欧洲雪松（Cedrus atlantica (L.)）的植物化学特性、抗氧化性能及抗菌特性：体外研究与计算机模拟分析

本研究评估了北非特有植物Atlas雪松针乙醇提取物（EECA）的抗菌和抗氧化活性，通过HPLC-DAD-MS鉴定其含16种酚酸及黄酮类化合物，并发现其具有显著的自由 radical清除能力（IC50=61.84 μg/mL）和广谱抗菌及抗真菌活性（抑菌圈直径10.58-23.91 mm），为开发天然药物提供了依据。

　　
本研究聚焦于北非特有植物——Atlas雪松（*Cedrus atlantica* L.）针叶的药理活性探索，旨在通过多维度实验揭示其抗菌与抗氧化潜力，为传统植物资源的现代应用提供科学依据。研究团队由摩洛哥锡迪穆罕默德本阿卜杜拉大学的多位学者组成，通过植物化学分析、体外活性测试及分子模拟技术，系统评估了该植物资源的生物活性。

### 一、研究背景与意义
Atlas雪松作为北非山区特有的经济树种，其针叶长期被当地居民用于传统医药。尽管该物种在生态适应性和木材工业中具有重要价值，但其化学成分及药理机制的研究仍存在空白。当前全球抗生素耐药性问题加剧，同时合成抗氧化剂的环境与健康风险引发关注，因此从植物中挖掘新型生物活性物质成为研究热点。本研究通过整合现代分析技术与经典药理学方法，系统解析了Atlas雪松针叶的活性成分与功能特性。

### 二、材料与方法
研究采用2023年3-4月摩洛哥布伊班莱山区雪松针叶为原料，经低温干燥（40°C，3天）后制备乙醇提取物（EECA）。提取工艺采用70%乙醇水溶液浸提24小时，经滤纸过滤浓缩，得率为17.84%。质量控制体系包含：① 植物标本（CA-ifr-023）存档于实验室；② HPLC-DAD-MS联用技术鉴定酚类成分；③ 分子对接验证活性成分靶点互作。

关键实验设计包括：
1. **抗氧化体系**：采用DPPH自由基清除、FRAP铁还原力及TAC硫代硫酸盐还原力三重检测体系，评估不同浓度提取物对羟基自由基（DPPH）、铁离子（FRAP）及过氧化氢（TAC）的清除效果。
2. **抗菌评价**：通过琼脂扩散法测试对革兰氏阳性菌（*Staphylococcus aureus*）、阴性菌（*Escherichia coli*, *Klebsiella pneumoniae*）及真菌（*Candida albicans*, *Aspergillus niger*, *Saccharomyces cerevisiae*）的抑制作用。
3. **分子模拟**：利用Schrodinger软件对16种鉴定成分进行分子对接，评估其对NADPH氧化酶、超氧化物歧化酶等靶蛋白的结合能力。

### 三、主要发现与讨论
#### （一）植物化学特征
高效液相色谱-质谱联用分析（HPLC-DAD-MS）鉴定出16种酚类化合物，形成三大活性成分类群：
1. **酚酸类**：包括椭圆酸五糖（Ellagic acid-pentose）、脱氧六糖酯化椭圆酸（Ellagic acid-deoxyhexose）等衍生物，这类化合物具有强还原性，可通过螯合金属离子破坏微生物细胞膜结构。
2. **黄酮类**：以表儿茶素（Catechin）、7-O-葡萄糖苷木犀草素（Apigenin-7-O-glucoside）为代表，其结构中多个酚羟基（尤其是3-OH）可参与自由基清除及酶抑制反应。
3. **水解单宁类**：如四加拉酰葡萄糖（Tetragalloyl-glucose）和二加拉酰葡萄糖（Digalloyl-glucose），这类大分子聚合物通过多价螯合作用增强抗菌效果。

色谱分析显示（图2），针叶提取物中主要活性成分集中在1.09-29.74分钟保留时间区间，其中表儿茶素（RT 15.15）和木犀草素苷（RT 15.63）占比最高（合计40.58%）。值得注意的是，水解单宁类成分（如四加拉酰葡萄糖）在总提取物中占比达56.95%，表明该植物具有独特的单宁资源库。

#### （二）抗氧化活性
DPPH测试显示（图3），EECA在低浓度（19.53 μg/mL）即表现出42.03%的自由基清除率，显著高于同浓度槲皮素（36.96%）但低于BHT（40.29%）。随着浓度提升，清除率呈指数增长，在650 μg/mL时达82.75%，接近BHT的90.14%。该特性可能与以下机制相关：
1. **多酚协同作用**：不同分子量酚酸通过氢键网络形成复合物，增强对自由基的捕获能力。
2. **浓度依赖释放**：大分子单宁（如四加拉酰葡萄糖）在酸性条件（pH 2.5）下逐步解聚，释放活性位点。

FRAP和TAC测试进一步验证了其抗氧化谱系（表2）。总抗氧化容量（TAC）达913.94 μg AAE/mg，表明EECA具有与维生素C类似的抗氧化强度。值得注意的是，该提取物在200 μg/mL浓度下即可达到BHT 50%的抗氧化效能，显示出良好的剂量-效应关系。

#### （三）抗菌谱系与作用机制
琼脂扩散法显示EECA对常见病原菌具有广谱抑制活性（表3）：
- **革兰氏阳性菌**：对金黄色葡萄球菌（抑制圈23.91 mm）和肺炎克雷伯菌（23.91 mm）抑制效果最佳，与氨苄西林（10.87-10.48 mm）相比增强2.1-2.3倍。
- **革兰氏阴性菌**：大肠杆菌抑制圈达21.47 mm，显著优于氟喹诺酮类（FLU 10.58 mm）。
- **真菌**：对念珠菌（22.59 mm）和曲霉（19.86 mm）的抑制效果优于常规抗真菌药。

活性成分的抗菌机制包括：
1. **细胞膜破坏**：单宁类成分（如二加拉酰葡萄糖）通过多价螯合作用破坏细胞膜脂质双层结构，导致内容物泄漏。
2. **代谢途径干扰**：木犀草素苷可抑制细菌DNA回旋酶（拓扑异构酶II），阻断DNA复制；表儿茶素则通过抑制磷酸转移酶系统阻断细胞壁合成。
3. **氧化应激诱导**：活性氧（ROS）的过量积累导致微生物DNA损伤，这一过程与NADPH氧化酶的活性抑制密切相关。

#### （四）分子对接与靶点预测
基于PubChem数据库的分子对接结果显示（表4），16种化合物中：
- **四加拉酰葡萄糖（Comp8）**对NADPH氧化酶的结合能最低（-7.723 kcal/mol），可能通过抑制超氧阴离子生成发挥抗氧化作用。
- **二加拉酰葡萄糖（Comp11）**与大肠杆菌β-酮酰-ACP合酶（PDB:1FJ4）的结合能达-10.502 kcal/mol，提示其可能干扰脂肪酸合成途径。
- **木犀草素苷（Comp13）**对真菌CYP51酶的抑制活性最强（-9.569 kcal/mol），该酶是甾醇生物合成的关键调控点。

三维结构分析（图6-7）显示：
1. **NADPH氧化酶结合**：Comp8通过形成6个氢键（包括与Phe245的π-π堆积）和1个盐桥（Lys213）稳定结合。
2. **CYP51酶抑制**：Comp13与His377、Ser507等关键残基形成氢键网络，可能通过空间位阻阻断酶活性中心。
3. **β-ACP酶抑制**：Comp11与Arg111形成盐桥，同时与Thr91和Asp60形成多重氢键，干扰底物结合。

#### （五）与传统药物的比较
1. **抗氧化活性**：在1000 μg/mL浓度下，EECA的DPPH清除率达83.3%，显著优于槲皮素（70.9%），但低于BHT（90.1%）。其TAC值（913.94 μg AAE/mg）接近维生素E（950 μg AAE/mg），表明具有与脂溶性抗氧化剂相当的生物利用度。
2. **抗菌谱系**：相比单一作用机制的抗生素（如氟喹诺酮类仅针对细菌DNA gyrase），EECA通过多靶点抑制展现出更广谱的抗菌活性，包括对多重耐药金黄色葡萄球菌（MRSA）的抑制作用。
3. **资源可持续性**：相比热带雨林植物，Atlas雪松作为耐旱树种，其针叶年产量可达干材重量的5%-8%，具有可持续开发潜力。

### 四、应用前景与挑战
本研究证实Atlas雪松针叶提取物可作为多功能制剂开发原料：
1. **复合抗氧化剂**：其多酚类成分可协同增强自由基清除能力，适用于食品加工（如肉类保鲜）和化妆品领域。
2. **新型抗菌药物**：对常见耐药菌（如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌）的抑制作用值得关注，需进一步开展体外/体内药效学验证。
3. **生态保护价值**：雪松林作为水土保持屏障，其提取物开发可形成"生态保护-资源利用"良性循环。

现存挑战包括：
- **成分复杂性**：16种活性成分的协同作用机制仍需阐明，特别是水解单宁的构效关系。
- **生物利用度**：大分子单宁的口服吸收率低于10%，需通过纳米递送系统优化。
- **耐药性风险**：长期使用可能诱导微生物耐药性，需建立动态监测体系。

### 五、结论
Atlas雪松针叶乙醇提取物展现出显著的抗氧化和广谱抗菌活性，其作用机制涉及多靶点分子互作。该研究不仅验证了传统药用植物的现代科学价值，更为开发基于单宁-黄酮协同作用的天然药物提供了新思路。后续研究应聚焦于活性成分的定向分离、递送系统优化及临床前药理评估，推动其从实验室向产业化转化。