铁皮石斛生物碱的抗氧化和抗衰老活性研究
铁皮石斛生物碱的抗氧化和抗衰老活性研究
随着人口老龄化和与年龄相关疾病发病率的增加，寻找有效的抗衰老干预措施已成为全球关注的焦点。铁皮石斛（Dendrobium officinale）作为一种传统中药材，其生物碱成分具有显著的抗氧化和抗衰老活性。本研究通过比较不同生长环境下的铁皮石斛生物碱（DOA），揭示了其在抗氧化、抗衰老和神经保护方面的独特功效。
衰老是一个由内部和外部因素驱动的渐进性生理衰退过程。衰老的其中一个关键因素是氧化应激，其特征是活性氧（ROS）的产生和机体中和它们的能力之间不平衡。越来越多证据表明，抗氧化剂可以缓解与年龄相关的健康下降和疾病风险。虽然延长寿命很难实现，但延长健康寿命是另一个非常重要的目标。
石斛属（Dendrobium）是一种被广泛研究的植物，其中含有多种具有治疗作用的化合物。在石斛属植物中，铁皮石斛（Dendrobium officinale）因其在多种疾病中的民族药理学应用而引起了人们的特别兴趣。植物中的生物碱通过减轻氧化应激来延长健康寿命。研究表明，铁皮石斛的原球茎（PLBs）和新鲜茎均含有生物碱，其中PLBs的浓度往往更高。石斛中的生物碱（石斛碱、石蒜碱和中氮茚啶生物碱）已被发现具有抗氧化特性。铁皮石斛因其广泛的药理特性，包括抗癌、抗炎、抗氧化和增强免疫活性，与其他中药相比具有较多功能性和优势。然而，关于铁皮石斛生物碱（DOA）药理作用的具体研究较少。已有研究报道了来自铁皮石斛茎的铁皮石斛多糖具有抗衰老活性。然而，成熟期延长、过度开发和稀缺性增加了人们对野生铁皮石斛的需求，在供应和可持续性方面提出了挑战。事实上，铁皮石斛是我国重点保护物种之一，为满足市场需求，在温室等受控环境下进行种植。然而，生长条件的变化可能会影响植物中化学物质的质量和数量，从而潜在地影响其药用功效。
目前，关于生长环境对DOA体内药效影响的报道较为缺少。尽管有几项研究考察了各种栽培条件对石斛物种组成的影响，但仍未直接提供生长条件在体内模型中的实际影响信息。本研究采用了一种不同的方法来评估在不同环境中自然生长的铁皮石斛从幼苗至成熟期的效果。秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）因其和人类之间的基因高度保守，是体内药理学研究中使用最多的非哺乳动物模型。因此，本研究从在3种不同环境中生长的铁皮石斛提取DOA（树上（TR-DOA）、温室（GH-DOA）和岩石（RK-DOA）），并利用秀丽隐杆线虫来研究的潜在健康益处。
利用TJ1060和野生型秀丽隐杆线虫测定DOA的有效浓度和毒性
为确定秀丽隐杆线虫中DOA的有效浓度，研究使用了携带spe-9和rrf-3突变的TJ1060菌株。结果表明，DOA对线虫无毒性。与对照相比，在所有浓度下TJ1060的寿命显著延长了23%（图1）。值得注意的是，1、10、100 µg/mL DOA对TJ1060的影响没有显著差异；因此，选择中间浓度（10µg/mL）进行后续实验。
为进一步验证DOA对秀丽隐杆线虫的无毒性，使用N2菌株对10 µg/mL的TR-DOA、GH-DOA和RK-DOA进行了偏好选择实验。研究结果表明，秀丽隐杆线虫对经DOA处理的大肠杆菌OP50的偏好与未经处理组没有显著差异（图1B）。
此外，评估了经DOA处理的秀丽隐杆线虫的繁殖能力。结果表明，DOA对窝卵大小（图1C）和后代存活率（图1D）没有明显影响。此外，DOA对雄性频率没有影响（图1E），表明其对秀丽隐杆线虫没有遗传毒性。此外，与对照组相比，TR-DOA、GH-DOA和RK-DOA对秀丽隐杆线虫的体长或大小没有负面影响（图1F、G）。综上，DOA对秀丽隐杆线虫没有毒性。
DOA在野生型秀丽隐杆线虫中发挥了多种较强抗氧化作用
结果表明，与未处理的对照组相比，DOA处理的秀丽隐杆线虫在第1天显著降低了与细胞内ROS水平相关的绿色荧光强度，TR-DOA组降低37%、GH-DOA组降低54%、RK-DOA组降低60%（图2A、B）。在第5天，与未经处理的对照组相比，TR-DOA组的ROS水平降低68%、GH-DOA组降低73%、RK-DOA组下降75%（图2C）。此外，与未经处理的对照组相比，TR-DOA、GH-DOA和RK-DOA组在第8天分别将ROS积累水平降低58%、67%和73%。
结果表明，与对照组相比，只有GH-DOA的SOD活性显著降低（图2E）。然而，与对照组相比，TR-DOA、GH-DOA和RK-DOA均表现出CAT活性的增加（图2F）。然后将DOA处理的秀丽隐杆线虫暴露于5 mmol/L H2O2中，以评估其抵抗胁迫的能力。结果表明，与对照组相比，所有10 µg/mL DOA处理组对H2O2的抵抗力更强（图2G）。
DOA抑制野生型秀丽隐杆线虫脂褐素积累
有大量证据表明氧化应激会促进脂褐素生成和衰老，研究使用10 µg/mL DOA处理秀丽隐杆线虫，并分析了它们的脂褐素水平。结果显示，与对照组相比，在成年后第4天，TR-DOA、GH-DOA和RK-DOA组的脂褐素水平分别显著降低36%、51%和39%的（图3A、B）。在成年第8天，与对照组相比，TR-DOA、GH-DOA和RK-DOA组脂褐素水平分别显著降低34%、32%和33%的（图3A、C）。
DOA改善野生型秀丽隐杆线虫的内质网应激
结果显示，DOA处理组在第1、3天的质网应激显著降低（图4A、B）。值得注意的是，成年后第1天GH-DOA和RH-DOA以及第3天TR-DOA、GH-DOA和RK-DOA的＋ Tm与 －Tm水平无显著差异。与对照组相比，GH-DOA处理组在第4天仍然表现出较低的内质网应激。结果表明，DOA具有改善ER应激的潜力。
DOA增强了野生型秀丽隐杆线虫对热应激的反应能力
结果表明，所有DOA处理组在第1天均显示出HSP-6::GFP水平上调（图5A）。与对照组相比，RK-DOA处理组在第1天表现出HSP-6::GFP显著上调，其次是GH-DOA和TR-DOA（图5B）。然而，这种上调在成年后的第5天不显著。此外，所有DOA处理组均表现出增强的抗热应力能力（图5C）。与对照组相比，RK-DOA表现出最高抗性，其次是GH-DOA和TR-DOA。
DOA减少α-突触核蛋白聚集和延迟淀粉样蛋白-β诱导的瘫痪
结果表明，所有DOA处理组均显示秀丽隐杆线虫中α-突触核蛋白聚集显著减少（图6A）。在成年后的第2天，与对照组相比，RK-DOA处理组的α-突触核蛋白聚集减少最为显著（31%），其次是GH-DOA（25%）和TR-DOA（18%）（图6B）。在成年后的第3天，与对照组相比，RK-DOA处理组导致α-突触核蛋白聚集减少32%、GH-DOA减少27%、TR-DOA减少12%（图6C）。此外，所有DOA处理组均表现出延迟性淀粉样蛋白-β诱导的瘫痪（图6D）。与对照组相比，RK-DOA组在更大程度上显著延迟了瘫痪，其次是GH-DOA和TR-DOA。
DOA促进了秀丽隐杆线虫的整体活动，但对摄食行为没有产生负面影响
与对照组相比，RK-DOA产生的秀丽隐杆线虫活动水平最高，其次是GH-DOA和TR-DOA（图7A）。此外，与对照组相比，TR-DOA、GH-DOA和TR-DOA在第5、10天的身体弯曲率均有所增加（图7B），且与对照组相比，DOA处理组的咽泵没有受到影响。尽管TR-DOA、GH-DOA和TR-DOA均使秀丽隐杆线虫的寿命延长了5.88%，但只有TR-DOA显示出统计学意义（图7D）。
结论
对TR-DOA、GH-DOA和RK-DOA在秀丽隐杆线虫中的抗氧化、抗衰老和神经保护特性的研究揭示了一系列的有益作用。TR-DOA、GH-DOA和RK-DOA表现出显著的抗氧化能力，有效降低ROS水平、减少脂褐素积累、增强应激抵抗力、延缓神经退行性变。GH-DOA在减少氧化应激方面显示出显著潜力，而RK-DOA在增强热应激反应和减轻α-突触核蛋白聚集方面表现出较好功效。TR-DOA使秀丽隐杆线虫寿命略有延长，总体活动增加，表明有可能改善健康寿命。在比较3种来源DOA时，RK-DOA在更多的健康参数上显示出比TR-DOA和GH-DOA更强的影响。这些发现强调了每种来源DOA的独特属性，强调了考虑环境因素及其对生物活性化合物影响的重要性。后续研究可以深入研究DOA及其生物碱衍生物在哺乳动物模型中的机制、安全性和有效性。
原文来自Journal of Future Foods