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不同成熟阶段的刺叶栎叶片超声萃取及生物活性黄酮类物质分析
导 读
近日,四川农业大学的研究团队在食品权威期刊《Ultrasonics Sonochemistry》(IF=9.8)发表题为“Ultrasound extraction and bioactive flavonoid profiling of Alsophila spinulosa leaves across maturity stages”的研究性论文。该论文由四川农业大学林学院和四川农业大学园艺学院完成,刘臣讲师(特聘副教授)为该论文的通讯作者。
刺叶栎(Alsophila spinulosa,栎科,栎属)作为一种起源古老的残存物种,其系统发育与分类学长期以来备受关注。在某些地区,其叶片传统上被用作冲泡饮品。现代研究进一步表明,刺叶木富含生物活性成分,其提取物在体外及相关模型系统中表现出抗氧化和抗炎潜力,这为开发刺叶木叶作为功能性成分的天然来源提供了依据。
刺叶木叶常被用作草本茶饮,但不同成熟阶段叶片中可获得的富含黄酮类化合物的产品及其主要生物活性成分尚不明确。本研究通过结合超声辅助萃取优化、AB-8大孔吸附树脂纯化、结构表征、靶向LC-MS/MS分析、分子对接以及在脂多糖(LPS)刺激的小鼠RAW 264.7巨噬细胞中进行的细胞验证,对刺叶荚蒾三个成熟阶段叶片中的黄酮类化合物进行了研究。通过四因子Box-Behnken实验设计,优化了提取时间、超声功率、液固比及乙醇浓度,所得实际最优条件可获得61.9 ± 1.73 mg 芦丁当量/g干重的总黄酮。通过傅里叶变换红外光谱、X射线衍射和热重分析对富集提取物进行了表征,结果表明该产物为多羟基芳香族化合物,主要呈非晶态,对光和强碱敏感。靶向液相色谱-质谱/质谱(LC-MS/MS)鉴定出166种黄酮类代谢物,并揭示了明显的成熟度依赖性重构,主要涉及黄酮和黄酮醇;异奥伦丁、维特辛、尼古丁花素和奥伦丁是含量最丰富的成分。分子对接分析表明,槐苷和西博尔丁是 Kelch-like ECH-associated protein 1(Keap1)和核因子 kappa B(NF-κB)的候选配体。在LPS刺激的RAW 264.7巨噬细胞中,50 μg/mL浓度的纯化提取物以及6种代表性单体(每种浓度为10 μM)均降低了促炎转录本的表达水平,并调节了与细胞保护性防御相关的基因。总体而言,这些结果为基于成熟度的刺叶木犀草叶片生物活性黄酮类产品的利用与开发提供了实践依据。
在此背景下,仍需建立一套针对刺叶栎叶片的综合框架,将萃取优化、成熟度依赖性黄酮类成分分析及生物活性评价有机结合。特别是,叶片成熟度如何影响黄酮类组成、不同发育阶段富集哪些黄酮类化合物,以及哪些代表性成分最可能贡献于观察到的抗炎潜力,目前尚不明确。因此,本研究旨在优化刺叶栎叶片中黄酮类化合物的超声辅助提取工艺,通过靶向LC-MS/MS技术表征黄酮类化合物组成随成熟度变化的差异,并评估纯化黄酮类组分及代表性候选单体的抗炎潜力。

研究亮点
★通过响应面法优化得到最佳条件,总黄酮得率达61.9 mg RE/g。
★通过靶向LC-MS/MS鉴定出166种黄酮代谢物,发现叶片成熟过程中黄酮类成分发生系统性重塑。
★在LPS刺激的巨噬细胞模型中,纯化提取物(50 μg/mL)显著抑制IL-1β和IL-6表达,并恢复HO-1、NQO1等抗氧化基因转录水平。
★发现槐角苷和西博尔德苷对Keap1和NF-κB均表现出高结合亲和力,是潜在的抗氧化和抗炎活性成分。
★通过FT-IR、XRD、TGA等手段,揭示了不同成熟期提取物在官能团特征、结晶度和热稳定性方面的差异。
研究结论与意义
★在本研究中,利用不同成熟度梯度(S1–S3)的刺叶栎叶片,建立了一套将萃取工程、化学分析与生物活性验证相结合的综合工作流程。Box–Behnken 响应面模型(RSM)确定了一个稳健的超声辅助萃取(UAE)窗口,可高效富集总黄酮类化合物;而互补的固相和稳定性表征则突显了实际操作要求,特别是需避光及避免强碱性条件。靶向液相色谱-质谱/质谱(LC–MS/MS)分析表明,叶片成熟度是塑造黄酮类化合物谱系的关键决定因素,从早期阶段的酚酸向更成熟叶片中黄酮/黄酮醇苷的积累发生了明显转变。在功能方面,无论是纯化提取物还是选定的代表性单体(即槲皮素、异槲皮素、槲皮素、山奈酚-3-O-芸香苷(烟草花素)、槐花苷和西博尔丁),均能抑制 RAW 264.7 巨噬细胞中脂多糖(LPS)诱导的炎症转录产物,并在相同的炎症背景下同时调节与防御相关的基因反应。通过整合丰度信息与基于对接分析的优先级排序,本研究进一步缩小了未来机制研究和标准化工作的候选成分范围,从而为从刺叶栎(A. spinulosa)叶片中鉴定和开发生物活性成分提供了实践基础。
尽管如此,仍需开展进一步的体内研究,以阐明这些黄酮类化合物口服给药后的生物利用度、代谢命运及全身效应。此外,有必要对关键的炎症和防御相关靶点进行蛋白质水平的验证,以进一步证实本研究结果的生理相关性和机制基础。
图文赏析

图1 图文摘要

图2 A. spinulosa 叶片在三个成熟阶段(S1-S3)经超声处理前后形态、颜色特征及扫描电子显微镜(SEM)微观结构。(A)代表性植株图像。(B)S1-S3阶段的代表性叶片(上)及相应的干燥粉末(下)。比例尺 = 4 cm。(C) S2和S3相对于S1的粉末颜色差异,以ΔL*、Δa*和Δb*表示。(D) 经20,000倍和50,000倍放大倍率观察的S1-S3粉末在超声处理前后的SEM图像。

图3响应面图和等值线图,显示了超声辅助萃取(UAE)各变量对A. spinulosa 叶片中总黄酮含量的交互作用。(A, a)超声时间和超声功率。(B, b)液固比和超声时间。(C, c) 乙醇浓度与液固比。(D, d) 液固比与超声功率。(E, e) 乙醇浓度与超声功率。(F, f) 乙醇浓度与液固比。
图4 A. spinulosa 不同成熟阶段(S1-S3)叶片中总黄酮提取物的理化特性及储存稳定性。(A)傅里叶变换红外光谱。(B)X射线衍射图谱。(C-E)分别来自S1、S2和S3的提取物的热重(TG)和差热(DTG)曲线。(F-H) S1、S2和S3样本黄酮溶液在光照和避光条件下的光稳定性。(I-K) S1、S2和S3样本黄酮溶液在避光条件下4℃和25℃时的温度稳定性。(L) 黄酮溶液在pH 1–13条件下孵育1小时后的pH稳定性。

图5 基于UPLC-MS/MS技术对A. spinulosa叶片三个成熟阶段(S1-S3)进行的靶向黄酮类代谢组学分析。(A)总离子色谱图。(B)质控样本和生物样本中代谢物的累积变异系数(CV)分布。(C-E)S1、S2和S3阶段中已注释代谢物的化学类别组成。(F) S1-S3阶段总黄酮代谢组含量。(G) 主成分分析(PCA)得分图。(H) 代表性高丰度代谢物的浓度。(I) 代谢物丰度的层次聚类热图。

图6 A. spinulosa 叶片三个成熟阶段间差异黄酮代谢物的 OPLS-DA 分析与聚类分析。(A) OPLS-DA 得分图。(B) 模型稳健性的置换检验。(C-E) S1、S2 和 S3 中差异代谢物的化学类别分布。(F) 差异代谢物的层次聚类热图。

图7 A. spinulosa 黄酮类提取物对 LPS 刺激的 RAW 264.7 巨噬细胞存活率、形态及基因表达的影响。(A) 经 25、50 和 100 μg/mL 黄酮类提取物处理后的细胞存活率。(B) 对照组、LPS组及LPS+S1-S3组的代表性细胞图像。(C-I) IL-1、IL-6、TGF-β、HO-1、NQO1、GPX4和SOD2的相对mRNA表达水平。

图8 A. spinulosa叶片中代表性黄酮类化合物与Keap1和NF-κB的分子对接。(A)槐花苷、西博尔丁和阿皮原花青素-4′-O-葡萄糖苷与Keap1的对接相互作用。(B)烟草花素、槐花苷和西博尔丁与NF-κB的对接相互作用。(C) 与Keap1对接的结合自由能。(D) 与NF-κB对接的结合自由能。

图9 A. spinulosa 叶片中代表性黄酮代谢物对 LPS 刺激的 RAW 264.7 巨噬细胞的细胞存活率、形态及基因表达的影响。(A, B) 经50 μg/mL黄酮代谢物(1–6)处理后的细胞存活率。(C) 对照组、LPS组及LPS+1–6组的代表性细胞图像。(D-O) IL-1β、IL-6、TGF-α、NFKB1、IL-10、TGF-β、KEAP1、NQO1、SOD2、GPX4、HO-1及NRF2的相对mRNA表达水平。数据以均值±标准差表示(n=3)。
原文链接
https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2026.107847
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