多平台代谢组学和化学计量学研究揭示了Clinacanthus nutans中的抗癌代谢物对鼻咽癌的抑制作用

《Industrial Crops and Products》：Multiplatform metabolomics and chemometrics reveals anticancer metabolites in Clinacanthus nutans against nasopharyngeal carcinoma

　　本研究旨在通过代谢组学和脂质组学分析鉴定Clinacanthus nutans叶提取物中抑制鼻咽癌（NPC）的关键活性成分。采用甲醇/叔丁基甲基醚/水液液分离法，结合LC-MS/MS和GC-MS技术，发现乙醇提取物（E-CNL）具有最高抗NPC活性，其IC50值分别为145.08、163.62和133.43 μg/mL。通过多平台分析，筛选出20种代谢物和20种脂质为潜在活性成分。同时，采用响应面法优化超声辅助提取条件，使E-CNL提取率最大达8.903%。研究结果为开发天然抗NPC药物提供了依据。

　　植物代谢物作为抗癌药物的重要天然来源，近年来在抗癌研究领域引起了广泛关注。本研究旨在识别来自“Clinacanthus nutans”（CNL）叶片中的潜在代谢物和脂质作为天然的鼻咽癌（NPC）治疗剂。研究采用了三种不同的CNL提取物：乙醇（E-CNL）、乙醇/水（1:1，体积比）（EW-CNL）和水（W-CNL），通过液液萃取方法（甲基叔丁基醚/甲醇/水）分别获得非极性脂质组分和极性代谢物。研究还结合了液相色谱-质谱联用（LC-MS/MS）和气相色谱-质谱联用（GC-MS）技术，对CNL提取物的抗癌活性、代谢组学、脂质组学和化学计量分析进行了综合评估。

实验结果显示，E-CNL在NPC细胞株HK-1、C666–1和CNE2上表现出最高的抗癌潜力，其IC50值分别为145.08、163.62和133.43 μg/mL。通过代谢组学和脂质组学分析，从LC-MS/MS谱图中鉴定了20种最具有影响的代谢物和脂质，而GC-MS则鉴定了11种代谢物。研究进一步优化了超声波辅助提取E-CNL的条件，采用Box-Behnken设计（BBD）与响应面法（RSM）结合的方法，成功将提取物的产量提升至8.903%。这些结果不仅揭示了CNL提取物的潜在抗癌活性，也为从植物中发现新的抗癌药物提供了重要的科学依据。

鼻咽癌是一种在鼻咽黏膜中常见的恶性肿瘤，其发病率在东南亚和中国南方地区较高，且男性患病率显著高于女性。由于其复杂的生物学特性和较强的侵袭性，NPC的治疗具有一定的挑战性。尽管放疗是目前治疗NPC的主要方法，但肿瘤复发和转移等问题常常导致治疗失败和预后不良。此外，目前用于治疗NPC的化疗药物如顺铂，由于其固有和获得性耐药性，应用上存在一定的限制。因此，探索新的有效治疗药物来源，以对抗药物耐受性，成为研究的重点。

“Clinacanthus nutans”是一种广泛应用于亚洲各国的传统草药，包括中国南方、泰国、印度尼西亚和马来西亚等地。近年来，该植物的药理特性受到了越来越多的关注，尤其是其在治疗蛇咬、病毒感染、炎症疾病以及某些类型的癌症方面的效果。特别是其叶片的抗癌特性已被一些研究报道，但具体的代谢物活性及其作用机制仍需进一步阐明。本研究采用了一种强大的多平台代谢物分析策略，结合化学计量学方法，以识别具有抗癌活性的CNL代谢物。

植物的代谢组和脂质组是其生命过程中的基础部分，包括糖类、脂质、氨基酸和激素等。这些代谢物在植物体内发挥着多种生理功能，如信号传递、能量来源和结构组成。例如，生长素是一种植物激素，通过调控生长素的合成、运输和信号传导，可以影响植物的生长过程，如器官形成、根部生长方向和光向性。脂质组则是代谢组学的一个分支，它们作为细胞膜的主要成分，通过提供疏水屏障来维持膜的完整性，同时还能与膜蛋白相互作用，调节其功能，并影响细胞内的各种过程，如信号传导、运输和光合作用。一些脂质化合物如磷脂，作为激素合成的前体，对于维持细胞稳态、生长和分化具有重要作用，从而影响植物的生长、发育和对环境刺激的反应。

植物来源的脂质和代谢物在人类癌症治疗中具有重要的应用价值。这些天然化合物可以干扰癌细胞的增殖和转移，为癌症治疗提供了新的策略。例如，某些脂溶性化合物可以通过破坏癌细胞膜导致细胞死亡，而某些代谢物则可以通过干扰癌细胞的信号传导，抑制肿瘤细胞的增殖。研究中提到的白藜芦醇（resveratrol）是一种多酚类代谢物，存在于红酒、葡萄和桑葚中，具有显著的抗肿瘤活性。它可以抑制肿瘤细胞增殖，诱导细胞凋亡，并抑制血管生成，从而抑制肿瘤的生长和扩散。另一种是紫杉醇（paclitaxel），这是一种从太平洋银杏树中提取的脂质代谢物，广泛用于治疗卵巢癌、乳腺癌和肺癌。紫杉醇通过抑制微管蛋白的聚合，干扰细胞分裂，从而有效抑制肿瘤的增殖和转移。临床研究表明，紫杉醇与其他化疗药物联合使用可以显著提高患者的生存率，并改善其生活质量。许多植物脂质和代谢物在癌症治疗中展现出巨大的潜力，通过现代组学技术，可以进一步发现具有抗癌活性的植物成分，为癌症治疗提供新的药物来源。

在本研究中，首次对CNL提取物进行了脂质分析。通过MTBE液液萃取方法，获得了CNL的脂质组分，并对这些脂质进行了注释，同时提高了磷脂的含量。这表明，与传统方法相比，该方法能够更有效地提取和注释脂质组分。此外，研究还通过LC-MS/MS和GC-MS的无靶向代谢组学分析，结合MS-DIAL平台，实现了对CNL代谢物和脂质组分的全面表征。通过主成分分析（PCA）、偏最小二乘法（PLS）、变量重要性投影（VIP）得分和热图分析，研究人员能够识别出对NPC具有显著抑制作用的代谢物和脂质。这些结果不仅揭示了CNL提取物的化学组成对其抗癌活性的影响，还为未来研究提供了重要的方向。

进一步的统计分析表明，E-CNL提取物的化学特征与抗癌活性之间存在显著的正相关关系，而EW-CNL和W-CNL的抗癌活性则显著较低。这可能与溶剂极性对活性成分的选择性溶解有关。非极性或低极性溶剂倾向于提取脂溶性化合物，如萜类、甾醇和某些黄酮苷，这些化合物通常具有较强的细胞毒性和抗增殖作用。相比之下，极性溶剂如水或水乙醇混合物则更倾向于提取亲水性成分，如糖类、糖苷和酚酸，这些成分对癌细胞的细胞毒性较低。因此，本研究中E-CNL表现出较高的抗癌活性，可能与其从低极性溶剂中提取的活性成分有关。

在优化E-CNL提取条件方面，研究采用BBD和RSM方法，系统地调整了提取温度、时间、溶剂与CNL粉末的比例以及提取次数等参数。通过这些优化，E-CNL的提取产量达到了8.903%，从而为后续的深入研究提供了足够的材料。研究结果表明，RSM是一种可靠的方法，可以优化超声波辅助提取的条件，以提高提取物的产量，同时保持其生物活性。这不仅有助于提高提取效率，还减少了对热敏性化合物的破坏，从而为大规模提取生物活性成分提供了可行的方案。

此外，研究还发现，E-CNL提取物中的一些代谢物和脂质可能具有显著的抗癌活性。例如，从LC-MS/MS分析中，研究人员鉴定了20种可能影响NPC抗癌活性的代谢物和脂质，包括一种酚类糖苷、三种氨基酸、三种生物碱、三种黄酮类化合物、两种二糖、两种氮化合物、两种酚类化合物和四种羧酸。这些化合物可能通过干扰代谢过程，抑制癌细胞的生长。同时，脂质组分如不饱和脂肪酸（UFAs）和特定的饱和脂肪酸（如棕榈酸、油酸）在抗癌方面也表现出潜力。这些脂质可能通过影响细胞膜结构，增强癌细胞对化疗药物的敏感性，从而提高患者的生存率。

在GC-MS分析中，研究人员鉴定了11种可能具有抗癌活性的代谢物，包括四种植物甾醇、两种五环三萜类化合物、两种生育酚、一种植醇和两种烷烃。这些代谢物可能通过不同的机制影响NPC细胞的活性。例如，植物甾醇如豆甾醇、γ-谷甾醇和菜油甾醇已被广泛研究其抗癌活性，特别是在乳腺癌、肺癌、肝癌和卵巢癌等方面。研究表明，这些植物甾醇能够通过诱导细胞凋亡、抑制细胞增殖和影响细胞周期来发挥抗癌作用。此外，生育酚如α-生育酚具有显著的细胞毒性，特别是在人鼻咽上皮癌细胞株KB中，其IC50值为8.0 μg/mL。植醇则通过影响细胞膜的结构和功能，促进细胞凋亡和抑制肿瘤生长。这些代谢物可能成为开发新的抗癌药物的重要候选。

综上所述，本研究通过系统分析和优化提取条件，揭示了CNL提取物中可能具有抗癌活性的代谢物和脂质。这些结果不仅有助于理解CNL在抗癌方面的潜力，还为未来开发基于植物来源的抗癌药物提供了重要的科学依据。通过结合多种分析技术和化学计量学方法，研究人员能够全面表征CNL的代谢物和脂质组分，并识别出对NPC具有显著影响的化合物。这些发现不仅拓展了植物药理学的研究领域，还为制药工业提供了新的方向，有助于开发更安全、有效的抗癌药物。