地衣 Parmotrema perlatum 的衍生物成分作为天然代谢调节因子:通过整合生物活性、分子对接和模糊逻辑技术,为开发功能性绿茶饮料提供机制层面的见解

《Food Chemistry》:Lichen Parmotrema perlatum derived constituents as natural metabolic interveners: mechanistic insights based on integration of bioactivities, molecular docking and fuzzy logic to develop a functional green tea beverage

【字体: 时间:2026年01月25日 来源:Food Chemistry 9.8

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  本研究以 Parmotrema perlatum 地衣甲醇提取物(MLE-PP)为对象,通过抑制酶动力学、荧光分析及 LC-HRMS 鉴定其非竞争性抑制脂酶及协同抑制α-淀粉酶/葡萄糖苷酶的作用机制,并证实其活性成分。通过模糊逻辑感官评价确定 MLE-PP 与绿茶 1:1 混合最佳比例,开发新型功能性饮料,为代谢疾病干预提供天然替代方案。

  
Rupsa Roychowdhury | Rekha S. Singhal
食品工程与技术系,化学技术研究所,Nathalal Parekh Marg,Matunga (E),孟买,马哈拉施特拉邦 - 400019,印度

摘要

肥胖率的上升迫切需要针对关键消化酶的天然代谢干预措施。本研究探讨了从地衣Parmotrema perlatum中提取的物质的功能特性,该提取物通过甲醇提取(1:4 w/v,4°C)获得,然后通过液-液分离和真空干燥(MLE-PP)进行纯化,重点研究了其对脂肪酶的抑制作用以及对α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的次要影响。MLE-PP表现出剂量依赖性的非竞争性脂肪酶抑制作用,荧光测定证实了酶在结合过程中的构象变化。LC-HRMS分析显示其中含有具有抗氧化、降脂和抗糖尿病潜力的酚酸、萜类化合物和其他生物活性物质。分子对接进一步验证了这些植物成分在催化位点和别构位点的结合能力。为了将其整合到日常饮食中,将真空干燥的MLE-PP配制成绿茶冲剂。后处理后确认了其生物活性,基于模糊逻辑的感官评估表明1:1的GT-MLE-PP混合物是最优选择,因为它既具有良好的可接受性,又具有强效的脂肪酶抑制作用。总体而言,MLE-PP显示出作为促进代谢健康的功能性饮料的生物活性成分的潜力。

引言

非传染性代谢疾病(尤其是肥胖症和2型糖尿病(T2DM)的发病率不断增加,已成为一个严重的全球健康问题,这一趋势因城市化加速、久坐行为以及饮食向高能量、低营养食品的转变而加剧(Ahmed & Mohammed, 2025; Hossain, Al-Mamun, & Islam, 2024)。世界卫生组织估计,全球有超过19亿成年人超重,其中8.9亿人被归类为肥胖。这种流行病不仅增加了心血管疾病和脂肪肝的风险,还与2型糖尿病(T2DM)密切相关。这两种慢性疾病在病理生理学上有许多共同点,包括胰岛素抵抗、氧化应激以及脂质和葡萄糖代谢紊乱。它们的共同影响不仅损害了个人健康,也给全球公共卫生系统带来了巨大压力(WHO)。
应对这些问题的主要治疗策略包括抑制脂肪酶以调节饮食中的脂肪摄入,以及抑制淀粉分解酶以调节碳水化合物的吸收(Tucci, Boyland, & Halford, 2010)。脂肪酶负责将膳食中的甘油三酯水解为可吸收的游离脂肪酸和单甘油酯。抑制这种酶可以减少脂肪吸收,从而有助于减肥和降低脂肪沉积,这种方法已通过奥利司他(Orlistat)得到临床验证(Rajan, Palaniswamy, & Mohankumar, 2020)。虽然α-葡萄糖苷酶的抑制主要用于控制2型糖尿病(T2DM)的餐后高血糖,但将其与脂肪酶抑制结合使用可以提供互补或叠加的效果(Li et al., 2025; Tucci et al., 2010)。因此,同时抑制脂肪酶和α-葡萄糖苷酶是一种同时减轻肥胖和高血糖的附加方法。
虽然像奥利司他(脂肪酶抑制剂)和阿卡波糖或伏格列波糖(α-葡萄糖苷酶抑制剂)这样的合成抑制剂已获得临床批准,但它们通常伴随着胃肠道副作用、高成本和较低的长期依从性(Holmb?ck et al., 2020; Limcharoen et al., 2022; Zhang, Wang, Beta, & Dong, 2015)。因此,人们越来越关注基于天然产品的替代品,这些替代品可以提供安全、多方面的解决方案。许多植物来源的化合物,特别是多酚、黄酮类、皂苷、萜类和生物碱,已被证明对这两种酶具有抑制作用(Kashtoh & Baek, 2022; Rajan et al., 2020)。许多植物提取物(例如Curcuma longaMorus albaPiper longumEuphorbia spAdiantum capillusLimonium contortirameumNelumbo nucifera)在体外实验中显示出强烈的双重抑制效果,有时甚至优于标准药物,改善了临床前模型中的脂质和碳水化合物代谢(Birari & Bhutani, 2007; Foddai et al., 2014; Kasabri et al., 2017; Sun et al., 2012)。
地衣是真菌与藻类或蓝细菌的共生体,是化学多样性丰富但尚未充分研究的生物活性代谢物的来源,如酚类、缩酮苷、缩酮酮和多酮类,这些化合物具有已记录的酶抑制特性(Kekuda, Lavanya, & Rao, 2011)。一些地衣种类表现出显著的α-葡萄糖苷酶抑制作用,其中化合物如甲基奥尔塞林酸(methylorsellinate)、泽林酸(zeorin)、塞基卡酸(sekikaic acid)和乌斯尼克酸(usnic acid)的IC??值与合成抑制剂相当(Thadhani & Karunaratne, 2017)。然而,只有少数地衣,包括ParmotremaRamalinaCladoniaUsnea baileyiXanthoria parietina在这方面的研究较为深入(Abdella et al., 2025; Do et al., 2024)。尽管地衣对脂肪酶的抑制作用报道较少,但最近来自红树林和极地物种的研究结果表明其具有潜在价值(Maduranga, Attanayake, Santhirasegaram, Weerakoon, & Paranagama, 2018; Seo et al., 2009)。
虽然许多地衣种类传统上被用作食物和药物,但在喜马拉雅山脉、西藏、中国和北极地区的土著社区的民族医学实践中,地衣茶或煎剂特别用于管理代谢和消化系统疾病(Crawford, 2019; Poulsen-Silva, Gordillo-Fuenzalida, Atala, Moreno, & Otero, 2023)。例如,印度和中国的喜马拉雅部落使用Lethariella spThamnolia spUsnea sp制备促进健康的煎剂来处理消化问题、感染和代谢紊乱,而在冰岛使用Cetraria islandica,在纳米比亚使用Xanthoparmelia sp来制作地衣茶以缓解呼吸系统和胃肠道问题(Crawford, 2019; Yang, Devkota, Wang, & Scheidegger, 2021)。尽管这些传统做法具有丰富的文化价值,但它们大多尚未通过现代药理学框架得到验证。
与此同时,绿茶(Camellia sinensis)作为一种饮料在全球范围内广受欢迎,具有公认的抗氧化、抗肥胖和抗糖尿病作用。儿茶素,尤其是表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG),已被证明可以调节脂质代谢、提高胰岛素敏感性、降低餐后血糖,并抑制脂肪酶和葡萄糖苷酶——使绿茶成为代谢健康干预中的多功能食品成分(Chantre & Lairon, 2002; Liu, Ai, Qu, Chen, & Ni, 2017)。
在这项工作中,我们提出了一种创新的功能性饮料开发策略,通过结合地衣提取物和绿茶的复合冲剂来实现双重酶抑制效果。这种配方利用了地衣的传统用途和代谢益处,同时绿茶提升了风味和消费者吸引力,并符合其促进健康的特性。这种茶包提供了一种新颖且方便的给药形式,满足了市场对有效且易于获取的功能性饮料的需求。据我们所知,这是首次报道标准化地衣-绿茶冲剂配方,能够同时抑制脂肪酶和肠道α-葡萄糖苷酶。酶抑制作用通过分子对接和体外测定进行了验证,随后通过动力学研究阐明了抑制机制。基于ANS的荧光分析用于探究酶-提取物相互作用中的构象变化,LC-HRMS用于鉴定潜在的生物活性物质。这项研究通过展示地衣-绿茶冲剂的脂肪酶抑制作用和抗糖尿病功能,推进了基于天然产品的代谢干预措施。通过结合民族医学知识和现代分析方法,我们提出了一种可行的、富含生物活性的解决方案,用于管理肥胖和2型糖尿病。

材料

α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶和脂肪酶酶,以及测定标准p-硝基苯基棕榈酸酯(pNPP)和p-硝基苯基-α-D-葡萄糖吡喃糖苷(pNPG)从Sisco Research Laboratories(SRL,孟买,印度)购买。DPPH和ABTS试剂来自Molychem(印度),没食子酸和淀粉来自HiMedia(印度),COX和NOX测定试剂来自Cayman Chemical(美国)。地衣Parmotrema perlatum(Dagad Phool)采集自印度马哈拉施特拉邦的Western Ghat地区,绿茶

使用LC-HRMS对MLE-PP的植物化学分析

Parmotrema perlatum提取物(MLE-PP)的高分辨率LC-MS分析显示,其代谢物谱系结构多样,包含酚酸、糖基化环醇、萜类化合物、磺化两亲分子和其他生物活性小分子(图S1,表S1)。值得注意的是,其中几种化合物具有营养保健和药理相关性,支持了该提取物的功能潜力。
例如香草酸(-168.04)和茚酚类化合物

结论

本研究证明了通过甲醇提取的Parmotrema perlatum提取物(MLE-PP)作为一种多功能生物活性物质的潜力,它对脂肪酶和α-葡萄糖苷酶具有抑制作用,这两种酶在脂肪和碳水化合物代谢中起着关键作用,其中重点关注脂肪酶。酶动力学研究表明,脂肪酶的抑制方式为非竞争性抑制,这一点得到了ANS荧光测定的支持,表明脂肪酶发生了构象变化和碰撞淬灭

CRediT作者贡献声明

Rupsa Roychowdhury:撰写原始草稿、可视化处理、验证、软件使用、方法设计、研究实施、资金获取、数据分析、概念构思。Rekha S. Singhal:审稿与编辑、验证、监督、资源协调、项目管理、方法设计、概念构思。

伦理声明

感官评估遵循国家和机构指南进行。由于研究所没有正式的伦理委员会审批流程,因此通过研究主管和系主任的书面许可获得了伦理豁免。所有程序均符合公认的伦理规范,包括自愿参与、充分披露研究要求和风险、口头知情同意

未引用的参考文献

世界卫生组织(WHO),2025

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

作者感谢全印度技术教育委员会(AICTE)提供的ADF奖学金(ID: S202120)。作者感谢SAIF、IIT Bombay提供的LC-MS分析支持,以及ICT Mumbai药学科学与技术系提供的Jasco RF-6000荧光分光光度计。
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