Chemical characterization of Dioscorea cirrhosa by UHPLC-Q-Exactive Orbitrap Mass Spectrometry and assessment of their antioxidant activities

技術要約：Dioscorea cirrhosa（ヤマノイモ属の一種）の皮における化学的特性評価および抗酸化能の検討

問題提起
Dioscorea cirrhosa Lout.（中国では「紅芋子」または「紅海芋」として知られる）は、伝統的に民間療法や染色産業に利用されている多年生植物である。この植物の塊茎については、止血、抗菌、および薬理学的特性（抗酸化、抗腫瘍、抗放射線効果を含む）に関して十分に文献化されているが、皮の部分は通常、廃棄物として捨てられている。現在の文献では、D. cirrhosa の皮の化学成分および薬理活性に関する系統的な研究が不足している。本研究は、皮の組成と潜在的な価値に関する知識の空白を埋め、この副産物を天然抗酸化物質の資源へと転換させることを目的としている。

方法論
研究者らは、高度な質量分析法と in vitro 生物学的アッセイを組み合わせた包括的な分析ワークフローを採用した：

• 試料調製： D. cirrhosa の皮を、超音波抽出法（30分、30°C）を用いてメタノールで抽出し、続いて遠心分離、ロータリー蒸発、および凍結乾燥を行い、抽出物粉末（EDP）を得た。
• 化学的特性評価： 本研究では、Q-Exactive Orbitrap 質量分析計を用いた超高速液体クロマトグラフィー（UHPLC-Q-Exactive Orbitrap MS）を利用した。
  • 装置： Ultimate 3000 UHPLC システムを、正および負のイオン化モード（ESI）の両方で作動する Q-Exactive Orbitrap MS と組み合わせた。
  • パラメータ： 高分解能質量分析（35,000 解像度）を MS1 およびデータ依存的 MS2 (ddMS2) または並列反応モニタリング (PRM) に使用した。
  • データ解析： データは Compound Discovery 3.0 ソフトウェアを用い、中医学（TCM）ワークフローに従って処理された。化合物は、保持時間、分子イオン、MS/MS フラグメントパターン、中性脱離フラグメント（NLF）、および診断的フラグメントイオン（DFI）をデータベース（mzCloud, mzVault, OTCML）および標準物質と比較することで同定された。
• 定量分析： 色度法（ホスホモリブデン酸カゼイン、バニリン硫酸、硝酸アルミニウム、および Coomassie Brilliant Blue G-250）を用いて、総タンニン、縮合タンニン、フラボノイド、およびタンパク質含有量を測定した。
• 抗酸化能： In vitro 抗酸化能は、以下の3つのアッセイを通じて評価された：
  1. ABTS ラジカル消去能。
  2. DPPH ラジカル消去能。
  3. 銅イオン還元能（CUPRAC 法）。
     すべての試験において、アスコルビン酸（Vc）を陽性対照とした。

主要な貢献および結果

• 包括的な化学プロファイリング： 本研究では、D. cirrhosa の皮抽出物から合計 194 個の化合物を特定することに成功した。これらは以下の4つの主要グループに分類された：
  • フラボノイド： 57 個の化合物を特定。これにはフラボノール（例：ミリエセチン、ケルセチン、アピゲニン、ケンフェロール）、フラボン、フラバノール（例：タクシフォリン、ジヒドロミリエセチン）、およびジヒドロカルコン（例：フロリジン、フロレチン）が含まれる。
  • 有機酸： 38 個の化合物。クロロゲン酸、カフェ酸、バニリン酸、フェルラ酸、およびそれらの様々な配糖体や異性体を含む。
  • タンニン： 37 個の化合物。カテキン、エピカテキン、没食子酸誘導体、およびプロアントシアニジン（B型およびガレート型）を含む。
  • アントシアニン： 主要なクラスとして特定され、ペルゴニジン、シアニジン、ペオニジン、デルフィニジン、ペツニジン、およびマルビジン誘導体を含む。
  • 新規性： 特筆すべき点として、同定された化合物のうち 176 個は D. cirrhosa の皮において初めて報告されたものであり、この植物部位の既知の化学的プロファイルを大幅に拡大した。
• 組成分析： 皮抽出物は、総タンニン（29%）、縮合タンニン（25%）、フラボノイド（19%）、およびタンパク質（16%）が豊富であることが判明した。
• 抗酸化性能： EDP は、テストされたすべての試験において強力な抗酸化活性を示した：
  • DPPH 消去： 強力な活性を示し、IC50 値は 4.320 μg/mL であり、陽性対照である Vc（IC50 5.534 μg/mL）を上回った。
  • ABTS 消去： 有意な消去能を示し、IC50 値は 83.66 μg/mL であった。
  • 銅イオン還元： 良好な還元能を示し、IC50 値は 205.2 μg/mL であり、Vc（186.2 μg/mL）に匹敵した。

意義および主張
本論文は、これまで十分に活用されてこなかった D. cirrhosa の皮の薬理学的物質基盤を解明したと主張している。これまで報告されていなかった 176 個の化合物を特定し、強力な抗酸化能（特に ABTS および DPPH 消去、ならびに銅イオン還元）を確認したことにより、本研究は、この皮が天然抗酸化物質の豊富な供給源であることを実証した。

著者らは、これらの知見が D.-cirrhosa の皮抽出物のさらなる開発のための科学的基礎を提供するものであると結論付けている。彼らは、この材料が機能性食品、医薬品、または化粧品の原料として応用できる可能性を示唆しており、それによって廃棄物を削減し、Dioscorea 産業に付加価値を与える経路を提示している。なお、本研究はヒトに対する臨床的有効性を主張するものではなく、抗酸化研究および産業応用のための有望な天然資源として、この皮を位置づけている。