出更强且更持久的保护作用。在CAD细胞中，10 μmol/L TAU处理6小时可使细胞活力恢复至86.7%；在MO3.13细胞中，同剂量TAU处理24小时可使细胞活力提升至91.03%，显著优于TRG的保护效果。

2.4.2 分子对接模拟与机制探讨

分子对接结果显示，TRG与Keap1的Kelch结构域结合能为?6.1 kcal/mol，可能通过与Arg415、Ser508等残基相互作用干扰Nrf2通路；TAU与Caspase-3催化裂隙的结合能为?4.5 kcal/mol，可能通过Arg207、Gln161等残基发挥抗凋亡作用。

讨论与结论

研究人员指出，尽管TRG与TAU并非新结构，但其源自海洋海绵的活性验证拓展了药用资源。TRG在体内外均表现出显著的抗HCC潜力，其机制可能与调节氧化应激及炎症相关，而非单纯的细胞毒性。TAU则在神经保护方面展现出优于TRG的稳定性，其对抗神经酰胺诱导的细胞凋亡的作用值得深入探索。分子对接为两者的作用靶点提供了结构生物学依据。然而，研究也存在局限，如未与市售标准品进行活性对比，缺乏靶点结合的生化验证，且未考察两化合物的联合用药效应。总体而言，该研究支持将TRG作为抗增殖候选分子、TAU作为神经保护候选分子推进后续研究，强调了海洋天然产物在药物发现中的持续价值。该论文发表于《Journal of Taibah University for Science》。