《食品科学》：南昌大学万茵教授等：平卧菊三七提取物降尿酸活性的物质基础分析
《食品科学》：南昌大学万茵教授等：平卧菊三七提取物降尿酸活性的物质基础分析
高尿酸血症是一种常见的代谢性疾病，目前的药物治疗存在副作用大的问题。近年来，利用天然产物降尿酸成为研究热点。平卧菊三七（Gynura procumbens）是一种传统中药材，具有通经活络、消肿止痛、消炎止咳等多种药用价值。南昌大学的研究团队对其提取物的降尿酸活性进行了系统研究，发现了705种差异代谢物，涉及252条代谢途径，证实了平卧菊三七提取物的降尿酸效果，为降尿酸活性物质制备和功能食品开发提供了理论依据。
不同体积分数乙醇提取对平卧菊三七体外活性及总有效成分类含量的影响
不同体积分数醇提可显著改变提取物的XOD抑制活性、超氧阴离子自由基清除能力，总酚、总黄酮、总三萜、总有机酸和总糖的含量（表1）。随着提取的乙醇体积分数升高，GW、GT、GS提取物中总三萜含量依次升高，总糖含量依次降低，而总酚、总黄酮和总有机酸则先升高后降低。其可能原因是平卧菊三七总三萜的极性与70%的乙醇溶液极性更接近，根据相似相溶原理，三萜类物质在此时能相对更多地从固体载体中转移到溶液中，而平卧菊三七总酚、总黄酮和总有机酸极性则更接近于30%的乙醇溶液极性，且高乙醇体积分数会使平卧菊三七中的醇溶性和脂溶性杂质竞争性溶出，导致提取的酚类、黄酮类和有机酸类物质的总含量降低。多糖分子中有大量羟基，具有亲水性，因而含量随着乙醇体积分数增加而降低。通过体外XOD抑制活性及超氧阴离子自由基清除实验对不同提取物的XOD抑制能力和抗氧化能力进行表征。根据Spearman相关性分析，总酚、总黄酮和总有机酸含量与XOD抑制能力及超氧阴离子自由基清除能力呈正相关。其中总酚含量与超氧阴离子自由基清除能力呈极显著正相关（P＜0.01），相关性系数为0.814；总黄酮含量与XOD抑制活性呈极显著正相关（P＜0.01），相关性系数为0.991；总有机酸含量与XOD抑制活性呈显著正相关（P＜0.05），相关性系数为0.709。实验室前期结果表明平卧菊三七多糖无XOD抑制效果，GW组中多糖组分占比较高导致其他有效成分占比降低，可能是其XOD抑制活性低于其他两组的原因之一。
非靶向代谢组学分析
为进一步表征不同体积分数乙醇的提取物之间的差异物质和共同物质，采用UPLC-MS/MS方法对提取物进行非靶向代谢组学分析。平卧菊三七提取物在正离子和负离子模式下的总离子流图结果见图1。
从样本一级物质列表中寻找差异代谢物，以统计检验中预设的P＜0.05和VIP＞1进行筛选，平卧菊三七提取物样品共鉴定出10 类705 种分子（图2），其中包括有机酸94 种、脂质类86 种、氨基酸及其衍生物74 种、酚及酚酸类73 种、糖及醇类71 种、生物碱38 种、核苷酸及其衍生物36 种、萜类30 种、黄酮及类黄酮28 种、苯丙素类18 种，及其他类157 种，其主要物质类型见表2。
多元统计分析表明不同提取条件的平卧菊三七提取物成分差异性明显，将不同组别间筛选出来的差异组分结果以火山图的形式进行可视化，结果如图3所示。火山图各点代表差异组分，红色为显著上调组分，蓝色为显著下调组分，灰色为非显著差异组分，点的大小代表组分的VIP值。GW vs GT一共有320 种差异组分，主要为有机酸、糖及醇类、酚及酚酸类、氨基酸及其衍生物，其中显著上调有210 种，显著下调有110 种。GW vs GS一共有435 种差异组分，主要为有机酸、脂质类、酚及酚酸类、糖及醇类，其中显著上调有334 种，显著下调有101 种。GT vs GS一共有337 种差异组分，主要为脂质类、酚及酚酸类、有机酸、氨基酸及其衍生物，其中显著上调有290 种，显著下调有47 种。
进一步通过K-Means算法聚类分析对不同极性提取溶剂条件下平卧菊三七提取物组成的动态变化进行概述。对所有705 个差异代谢物进行评估后识别出了9 种表达模式（图4）。其中Cluster3随提取溶剂极性降低呈上升趋势，主要是有机酸类物质、核苷酸及其衍生物和糖类。其中占比较高的Cluster6和Cluster8随提取溶剂极性降低呈下降趋势，主要是有机酸、氨基酸及其衍生物、糖及醇类和脂质。此外，Cluster2、4和7在30%乙醇提取物中呈现最高含量，主要包含脂质类、氨基酸及其衍生物、糖及醇类和酚及酚酸类。其中活性物质包括-亚麻酸、L-谷氨酸、棕榈油酸、异鼠李素、反式阿魏酸、-胡萝卜素、烟酸、共轭亚油酸、D-氨基葡萄糖酸、柚皮素、蒲公英萜醇、芹菜素、(＋)-没食子儿茶素、绿原酸、香叶木素等物质。显著上调类物质中，GW vs GT组以酚及酚酸类为主，GT vs GS组以酚及酚酸类和糖及醇类为主，显著下调类物质以有机酸为主，其中也有多个脂质类和氨基酸及其衍生物发生变化。
代谢物与体外实验表征的相关性分析
通过Pearson相关性分析研究差异代谢物物质含量与XOD抑制活性及抗氧化能力的相关性（图5A）。相关性分析结果表明，和超氧阴离子自由基清除能力呈显著正相关的有39 种化合物（图5B），其中包括蒲公英萜醇、共轭亚油酸、1,5-二咖啡酰奎宁酸、柚皮素、菠甾醇等物质。和XOD抑制活性呈显著正相关的差异代谢物质有55 种（图5C），其中包括异鼠李素、反式阿魏酸、4-羟基扁桃酸、-亚麻酸、(＋)-没食子儿茶素、D-氨基葡萄糖酸、前酪氨酸、棕榈油酸、穿心莲内酯等物质。这些物质的存在，很大程度上解释了2.1节中总酚、总黄酮和总有机酸含量与XOD抑制活性及超氧阴离子自由基清除能力呈正相关的现象。
代谢通路富集分析
基于京都基因与基因组百科全书（KEGG）代谢通路对平卧菊三七差异代谢物进行通路富集分析，结果表明，代谢物被富集到252 条代谢途径中，其中32 条代谢途径在不同组别的代谢物组间有显著的影响（P＜0.05），前20 种代谢途径如代谢通路影响因子柱状图6A所示，纵坐标代表代谢通路，横坐标代表富集到不同代谢通路中的Impact值，该值越高，代表该通路下检测到的代谢物贡献度越高，颜色与P值相关，越红P值越小，越蓝P值越大，P值越小，代表检测到的差异代谢物对该通路影响越显著。
GW vs GT vs GS的KEGG富集分析结果以网络图展示（图6B），可以更直观看到代谢物在代谢通路的富集情况。图中蓝色点表示通路，其他点表示代谢物。通路点的大小表示与之相连的代谢物数目，数目越多，点越大。从图中可以看出，植物次生代谢产物的生物合成、ABC转运蛋白、苯丙素类化合物的生物合成、酪氨酸代谢、植物激素的生物合成等代谢通路具有极显著作用，可能是确定平卧菊三七不同提取物之间活性差异的关键。不同组别两两比较的网络图（图6C～E）各有差异，图中与代谢途径相连的差异表达代谢物在关键途径中可能起着至关重要的作用。
降尿酸效果评价
由于水提物XOD抑制活性较低，故选择30%醇提物和70%醇提物，以次黄嘌呤和氧嗪酸钾造模的HUA小鼠模型为基础进行体内降尿酸效果评价，结果如图7所示。5 组小鼠均能正常活动，但给予实验剂量的ALP可能具有较严重的机体副作用，ALP组小体质量相对其他小鼠明显较轻（图7A），且肾脏系数显著高于HUA组（P＜0.01），肝脏系数也比其他组高（图7B），可能与其肝脏抗氧化状态相关。由图7C、D可知，ALP组小鼠血清肌酐和尿素氮水平显著高于HUA组（P＜0.01），体现出ALP对肾脏产生伤害。GT、GS组小鼠体质量趋势正常，肾脏系数及血清肌酐和尿素氮水平的影响与CON组不存在统计学差异，说明平卧菊三七提取物并未引起小鼠脏器质量明显变化，安全可靠。
血清尿酸的浓度变化如图7E所示。与CON组相比，HUA组小鼠血清尿酸显著升高（P＜0.01），表明HUA造模成功，给予30%和70%醇提物后，能不同程度控制HUA小鼠血清尿酸水平的升高，GT组和GS组均显著降低（P＜0.01）。XOD作为尿酸生成过程中的关键酶，本研究也测定了小鼠肝脏中XOD活力（图7F），其中HUA组XOD活性较CON组显著升高（P＜0.01），醇提物组较HUA组均显著降低（P＜0.01），这与血清尿酸结果趋势一致。此外，还测定了小鼠肝脏的CAT、SOD活性以及MDA含量以表征小鼠肝脏的抗氧化状态（图7G～I），结果显示，和CON组相比较，HUA小鼠的肝脏CAT活性显著降低（P＜0.01），MDA含量显著升高（P＜0.01），表明HUA小鼠的肝脏受到了氧化损伤。而提取物的使用可以一定程度减缓肝脏中CAT和SOD活性下降，减少MDA的生成，这可能与提取物的抗氧化作用有关。
不同体积分数乙醇提取对平卧菊三七提取物中总酚、总黄酮、总三萜、总有机酸及总糖含量有影响，其中总酚含量与超氧阴离子自由基清除能力呈极显著正相关（P＜0.01），总黄酮含量与XOD抑制活性能力呈极显著正相关（P＜0.01），总有机酸含量与XOD抑制活性能力呈显著正相关（P＜0.05）。通过非靶向代谢组学技术检测出705 种差异代谢物，涉及252 条代谢途径。在动物实验中，30%醇提物和70%醇提物均可通过降低血清尿酸和抑制肝脏XOD缓解造模小鼠的HUA（P＜0.01），同时一定程度上缓解HUA带来的肝脏氧化损伤。
尿酸生成过多是HUA发生的一大重要原因，XOD是尿酸生成过程的关键酶。在黄嘌呤氧化次黄嘌呤和黄嘌呤从而生成尿酸的过程中，会产生大量超氧阴离子自由基，对机体造成氧化损伤。因此，XOD抑制活性和超氧阴离子自由基清除能力常常作为评价体外降尿酸活性的考察指标。通过查阅文献，发现本研究中与超氧阴离子自由基清除能力和XOD抑制活性呈正相关的物质具有诸多生理功能。蒲公英萜醇能显著抑制活性氧产生和MDA生成，具有抗氧化、抗关节炎的功效。1,5-二咖啡酰奎宁酸具有抗氧化活性，在氧化应激细胞模型中通过刺激星形胶质细胞中的核因子E2相关因子2途径上调谷胱甘肽合成抑制细胞死亡。柚皮素具有显著的XOD和α-葡萄糖苷酶的抑制活性。菠甾醇通过抑制环氧合酶、拮抗辣椒素受体和减弱促炎细胞因子和介质等抗炎机制发挥抗炎作用。异鼠李素具有抗氧化、抗炎及肾脏保护作用，α-亚麻酸不仅为生长、细胞代谢及肌肉运动供能，还通过竞争抑制作用抑制ω-6系不饱和脂肪酸的代谢，增加对应的ω-3系不饱和脂肪酸的代谢产物，从而发挥抗炎等生物调控作用。阿魏酸通过调节尿酸合成、糖脂代谢和肝损伤改善大鼠代谢综合征相关的HUA。(＋)-没食子儿茶素在抗氧化活性测试中被证明具有1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基、羟自由基和过氧亚硝酸根等自由基清除能力。棕榈油酸被证明在人内皮细胞下调单核细胞趋化蛋白-1、白细胞介素（interleukin，IL）-6和环氧合酶2基因表达，降低核因子κB的表达，并上调过氧化物酶体增殖物激活受体-α基因表达从而发挥抗炎作用。这些物质具有丰富生理活性，且在本研究中证实与XOD抑制活性及抗氧化能力呈正相关关系，由此推测这些物质可能是平卧菊三七提取物所具备降尿酸活性的物质基础。
K-Means结果分析显示相较其他提取物，在GT中呈现最高含量的活性物质包括α-亚麻酸、L-谷氨酸、棕榈油酸、异鼠李素、反式阿魏酸、β-胡萝卜素、D-氨基葡萄糖酸、柚皮素、蒲公英萜醇、芹菜素、(＋)-没食子儿茶素、绿原酸、香叶木素等。香叶木素具有超氧阴离子自由基清除能力且呈量效关系，在抗氧化细胞模型中可显著恢复细胞内SOD和CAT等抗氧化酶的活性至正常水平，同时抑制MDA的生成。β-胡萝卜素是常见类胡萝卜素，具有抗氧化功效。α-亚麻酸、棕榈油酸、柚皮素、蒲公英萜醇等物质活性前文均有提及，结合动物实验结果可以看出，GT相较于GS具有更好的肝脏和肾脏保护效果，这一现象可能与前述活性物质的存在相关。
GT vs GS的KEGG富集分析结果中，植物次生代谢产物的生物合成、苯丙素类化合物的生物合成、组氨酸和嘌呤衍生的生物碱的生物合成、咖啡因代谢、cAMP信号通路、苯丙氨酸代谢、氨基酸的生物合成、亚油酸代谢、莽草酸途径来源的生物碱的生物合成、酪氨酸代谢呈现显著影响。在代谢途径中，植物次生代谢物包括多酚、黄酮、生物碱、有机酸等活性物质，物质组成与含量不同对提取物生理活性均有影响。苯丙素类化合物的合成途径中，包括原儿茶酸、咖啡酸、阿魏酸、柚皮素、芹菜素、东莨菪内酯等物质的合成，文献表明这些物质具有良好的抑制XOD活性和抗氧化活性。组氨酸和嘌呤衍生的生物碱的生物合成和咖啡因代谢途径涉及多种嘌呤的代谢，同时ABC转运途径与尿酸在体内的代谢息息相关。cAMP信号在线粒体呼吸链的复合体I活性的调节和活性氧产生的减少中起作用，从而影响细胞氧化应激。蛋白质消化吸收途径涉及赖氨酸、谷氨酰胺、色氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、缬氨酸等物质，其中谷氨酰胺和缬氨酸与抗氧化剂谷胱甘肽的合成相关，赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸等及其代谢物常在尿液代谢组学中被认为是HUA和肾脏损伤的潜在生物标记物。在急性痛风性关节炎模型中，尿酸钠能激活酪氨酸磷酸化，从而激活中性粒细胞和酪氨酸激酶，导致IL-1β、IL-8和IL-1加速释放，引发机体炎症和损伤，因而调控酪氨酸代谢途径可缓解高尿酸所致炎症。本研究平卧菊三七提取物涉及KEGG代谢途径中，对上述代谢途径的影响呈极显著，可推测平卧菊三七通过调控上述途径对HUA小鼠的症状缓解发挥积极作用，而GT与GS的活性差异也与上述途径的调控相关。
本研究对平卧菊三七提取物物质组成进行鉴定，通过相关性分析结合降尿酸效果，对平卧菊三七降尿酸活性的物质基础进行探究，为平卧菊三七降尿酸活性物质制备提供参考，后续可以针对性地进行经体内代谢后的代谢物分析等进一步研究，从而对其降尿酸活性物质基础进行验证。
本文原文来自《食品科学》2024年45卷第8期134-144页，作者：马文婧，付桂明，赵富强，林素钦，万 茵*。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20230710-111。