三种土耳其产鼠尾草属(Teucrium)植物生物活性及金属结合特性的比较评价

《Food Biophysics》：Comparative Evaluation of Biological Activities and Metal-binding Properties of Three Teucrium Species from Türkiye

　　

本研究旨在比较评价自土耳其产白花香科(Teucrium polium, TPE)、东方香科(Teucrium orientale, TOE)及土耳其香科(Teucrium turcicum, TTE)叶中获得的富含酚类提取物之植物化学组成、生物活性及金属结合特性。采用分光光度法与生物分析法测定总酚含量(total phenolic content, TPC)、抗氧化活性(antioxidant activity)、α-葡萄糖苷酶(α-glucosidase)抑制效应、抗菌活性及体外细胞毒性(cytotoxicity)。此外，通过傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR)、紫外-可见光谱(ultraviolet–visible spectroscopy, UV–Vis)、荧光猝灭(fluorescence quenching)及Job's plot分析考察金属–提取物相互作用与络合物形成行为。供试提取物中，TPE总酚含量最高(39.43 mg GAE/L)，且具最强抗氧化活性(DPPH EC50= 2.70 mg/mL)，其对α-葡萄糖苷酶的IC50值为6.88 mg/mL。抗菌实验中TOE对变形链球菌(Streptococcus mutans)与大肠杆菌(Escherichia coli)抑制最强。光谱分析显示TTE与TPE选择性结合Hg2+，TOE选择性结合Cu2+；荧光猝灭与Job's plot证实提取物与目标金属离子按1∶1计量比形成络合物。细胞毒性实验显示提取物对HT-29与CaCo-2结直肠癌细胞系呈浓度依赖性抑制，HT-29细胞IC50分别为TPE 178.4 μg/mL、TTE 192.6 μg/mL、TOE 261.3 μg/mL；CaCo-2细胞相应IC50为134.8 μg/mL、148.5 μg/mL、207.4 μg/mL；L929成纤维细胞存活率相对较高。FTIR提示羟基及含芳香氧官能团主导金属配位与络合物稳定。综上，富含酚类的香科属(Teucrium)提取物兼具多重生物活性与选择性金属结合能力，在自然源生物活性物质及传感(sensing-related)应用研究中具开发潜力。

论文解读：《三种土耳其产Teucrium物种生物活性及金属结合特性的比较评价》

唇形科(Lamiaceae)筋骨草亚科(Ajugoideae)中的香科属(Teucrium，又称糙苏属/臭草属)在全球约有300余种，土耳其境内分布35个分类群，其中16种为当地特有，如Teucrium turcicum。该属植物传统上被用作草药，已有研究表明其富含黄酮类与酚酸而具抗氧化、抗菌及降糖等潜力，但针对土耳其特有种T. turcicum与T. orientale在植物化学成分、生物活性及金属结合行为方面的系统性比较研究仍较匮乏。与此同时，植物多酚可通过羟基、羧基等与重金属离子配位，产生荧光猝灭或吸收位移，被视为环境友好型重金属传感器的候选材料。因此，研究人员整合生物活性筛选与光谱学金属结合分析，首次对T. polium（白花香科，TPE）、T. orientale（东方香科，TOE）及土耳其特有T. turcicum（TTE）三种土耳其产香科属植物的80%甲醇叶提取物进行比较研究，以阐明其酚类组成–生物活性–金属螯合能力间的关系，并探讨其在天然药物及光学传感中的应用前景。该论文发表于《Food Biophysics》。

主要关键技术方法：

研究人员于土耳其梅尔辛省采集T. turcicum与T. polium，卡腊曼省采集T. orientale，经分类学家鉴定后制备80%（v/v）甲醇摇床浸提粗提物。采用福林-酚法(Folin–Ciocalteu method)测总酚含量(total phenolic content, TPC, mg GAE/L)；DPPH与ABTS自由基清除法测抗氧化活性(EC₅₀)；p-硝基苯基-α-D-吡喃葡萄糖苷(p-nitrophenyl-α-D-glucopyranoside, pNPG)底物法测α-葡萄糖苷酶(α-glucosidase)抑制(IC₅₀)；微量稀释法(microdilution method)与纸片扩散法(disk diffusion method)测最小抑菌浓度(minimum inhibitory concentration, MIC)及对金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus ATCC 29213)、变异链球菌(Streptococcus mutans ATCC 700610)、大肠杆菌(Escherichia coli ATCC 25922)、肠炎沙门氏菌(Salmonella enteritidis ATCC 13076)的抑菌圈；MTT法测人结肠癌细胞HT-29、CaCo-2及小鼠成纤维细胞L929的细胞活力并计算IC₅₀；UV–Vis与荧光光谱(激发260 nm，检测480–800 nm，重点640–720 nm)考察与Hg²⁺、Cu²⁺、Fe³⁺、Zn²⁺、Ni²⁺、Mn²⁺、Pb²⁺、Ag⁺、Al³⁺、Na⁺的相互作用；荧光滴定求结合常数与检出限(limit of detection, LOD)；Job's plot确定络合计量比；傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR, 4000–400 cm^?1)解析配位官能团。

研究结果

Phenolic Content, Antioxidant Activity, and α-Glucosidase Inhibition of Extracts（提取物的酚含量、抗氧化活性及α-葡萄糖苷酶抑制作用）

研究人员测定三种提取物总酚含量(TPC)分别为TPE 39.43 mg GAE/L、TTE 33.26 mg GAE/L、TOE 7.22 mg GAE/L。DPPH自由基清除EC₅₀为TPE 2.70 ± 0.26 mg/mL、TTE 3.02 ± 0.09 mg/mL、TOE 9.26 ± 0.17 mg/mL；ABTS法EC₅₀为TTE 44.72 ± 0.89 mg/mL与TPE 45.58 ± 0.91 mg/mL（无显著差异，p > 0.05），TOE活性最弱。α-葡萄糖苷酶抑制IC₅₀为TPE 6.88 mg/mL最优，TTE 26.9 mg/mL较弱，TOE未表现明显抑制。结论：T. polium因富含黄酮与酚酸具最高酚含量、最强DPPH清除力及α-葡萄糖苷酶抑制；T. turcicum具中等抗氧化但酶抑制弱，提示酶抑制取决于酚类质构而非仅总量；T. orientale因低酚含量整体生物活性偏低。

Antibacterial Activity of Extracts（提取物的抗菌活性）

研究人员通过36 h生长曲线监测与纸片扩散法评估四种病原菌。生长动力学显示总体抑菌强弱顺序为TPE > TTE > TOE；TPE与TTE对E. coli、S. aureus、S. mutans明显抑制，TOE较弱；S. enteritidis耐受性最强但仍被TPE部分抑制。纸片扩散抑菌圈直径24.55–43.44 mm，各提取物平均25–30 mm。结论：T. polium甲醇提取物具广谱革兰氏阳性与阴性菌抑制能力，与高总酚及芹菜素(apigenin)、木犀草素(luteolin)衍生物相关；生长曲线与琼脂扩散差异源于介质扩散性与膜通透性不同。

Cytotoxic Effects of Extracts on Colorectal Cancer Cell Lines（提取物对结直肠癌细胞系的细胞毒效应）

研究人员以MTT法检测浓度梯度下细胞活力。HT-29细胞中400 μg/mL时TPE与TTE将活力降至约30%，TOE高于40%；IC₅₀(HT-29)为TPE 178.4 μg/mL、TTE 192.6 μg/mL、TOE 261.3 μg/mL。CaCo-2细胞更敏感，IC₅₀(CaCo-2)为TPE 134.8 μg/mL、TTE 148.5 μg/mL、TOE 207.4 μg/mL。正常L929成纤维细胞400 μg/mL下存活率均 > 70%（TPE约72%）。结论：三种提取物对结直肠癌细胞呈浓度依赖性细胞毒性且对正常细胞选择性较低毒，其中TPE与TTE抗增殖潜力更强，CaCo-2敏感性高于HT-29。

Detection of Hg²⁺and Cu²⁺ions by Fluorescent Spectral Studies（基于荧光光谱的Hg²⁺与Cu²⁺离子检测）

研究人员向提取物(0.1 μM)加入各类金属离子(20 eq)，发现TTE与TPE在640–720 nm区被Hg²⁺显著猝灭荧光，TOE被Cu²⁺猝灭("turn-off"响应)。滴定显示荧光强度随目标离子浓度升高线性下降(R²= 0.94–0.96)，TTE–Hg²⁺体系斜率最大(k = 660)、检出限最低(LOD = 0.10 μM)。竞争实验加入10倍干扰离子不影响目标离子引起的荧光变化。结论：TTE/TPE对Hg²⁺、TOE对Cu²⁺具高选择性荧光猝灭响应与良好抗干扰性，可发展为重金属荧光传感体系。

Detection of Hg²⁺and Cu²⁺ions by the UV–Vis Spectral Studies（基于紫外-可见光谱的Hg²⁺与Cu²⁺离子检测）

研究人员记录200–800 nm UV–Vis谱，Cu²⁺使TOE于~600 nm出现新吸收带，Hg²⁺使TTE与TPE于~650 nm出现新吸收带，其余离子无此变化并伴肉眼可见颜色改变。滴定中对应峰吸光度随金属离子递增而规律性下降。Job's plot最大吸收位于摩尔分数0.5，证明提取物–金属离子均为1∶1配位比。结论：三种香科属提取物可充当裸眼(naked-eye)比色探针选择性识别Cu²⁺(TOE)与Hg²⁺(TTE/TPE)，且形成稳定的1∶1金属–酚类络合物。

FTIR分析

研究人员对比加金属前后FTIR谱图，O–H伸缩振动区(3200–3400 cm^?1)峰形变宽及强度变化表明酚羟基参与配位；1600–1400 cm^?1（芳香C=C与C=O）及1200–1000 cm^?1（C–O伸缩）亦偏移，指纹区(< 800 cm^?1)出现新峰。结论：提取物中酚类化合物的邻二羟基/羟基及芳香环π电子体系通过氧供体原子与Hg²⁺/Cu²⁺配位形成螯合络合物，此机制支撑上述荧光猝灭与UV–Vis位移现象。

讨论与结论总结

研究人员指出，T. polium在总酚、DPPH清除及α-葡萄糖苷酶抑制上最优，与其已知黄酮/酚酸谱相符；T. turcicum虽具较高酚量但特定酶抑制弱，反映定性成分差异的重要性；T. orientale因低酚量活性有限。三种提取物对HT-29与CaCo-2呈剂量依赖毒性而对L929相对安全，暗示选择性作用待进一步凋亡机制探究。光谱学证据表明TTE/TPE专一性结合Hg²⁺、TOE专一性结合Cu²⁺，形成1∶1络合物，配位中心为酚羟基及芳香含氧基团。此为首次报道这三种香科属物种金属离子相互作用及传感潜力的比较研究。综上所述，土耳其产富含酚类的Teucrium属植物提取物同时具备抗氧化、α-葡萄糖苷酶抑制、抗菌、选择性结肠癌细胞毒及重金属选择性结合与荧光/比色响应多重功能，其酚类组成直接关联生物活性与金属螯合能力，在天然源药理先导物筛选及食品/环境安全光学重金属传感器开发方面具潜在应用价值。