标题：Comparative metabolomic profiling and bioactivities of essential oils from different organs and geographic origins of Curcuma kwangsiensis
发表期刊：Food Chemistry: X
影响因子：9.2
合作单位：天津理工大学
百趣提供服务：风味组学(VOCs)
研究背景
本研究采集3个产地、5种器官的15份广西莪术，用水蒸气蒸馏提取精油(essential oil, EO)，再通过GC-MS检测出88种挥发性物质，这些物质以倍半萜类为主。通过差异分析筛选出31种差异标志物；通过体外试验证实块根、根茎的精油兼具优异抗肿瘤、抗炎与抗氧化活性，其中萜类活性成分与药效显著相关，证实了器官和产地显著影响了莪术精油的品质与生物活性。
研究结论
01.莪术的精油提取率
通过水蒸气蒸馏法提取来自不同产地莪术各器官的精油，发现根茎的精油提取率最高，其次是花、叶、须根，块根最低；同一器官在福绵、灵山、武鸣三地提取率明显不同：福绵根茎提取率最高，武鸣花精油含量最高（图1）。以上结果表明，器官类型、产地环境共同影响精油的积累，根茎是精油富集的主要部位。
图1.不同产地莪术各器官的精油提取率
注：L: 叶，F: 花，TR:块根，FR:须根，RH:根茎
FM: 福绵，LS:灵山，WM: 武鸣
02.基于GC-MS的代谢组分析
基于GC-MS对3个产地、5种器官共15份广西莪术精油进行检测，共鉴定出88种挥发性物质，包括含氧倍半萜、倍半萜烃、含氧单萜、单萜烃、呋喃、酮类、二萜及其他共8大类，其中含氧倍半萜占比最高。反式-β-榄香酮、反式-β-榄香烯、莪术烯、α-葎草烯、(E)-β-石竹烯在全部样品中都检出，为广西莪术特征成分，其含量受到产地、器官影响。通过PCA分析可知，器官是造成精油组分差异的重要内因，产地环境显著改变成分组成；而PLS-DA分析结果进一步印证了这几组精油间的显著差异（图2-3）。根据VIP＞1.5、P＜0.05筛选出31种差异成分，包含含氧倍半萜7种、倍半萜烃7种、含氧单萜8种、单萜烃7种等；反式-β-榄香酮、莪术烯、吉马酮在多组对比中均为差异标志物（表1）。
图2.不同莪术器官精油的差异
图3.不同地区莪术精油的差异
表1.不同产地莪术各器官精油的差异成分
03.莪术精油的细胞毒性
通过MTS法测定15组广西莪术挥发油对K562、A549、HepG2三种肿瘤细胞的体外抑制活性（图4）。在前期实验中发现100 μg/mL浓度下所有精油均表现明显抑瘤作用，进一步分析表明，灵山根茎、块根精油对K562、HepG2活性最优；福绵须根、花挥发油抑制A549效果突出。本研究首次系统报道广西莪术除根茎外其余器官精油的抗肿瘤活性，证实器官与产地直接决定精油的体外抑癌能力，灵山根茎、块根可作为优质抗肿瘤原料。
图4.莪术精油对三种肿瘤细胞的细胞毒性
04.莪术精油的抗炎活性
采用LPS诱导RAW264.7巨噬细胞NO释放模型评价精油的抗炎活性。100 μg/mL时各样品均表现出明显细胞毒性，因此选用无细胞毒的25 μg/mL开展正式实验。实验结果表明，各地块根整体抗炎效果最优，其中武鸣块根抑制活性最强，灵山块根、武鸣根茎次之（图5），说明产地和器官显著影响挥发油抗炎能力，块根是优良抗炎原料。
图5.莪术精油的抗炎活性
05.莪术精油的抗氧化活性
研究测定了莪术精油对DPPH、ABTS自由基的清除能力，来评估其抗氧化活性。实验结果表明，所有精油均具备抗氧化活性，不同器官、产地样品活性差异显著，块根与根茎精油的抗氧化能力显著优于叶、花、须根，其中福绵块根在两种方法中均表现最优（图6），说明器官和产地显著影响抗氧化强弱，块根、根茎是开发天然抗氧化剂的优选原料。
图6.莪术精油在DPPH、ABTS实验中的抗氧化活性
06.莪术精油的挥发性物质与生物活性间的相关性
本研究筛选出30种含量最高的挥发性物质及关键差异物，与生物活性做相关性分析（图7）。相关性分析结果表明，萜类特征组分是广西莪术挥发油体外活性的物质基础，器官、产地通过改变成分积累量最终造成药效差异。反式-β-榄香酮、β-石竹烯、α-葎草烯等含氧倍半萜、倍半萜烃与K562、A549、HepG2细胞抑制率呈显著正相关；莰烯、α-水芹烯等单萜烃和细胞毒活性负相关，高含量的榄香烯类是精油抗肿瘤的关键物质。诺卡酮、反式-β-榄香烯、蓝桉醇与精油的抗炎活性显著正相关；β-石竹烯、芳樟醇呈负相关，说明精油的抗炎作用为多成分协同、部分成分拮抗的综合结果。诺卡酮、吉马酮、吉马烯D、2,4-二甲基二苯甲酮和自由基清除能力高度正相关，是抗氧化特征标志物。
图7.莪术精油的挥发性物质与生物活性见的相关性
研究总结
本研究证实了产地与器官显著影响广西莪术精油的提取率、挥发性代谢物组成及体外生物活性。根茎精油提取率最高，块根、根茎精油的抗肿瘤、抗炎、抗氧化综合能力最强；31种萜类标志物与生物活性密切相关。综上，本研究为广西莪术精油的挥发性成分与生物活性之间的关系提供了初步见解，为未来的机制研究和潜在生物活性化合物的发现提供了有益线索。
