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基于分子网络与深度质谱的苦木中具有拒食活性的苦木素快速发现

期刊:Journal of Agricultural and Food ChemistryDOI:10.1021/acs.jafc.5c07997

该文档属于类型a,是一篇关于苦木素类化合物抗摄食活性研究的原创性学术论文。以下是针对该研究的详细学术报告:


一、作者及发表信息
本研究由沈阳药科大学传统中药材料学院的Bensong XinFuxin HuQing WangBin LinXiaoxiao Huang*(通讯作者)和Shaojiang Song*(通讯作者)合作完成,发表于Journal of Agricultural and Food Chemistry,接收日期为2025年10月27日,DOI编号为10.1021/acs.jafc.5c07997。

二、学术背景
1. 研究领域:天然产物化学与农业害虫防治。
2. 研究动机:小菜蛾(*Plutella xylostella*)是全球十字花科蔬菜的主要害虫,对化学杀虫剂抗性日益增强,亟需开发高效、低抗性的植物源农药。
3. 背景知识:苦木素类(Quassinoids)是一类源自苦木科植物的三萜衍生物,具有杀虫、抗肿瘤和抗炎等多种生物活性。然而,传统分离方法效率低,且苦木素与常规三萜共洗脱问题突出。
4. 研究目标:通过整合分子网络(Molecular Networking)、MZmine数据处理和DeepMass注释技术,从中国苦木(*Picrasma chinensis*)中高效发现新型苦木素,并评估其抗摄食活性,为植物源农药开发提供化学基础。

三、研究流程
1. 样品制备与分离
- 植物材料:采集中国苦木枝叶,70%乙醇回流提取,经正丁醇分配后硅胶柱层析,得4个组分(Fr. A-D)。Fr. B通过HP-20和ODS柱进一步分离为Fr. B1-B3。
- 分子网络分析:使用MZmine 3.8.9处理质谱数据,上传至GNPS平台进行特征分子网络分析,结合DeepMass注释未知簇。结果显示,红色簇为苦木素类,主要富集于Fr. B2-B3。

  1. 化合物鉴定

    • 结构解析:从Fr. B2-B3中分离得到6个新苦木素(1-6)和13个已知苦木素(7-19),通过核磁共振(NMR)、高分辨质谱(HRESIMS)、量子化学计算(ECD计算)确定绝对构型。
    • 代表性新化合物
      • Picrasmaen A (1):分子式C27H30O7,通过HMBC和NOESY确定其2S,4R,5S,7R,8R,9S,10S,14R构型。
      • Picrasmaen F (6):分子式C37H40O13,通过DP4+概率分析(100%)和ECD计算确定3S构型。
  2. 抗摄食活性评估

    • 实验方法:采用叶盘法,以200 μg/mL浓度测试化合物对小菜蛾幼虫的拒食率,以印楝素A(Azadirachtin)为阳性对照(拒食率97.9%)。
    • 活性数据:化合物6、8、12表现显著活性,拒食率分别为72.1±0.7%、82.8±0.5%、83.7±0.5%。
  3. 酪氨酸酶抑制活性与分子对接

    • 酶活测试:化合物6、8、12对酪氨酸酶的IC50分别为55.2±1.2 μM、36.2±0.8 μM、64.3±2.7 μM。
    • 分子对接:化合物8与酪氨酸酶(PDB 2Y9X)结合能为-7.7 kcal/mol,关键相互作用包括His85氢键和Arg268盐桥。

四、主要结果
1. 新化合物发现:首次报道6个苦木素(1-6),其中化合物6具有罕见的C-3羟基取代结构。
2. 活性筛选:化合物8(Picrasjavacin K)和12(Picralactone C)活性最佳,结构-活性关系(SAR)表明C-12/C-13双键降低活性,而大位阻取代基增强活性。
3. 作用机制:活性化合物通过抑制酪氨酸酶干扰小菜蛾的体壁硬化过程,导致摄食抑制。

五、结论与价值
1. 科学价值
- 验证了DeepMass在未知天然产物注释中的优势,其准确度超越传统工具(如SIRIUS)。
- 为苦木素类化合物的靶向分离提供了高效策略。
2. 应用价值:活性化合物6、8、12可作为新型植物源农药的先导分子。

六、研究亮点
1. 方法创新:首次整合MZmine-GNPS-DeepMass技术流程,解决了复杂体系中苦木素的注释难题。
2. 结构新颖性:化合物1-6具有独特的C-2苯甲酰基或C-12乙酰基修饰。
3. 跨学科应用:将计算化学(ECD、DP4+)与生物活性筛选结合,加速了天然农药开发。

七、其他价值
- 补充材料中提供了所有化合物的NMR数据及分子对接细节,为后续研究提供参考。
- 研究得到国家自然科学基金(U22A20381)和辽宁省科技计划(2024-ms-086)资助。


该研究通过多学科技术融合,不仅拓展了苦木素的结构多样性,也为农业害虫防治提供了新思路。

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