紫丹属植物Strobilanthes pulneyensis叶提取物的微量化学成分谱分析及生物活性关联研究：基于GC-MS、FTIR及分子对接（Molecular Docking）的方法

《Kuwait Journal of Science》：Comprehensive microchemical profiling and bioactivity correlation of Strobilanthes pulneyensis leaf extract: A GC-MS, FTIR, and molecular docking approach

　　

摘要：本研究对爵床科（Acanthaceae）紫丹属植物Strobilanthes pulneyensis叶片提取物的植物化学成分组成及药理活性进行了系统评价。叶片提取物定量分析显示总酚含量（Total Phenolic Content, TPC）高达272.2 ± 0.6 mg GAE/g，总黄酮含量（Total Flavonoid Content, TFC）为151.0 ± 1.0 mg RE/g，表明其富含具有生物活性的次生代谢产物。气相色谱-质谱联用（Gas Chromatography-Mass Spectrometry, GC-MS）分析鉴定出25种主要植物成分，以正十六烷酸（n-Hexadecanoic acid）和甘油（Glycerin）为主；傅里叶变换红外光谱（Fourier Transform Infrared Spectroscopy, FTIR）确认了与酚类、羧基及烯键相关的15种官能团。该提取物表现出显著的抗菌活性，尤其对金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）（抑菌圈17 ± 0.1 mm）和大肠杆菌（Escherichia coli）（抑菌圈15 ± 0.3 mm）。抗氧化实验显示较强的自由基清除能力：2,2-二苯基-1-苦基肼（2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl, DPPH）抑制率61.5%、2,2'-联氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)（2,2′-azino-bis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid), ABTS）59.1%、过氧化氢（Hydrogen Peroxide, H2O2）56.2%及铁离子还原力（Ferric Reducing Antioxidant Power, FRAP）55.3%。此外，提取物显示出明显的抗炎效应，蛋白变性抑制率为62.5%，红细胞膜稳定率为68.4%。对人皮肤癌细胞A431的抗增殖研究显示生长抑制率达59.9%。分子对接（Molecular Docking）进一步表明其主要成分与表皮生长因子受体（Epidermal Growth Factor Receptor, EGFR）具有较强的结合亲和力，提示其可能的抗癌作用机制。本研究的新颖性在于首次阐明S. pulneyensis作为兼具抗菌、抗氧化、抗炎及抗癌活性生物活性化合物的潜在来源，并结合体外药理实验及毒性评估予以支持，强调其在生物医学应用中的潜力。

《Strobilanthes pulneyensis叶提取物的微量化学成分谱分析及生物活性关联研究——基于GC-MS、FTIR及分子对接的解读》

本研究围绕爵床科（Acanthaceae）紫丹属（Strobilanthes）植物Strobilanthes pulneyensis（Gamble）展开。尽管同属多个物种已被报道具有抗氧化、抗菌、抗炎及抗癌活性，但分布于印度西高止山脉Palani山的S. pulneyensis尚无系统的植物化学及药理学研究。鉴于皮肤癌发病率上升及现有疗法副作用大、耐药菌增多等问题，研究人员希望通过植物化学成分谱分析与多模型生物活性检测，明确该植物是否含有具备多重生物活性的次生代谢产物，并通过分子对接初步探讨其抗皮肤癌的可能靶点（EGFR），为该植物在天然药物开发中的应用提供实验依据。该研究成果发表于《Kuwait Journal of Science》。

主要关键技术方法： 研究人员采集自印度泰米尔纳德邦Kolli Hills经植物学鉴定的S. pulneyensis新鲜叶片，阴干粉碎后用甲醇索氏提取制得粗提物。采用标准定性显色法筛查植物化学成分；福林-酚法（Folin-Ciocalteu Method）测定总酚（TPC，以mg GAE/g表示）、硝酸铝比色法测定总黄酮（TFC，以mg RE/g表示）；GC-MS（Shimadzu GCMS-QP2020，SH-Rxi-5Sil MS柱，NIST 2017库比对）鉴定挥发性及半挥发性成分；FTIR（PerkinElmer System 2000，KBr压片，400–4000 cm^?1）分析官能团。抗菌活性采用纸片扩散法（Disc Diffusion Method）检测对金黄色葡萄球菌（Gram-positive）和大肠杆菌（Gram-negative）的抑菌圈；抗氧化活性分别通过DPPH自由基清除、ABTS⁺阳离子脱色、H₂O₂清除及FRAP实验评价；抗炎活性采用牛血清白蛋白（Bovine Serum Albumin, BSA）热变性抑制实验和人红细胞膜稳定（Human Red Blood Cell Membrane Stabilization, HRBC Membrane Stabilization）实验；抗增殖活性选用A431人表皮样癌细胞株，MTT法测定细胞活力并计算IC₅₀；分子对接以AutoDock Tools处理EGFR酪氨酸激酶结构域（PDB: 1M17）及GC-MS鉴定出的4种主要配体（n-Hexadecanoic acid、Trimethylsilyl ethaneperoxoate、Undecane、Glycerin），Lamarckian遗传算法（Lamarckian Genetic Algorithm, LGA）进行对接，Discovery Studio可视化相互作用。统计学采用单因素方差分析（One-way ANOVA）及Dunnett多重比较检验。

研究结果

3.1. Qualitative analysis（定性分析）

初步植物化学筛查证实甲醇提取物中含生物碱（Alkaloids）、黄酮类（Flavonoids）、皂苷（Saponins）、酚类（Phenols）、鞣质（Tannins）、萜类（Terpenoids）、糖苷（Glycosides）、蒽醌（Anthraquinones）及固定油与脂肪，不含类固醇（Steroids）和蛋白质。定量结果显示TPC为272.2 ± 0.6 mg GAE/g，TFC为151.0 ± 1.0 mg RE/g，高于部分已报道的同属物种，提示其富含具抗氧化及抗炎潜力的酚类和黄酮类化合物。

3.2. GC-MS analysis of S. pulneyensis extract（GC-MS分析）

从甲醇提取物中鉴定出25种植物成分，按峰面积占比最高者为n-Hexadecanoic acid（19.39%，RT 20.750 min），其次为Trimethylsilyl ethaneperoxoate（13.07%）、Glycerin（8.40%）及Undecane（8.64%）等。这些成分文献报道具有抗氧化、抗炎、抗菌及抗癌活性，表明提取物为多成分配伍发挥综合生物活性。

3.3. FTIR analysis（FTIR分析）

FTIR谱图中识别出8个特征吸收峰，分别在610.86 cm^?1（C–H 烯烃弯曲）、782.82 cm^?1（C–C 烷基卤伸展）、1405.68及1480.67 cm^?1（C–H 胺类弯曲）、1630.63 cm^?1（C=O 不饱和酯伸展）、2102.53及2896.35 cm^?1（C–H 烯烃伸展）、3433.23 cm^?1（N–H 胺/酰胺伸展），证实提取物中存在烯烃、烷基卤、胺、酰胺及酯等官能团，与酚类和脂肪酸类成分相符。

3.4. Antibacterial activity（抗菌活性）

甲醇提取物对金黄色葡萄球菌抑菌圈达17 ± 0.1 mm（75 μg/mL），对大肠杆菌为15 ± 0.3 mm（75 μg/mL），均呈浓度依赖性，且革兰氏阳性菌更敏感，可能与革兰氏阴性菌外膜屏障有关，阳性对照链霉素（Streptomycin, 25 μg/disc）分别为20 ± 0.3 mm和19 ± 0.3 mm。

3.5. In-vitro antioxidant activity（体外抗氧化活性）

DPPH实验500 μg/mL时清除率61.5%（IC₅₀约357.75–403.77 μg/mL）；ABTS实验最大清除率59.1%（IC₅₀约357.81–423.79 μg/mL）；H₂O₂清除率峰值56.2%（IC₅₀约387.89–436.27 μg/mL）；FRAP还原力55.3%（IC₅₀约370.02–439.41 μg/mL），均呈剂量依赖性，表明提取物具较强自由基中和及还原能力。

3.6. In-vitro anti-inflammatory activity（体外抗炎活性）

BSA变性抑制实验500 μg/mL时抑制率62.5%（IC₅₀约347.75–422.53 μg/mL）；HRBC膜稳定实验500 μg/mL时稳定率68.4%（IC₅₀约303.94–335.19 μg/mL），提示提取物可通过稳定蛋白及细胞膜发挥抗炎作用。

3.6.3. Anti-proliferative effect on A431 cells（A431细胞抗增殖作用）

MTT实验显示提取物对A431细胞呈剂量依赖性抑制，IC₅₀为182.67 μg/mL，100 μg/mL浓度下细胞活力降低59.9%，提示其具抗皮肤癌细胞增殖潜能。

3.7. Molecular docking analysis（分子对接分析）

将GC-MS鉴定出的四种主要成分配体与EGFR酪氨酸激酶（EGFR-TK, PDB:1M17）对接，结合自由能范围为?3.49 ~ ?5.68 kcal/mol。其中Trimethylsilyl ethaneperoxoate结合最佳（?5.68 kcal/mol），与Thr766（2.00 ?）和Thr830（1.94、2.45 ?）形成氢键并与Met742发生烷基相互作用；n-Hexadecanoic acid主要靠与Val702、Ala719、Lys721、Met742、Leu764、Leu768、Met769、Gly772、Leu820的烷基相互作用（结合能?4.68 kcal/mol，最优构象）；Undecane仅靠疏水烷基作用；Glycerin则形成多个常规氢键（Asp746、Asn747、Val750、Arg752、Lys828等）。结果表明所测成分可进入EGFR-TK活性口袋并形成稳定相互作用，尤以Trimethylsilyl ethaneperoxoate最具前景。

讨论与结论总结

研究人员讨论指出，S. pulneyensis的高TPC（超已报道的S. glutinosus）是抗氧化、抗菌及抗炎活性的重要物质基础；GC-MS鉴定出的长链脂肪酸及其衍生物可通过膜扰动及信号通路调节产生多重生物效应，与同属其他药用种具共有化学分类学特征；FTIR确认的酚、羧酸及胺类官能团支持上述活性；抗菌谱覆盖革兰氏阳/阴性菌；四种体外抗氧化模型一致显示强清除与还原能力；炎症模型中可抑制蛋白变性及红细胞溶解；A431细胞抗增殖作用与EGFR过表达特征相符，分子对接揭示主要成分可与EGFR-TK活性中心残基（如Thr766、Thr830、Met769、Lys721等）发生氢键或烷基作用，其中Trimethylsilyl ethaneperoxoate亲和力最强，为后续先导化合物发现提供依据。但对接能尚低于临床EGFR抑制剂，需进一步酶活及体内验证。

结论（翻译）：

本研究表明，S. pulneyensis甲醇叶提取物因含有多种生物活性植物化学成分而具显著药理潜力。初步植物化学筛查证实含生物碱、黄酮类、酚类、鞣质、萜类、糖苷、蒽醌及固定油与脂肪，高TPC和TFC支持其抗氧化组成。GC-MS鉴定出25种生物活性成分（含n-Hexadecanoic acid、Trimethylsilyl ethaneperoxoate及Glycerin），FTIR揭示胺、酰胺、酯及烯键等多官能团。生物学实验证实其对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具明显抗菌作用；具剂量依赖性强DPPH、ABTS、H₂O₂清除力及FRAP还原力；可显著抑制BSA变性（62.5%）及稳定红细胞膜（68.4%）；对A431皮肤癌细胞具抗增殖活性（IC₅₀= 182.67 μg/mL，100 μg/mL时抑制59.9%）。分子对接显示选定成分可通过疏水及氢键作用与EGFR-TK活性位点结合，支持其潜在抗癌机制。综上，S. pulneyensis是具多功能治疗潜力的天然生物活性化合物来源，后续需开展单体分离、机制深入探究、毒性评价及体内实验以确立其药物开发价值。