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Integrated In Vitro Evaluation of Orthosiphon stamineus Leaf Extract and Selenium Nanoparticles: Antidiabetic and Anticholinesterase Activities Supported by In Silico Analysis of Identified Phytochemicals

本研究表明，无论是澳洲扁豆（*Orthosiphon stamineus*）叶片甲醇提取物还是其合成的硒纳米颗粒，均展现出具有前景且低毒性的抗糖尿病和抗氧化特性，其中纳米颗粒表现出更强的酶抑制能力，且通过计算机模拟分析证实了关键植物化学成分与治疗靶点之间的稳定结合。

原作者： Sivasankar Ravichandran, Palvannan Thayumanavan

发布于 2026-08-07

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CC BY 4.0

原作者： Sivasankar Ravichandran, Palvannan Thayumanavan

原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 ✨ 这是对下方论文的AI生成解释。它不是由作者撰写或认可的。如需技术准确性，请参阅原始论文。阅读完整免责声明

把你的身体想象成一座繁忙的城市，而糖（葡萄糖）就是主要的燃料运输车。在健康的城市里，大门会适度开启，让适量的燃料进入，保持交通顺畅。但在被称为糖尿病的状况下，大门要么卡住无法关闭，要么交通控制员变得混乱，导致糖分大量堆积，从而损坏道路和建筑。这种糖分过载还会产生一种被称为“氧化应激”的有毒浓雾——这会弄模糊城市的“大脑”，让人难以清晰思考，这就是所谓的糖尿病相关认知功能下降。为了解决这个问题，科学家通常使用化学钥匙（药物）来堵住大门或清理浓雾，但这些钥匙往往会带来令人烦恼的副作用，比如引起胃痛或恶心。这正是自然界介入的地方，它提供了一种不同的工具箱：植物。具体来说，研究人员正在观察某些植物如何像一把多功能工具一样，同时实现修复糖分大门、清理浓雾并保护大脑的功能，且不会产生那些糟糕的副作用。

走进“猫须草”植物，其科学名称为 Orthosiphon stamineus。这项研究就像一个侦探故事，科学家们采集这种植物，将其压碎，然后施展了一个魔术：他们将植物汁液变成了微小的、肉眼看不见的球体，即硒纳米颗粒。把这些纳米颗粒想象成高科技的运输无人机。研究人员想看看，是单纯使用植物汁液就能解决糖分和大脑问题，还是将它变成这些微型无人机后，药效会变得更强。他们在实验室中测试了植物汁液和纳米无人机，检查它们是否能阻止糖分大门开启过快、清除有毒浓雾，并保护脑细胞。他们还建立了一个虚拟的计算机世界，来观察植物中的活性成分（如微小的分子钥匙）是如何契合进人体酶的锁孔中的。

以下是调查发现的结果。首先，科学家确认他们成功制造出了这些纳米无人机。这些硒球非常微小，直径约为 30 到 60 纳米（想象一下，1,000 个这样的球叠在一起也只有人类头发的宽度），并且表面包裹着一层由植物自身化学物质构成的保护层。当他们单独测试植物汁液时，它是一个不错的清洁剂和守门员。它能抑制分解糖分的酶（如麦芽糖酶和蔗糖酶），也能减缓分解脑部化学物质的酶（胆碱酯酶）的作用。然而，当他们把植物汁液转化为硒纳米颗粒时，结果变得更加令人兴奋了。纳米无人机在清理有毒浓雾方面的能力比纯汁液高出多达七倍。它们在堵塞糖分大门方面也变得更出色，特别是针对麦芽糖酶、淀粉酶和蔗糖酶，且只需要极少的材料就能完成工作。

但故事中出现了一个转折。虽然纳米无人机在阻止糖分酶和清理浓雾方面表现得像超级明星，但它们实际上失去了阻止原本能被纯汁液阻断的脑保护酶（胆碱酯酶）的能力。研究人员认为，这可能是因为这些微小的无人机过于僵硬或由于外层包裹，导致它们无法钻进脑部酶深而窄的通道，而松散的植物汁液则可以轻松滑入。尽管如此，无论是汁液还是无人机都非常安全；即使在高剂量下，它们也不会伤害实验室中的人类细胞，使超过 90% 的细胞存活。

为了理解为什么会发生这种情况，科学家利用计算机模拟了植物中最优秀的成分——特别是两种名为 Chrysin 和 Phylloflavan 的分子——如何与人体酶进行相互作用。他们发现，这些分子就像万能钥匙。在计算机世界中，它们紧密地契合进糖分酶和脑部酶的锁孔中，牢牢抓住它们并阻止其运作。模拟显示，这些钥匙非常稳定且抓握力强，尤其是 Phylloflavan 分子，它似乎对脑部酶有着特别强大的抓握力。

最后，这项研究表明 Orthosiphon stamineus 是一种强大的自然资源。将其转化为硒纳米颗粒可以强化其对抗血糖飙升和氧化应激的能力，使其成为管理糖尿病和保护大脑极具前景的候选方案。然而，研究人员指出，虽然计算机模型看起来很棒，实验室测试也令人鼓舞，但这仅仅是个开始。我们仍需观察这些微型无人机在活体内的运作情况，才能断定它们是一个完整的疗法。目前，“猫须草”植物已经证明它拥有在对抗糖尿病和“脑雾”战斗中担任多功能英雄的巨大潜力。

技术摘要：菊望梅叶提取物与硒纳米颗粒的集成体外评估

问题陈述
糖尿病（DM）及其相关并发症——糖尿病相关认知功能下降（DACD），是由持续的高血糖、氧化应激和胆碱能缺陷驱动的。目前针对哺乳动物 $\alpha$ -葡萄糖苷酶（MAG）和胆碱酯酶（ChEs；包括 AChE 和 BChE）的治疗策略通常面临疗效有限以及副作用（如胃肠道不适和肝毒性）的问题。因此，需要能够同时应对氧化应激、血糖调节和神经保护，且具有更高安全性的天然来源多功能治疗剂。

研究方法
本研究采用了一种结合绿色合成、in vitro 生化测定和 in silico 计算模拟的综合方法：

制备与表征：
- 制备了菊望梅（Orthosiphon stamineus）叶片的甲醇提取物（OSL-ME）。
- 通过绿色方法，利用 OSL-ME 作为还原剂和稳定剂，合成了硒纳米颗粒（OSL-SeNPs）。
- 使用 UV-Vis 光谱、FTIR、XRD、SEM 和 EDAX 对纳米颗粒进行表征，以确定其尺寸、形貌、结晶度和元素组成。
- 通过 LC-ESI/MS/MS 进行植物化学成分分析，以鉴定生物活性成分。
体外生物学评价：
- 细胞毒性： 使用 MTT 法评估 HEK293 细胞活力。
- 抗氧化活性： 进行自由基清除（DPPH、ABTS、H $_2$ O $_2$ ）和铁还原能力（FRAP）测定。
- 酶抑制作用： 评估对 MAG（麦芽糖酶、葡萄糖淀粉酶、蔗糖酶、异麦芽糖酶）和 ChEs（AChE、BChE）的抑制潜力。通过动力学研究（Lineweaver-Burk 图和 Dixon 图）确定抑制类型和常数（ $K_i$ ）。
- 葡萄糖摄取： 使用酵母细胞实验测量浓度依赖性的葡萄糖摄取。
计算机模拟分析：
- 化合物筛选： 基于 LC-ESI/MS/MS 数据，选择 Chrysin (CHR) 和 Phylloflavan (PF) 作为先导化合物。
- ADMET 谱分析： 使用 PROTOX 3.0 预测药物相似性和药代动力学性质。
- 分子对接与动力学： 使用 AutoDock Vina 和 Desmond 分析 CHR/PF 与 MAG 亚基（ntMGAM, ctMGAM, ntSI, ctSI）及 ChEs（AChE, BChE）之间的相互作用。模拟过程包括 200 ns 分子动力学（MD）模拟，随后进行 MM/GBSA 自由能计算、动态相关矩阵（DCCM）分析和主成分分析（PCA）。

关键结果

表征： OSL-SeNPs 呈现红褐色，UV-Vis $\lambda_{max}$ 为 265 nm。XRD 证实其晶粒尺寸为 16.45 nm，而 SEM 显示颗粒呈球形，范围在 30–60 nm 之间，表明其具有结晶硒核心和无定形植物化学层。EDAX 证实存在硒（Selenium）、碳（Carbon）和氧（Oxygen）。
植物化学成分： LC-ESI/MS/MS 鉴定出 16 种化合物，包括黄酮类（Chrysin, Phylloflavan, Eupatorin）、酚酸（迷迭香酸）和萜类化合物。
细胞毒性： OSL-ME 和 OSL-SeNPs 在 6.25–100 µg/mL 浓度范围内均表现出低细胞毒性，维持了 >90% 的 HEK293 细胞活力。
抗氧化活性： 与 OSL-ME 相比，OSL-SeNPs 表现出显著增强的抗氧化活性，在 DPPH、ABTS 和 H $_2$ O $_2$ 检测中的 IC $_{50}$ 值降低了约 2.6 至 6.8 倍。
酶抑制作用：
- OSL-ME： 通过混合型机制抑制所有测试的 MAG（麦芽糖酶、葡萄糖淀ль酶、蔗糖酶、异麦芽糖酶）和 ChE（AChE、BChE）酶。IC $_{50}$ 值范围为 121.50 至 173.41 µg/mL。
- OSL-SeNPs： 对 sucrase、maltase 和 glucoamylase 表现出选择性的 MAG 抑制增强作用，IC $_{50}$ 值分别为 73.53、74.58 和 80.66 µg/mL（较 OSL-ME 提高了 1.6–2.3 倍）。然而，OSL-SeNPs 对 isomaltase、AChE 和 BChE 没有抑制活性，而 OSL-ME 则能抑制所有这些靶点。
葡萄糖摄取： 两者均以浓度依赖的方式促进了酵母细胞的葡萄糖摄取，其中 OSL-ME 的效率（81% 摄取）略高于 OSL-SeNPs（74%）。
计算洞察：
- 结合稳定性： MD 模拟表明，虽然某些复合物（如 CHR/ntMGAM）出现了配体置换，但其他复合物（如 PF/ntSI, PF/AChE）在活性位点内保持了稳定的结合。
- 自由能： MM/GBSA 分析显示，PF 通常比 CHR 具有更强的结合亲和力（更负的 $\Delta G_{bind}$ ），特别是在与 ChEs 结合时（例如 PF/AChE: -77.1 kcal/mol）。
- 动力学： DCCM 和 PCA 分析证实，配体结合诱导了 ntSI 和 ChE 复合物的稳定构象状态，而 MGAM 亚基表现出更大的动态波动。

意义与主张
作者声称，本研究证明了菊望梅叶提取物及其衍生的硒纳米颗粒在管理 DM 和 DACD 方面具有“极具前景的多功能潜力”。具体而言：

增强的生物活性： 绿色合成的 OSL-SeNPs 与粗提取物相比，显著增强了针对特定靶点的抗氧化和抗糖尿病（MAG 抑制）活性，这可能是由于纳米颗粒增加了表面积并形成了有序结构，从而促进了多价相互作用。然而，这种增强并非普遍现象；与 OSL-ME 能抑制所有靶点不同，OSL-SeNPs 对 isomaltase、AChE 和 BChE 没有抑制活性。
安全性特征： 先导化合物（Chrysin 和 Phylloflavan）的高细胞活力和良好的 ADMET 特征表明其具有低风险的治疗候选潜力。
机制见解： 研究提供了观察到的活性的机制基础，将 MAG 和 ChEs 的抑制作用与通过 in silico 稳定性分析证实的特定植物化学相互作用（氢键、疏水接触）联系起来。
治疗策略： 该工作支持了这样一种假设：将植物源植物化学成分与生物源纳米颗粒相结合，可以产生一种多靶点方法，用于治疗复杂的糖尿病及其认知并发症，为开发副作用更少的替代传统药物提供可能，尽管这会导致酶抑制谱发生明显的转变。

文章总结指出，虽然仍需进一步的实验研究以充分阐明机制和长期结果，但综合的 in vitro 和 in silico 证据使 OSL-ME 和 OSL-SeNPs 成为未来治疗开发的可行候选对象。

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