天麻（Gastrodia elata）为兰科天麻属多年生寄生草本植物，又名神草、赤箭、定风草、明天麻、水洋芋等。研究表明，天麻富含多酚、多糖、氨基酸、甾体和苷类化合物等多种生物活性成分，具有抗氧化、降血糖、抗炎、神经保护等生物活性作用。
多酚是一类广泛存在于植物中的次生代谢产物，其主要结构特征为至少有一个苯环上连接一个或多个羟基，目前被报道的酚类结构已超过8 000 种。植物多酚因其特殊的酚羟基结构，具有多种生理功能，如抗氧化、抗炎、抗癌、抑菌、降血糖等。多酚也是天麻的活性成分，但目前对其研究较少。
西南林业大学生物与食品工程学院的董仕豪、郭磊*，昭通学院的申开泽*等采用大孔吸附树脂纯化天麻多酚，再通过UPLC-四极杆-静电场轨道阱高分辨质谱（UPLC-Q-Exactive Orbitrap-MS）联用技术鉴定其多酚组成，进一步采用酶动力学分析天麻多酚对α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的抑制活性及动力学特征，旨在为天麻多酚的化学组成及其降血糖作用机制提供科学依据，并为天麻多酚资源的开发利用提供参考。
01
天麻多酚的组成分析
天麻多酚提取物在正负离子模式下的色谱峰谱图如图1所示。根据保留时间、一级碎片和二级碎片离子信息对化合物进行定性分析，经与标准品库、文献和人类代谢组数据库比对，共鉴定出30 种多酚类化合物，其碎片信息和初步鉴定的单体组成和结构式见表1、图2。天麻多酚中含量相对较高的化合物主要包括千层纸素甲-7-O-葡萄糖醛酸、樱花素和根皮素等。化合物1在负离子模式下的保留时间为7.18 min，有母离子m/z 459.09 [M—H]—，二级质谱产生m/z 283.06特征碎片离子，可知碎片为丢失一分子葡萄糖醛酸。与陈秋竹等鉴定出的千层纸素甲-7-O-葡萄糖醛酸碎片一致，因此确定化合物1为千层纸素甲-7-O-葡萄糖醛酸。化合物2在负离子模式下的保留时间为8.78 min，在m/z 285.08处有[M—H]—母离子峰，樱花素的分子离子为m/z 303.24 [M＋H]＋，但在负离子模式下可能出现m/z 285.08，表明该分子经过去质子的过程形成了负离子。碎片离子m/z 165.02是通过苯环裂解后形成的碎片离子，与樱花素的解离模式一致。以上数据与文献[18]报道基本一致，故鉴定该化合物为樱花素。化合物3在正离子模式下的保留时间为7.84 min，有母离子m/z 179.03 [M＋H]＋，二级质谱产生m/z 107.04 [M＋H—C8H8O4]＋特征碎片离子，与数据库中根皮素标准品吻合，因此确定化合物3为根皮素。化合物4在m/z 481.10有[M＋H]＋母离子峰，由此可以推断为杨梅素，断裂产生了一个m/z 319.06的二级碎片离子片段，其苷元为半乳糖苷（m/z 162），杨梅素连接着苷元，因此推断化合物4为杨梅素-3-O-半乳糖苷。化合物5在正离子模式下的保留时间为9.15 min，有母离子m/z 257.12 [M＋H]＋，产生的二级碎片离子有m/z 133.06，碎片离子为母离子失去一分子甲基基团得到的碎片峰，结合裂解规律与吴建雄等对紫檀芪的鉴定结果一致，因此确定化合物5为紫檀芪。化合物6在正离子模式下的保留时间为1.47 min，有母离子m/z 127.04 [M＋H]＋，苯环裂解产生一个带有氧的苯基离子碎片m/z 139.04，其质谱信息与张佳等鉴定的间苯三酚结果相符，因此确定化合物6为间苯三酚。化合物7在正离子模式下的保留时间为12.52 min，有母离子m/z 255.07 [M＋H]＋，二级质谱产生m/z 153.00特征碎片离子与布比阿加尔·哈依拉提等鉴定出的白杨素碎片一致，因此确定化合物7为白杨素。化合物8在正离子模式下的保留时间为8.80 min，有母离子m/z 153.05[M＋H]＋，裂解丢失一分子乙酰基基团产生碎片离子m/z 107.05，其质谱信息与2’,4’-二羟基苯乙酮标准品的数据相符合，因此确定化合物8为2’,4’-二羟基苯乙酮。化合物9在正离子模式下的保留时间为8.26 min，有母离子m/z 275.13 [M＋H]＋，二级质谱产生m/z 151.08碎片离子，与数据库中石斛酚标准品数据吻合，因此确定化合物9为石斛酚。化合物10在正离子模式下产生母离子m/z 257.10，碎片离子为m/z 137.02 [M＋H—C8H8O]＋，与防己茯苓汤中甘草素的质谱信息相符，因此推测化合物10为甘草素。化合物11在负离子模式下的保留时间为10.82 min，有母离子m/z 295.05 [M—H]—，二级质谱产生m/z 179.03特征碎片离子，与林结玲等鉴定出的咖啡酸基苹果酸碎片一致，因此确定化合物11为咖啡酸基苹果酸。化合物12在负离子模式下的保留时间为8.96 min，有母离子m/z 269.05 [M—H]—，脱去一分子H2O后通过逆狄尔斯-阿德尔反应（retro Diels-Alder reaction，RDA）裂解产生碎片离子m/z 162.84，与陈宁等鉴定出的黄芩素碎片一致，因此确定化合物12为黄芩素。化合物13在负离子模式下显示母离子m/z 423.18 [M—H]—，碎片离子为m/z 261.15 [M—H—C9H6O3]—。该化合物在A环8位连接了1 个薰衣草烷基，这与文献[29]报道的脱薰衣草烷基二氢黄酮类化合物碎片途径一致，因此推测化合物13为槐黄烷酮G。化合物14在正离子模式下的保留时间为8.06 min，有母离子m/z 243.10 [M＋H]＋，产生的二级碎片离子m/z 149.06，通过比对文献[30]，化学物14被鉴定为松茋。化合物15的保留时间为11.67 min，在正离子模式下母离子为m/z 481.10 [M＋H]＋，主要离子碎片为m/z 319.04，结合文献[31]和数据库确定化合物15为栎草亭-7-O-葡萄糖苷。化合物16在正离子模式下产生的保留时间为8.25 min，有母离子m/z 243.10 [M＋H]＋，产生二级碎片m/z 135.04，与焦春伟等鉴定出白藜芦醇-4’-甲醚碎片一致，因此确定化合物16为白藜芦醇-4’-甲醚。化合物17的保留时间为12.45 min，在正离子模式下母离子峰为m/z 229 [M＋H]＋，同时主要碎片离子为m/z 135，结合相关文献[33]确定化合物17为白藜芦醇。化合物18在正离子模式下的保留时间为1.78 min，有母离子m/z 291.1 [M＋H]＋，环内裂解产生碎片离子m/z 139.04，其质谱信息与儿茶素标准品的数据相符合，因此确定化合物18为儿茶素。化合物19在负离子模式下的保留时间为11.01 min，有母离子m/z 283.06 [M—H]—，二级质谱产生m/z 162.84碎片离子，结合文献[35]确定化合物19为高良姜素-3-甲醚。化合物20在负离子模式下的保留时间为10.82 min，有母离子m/z 295.05 [M—H]—，碎片离子m/z 179.03，与孙晶等鉴定出的龙血素C碎片信息一致，因此确定化合物20为龙血素C。化合物21在负离子模式下母离子峰为m/z 287.06 [M—H]—，二级质谱产生m/z 153.01碎片离子，结合文献[37]确定化合物21为去甲丁香色原酮。化合物22在正离子模式下的保留时间为12.52 min，有母离子m/z 255.07 [M＋H]＋，二级质谱产生m/z 153.00特征碎片离子，通过比对参考文献[38]确定化学物22为8-羟基芹菜素。化合物23的特征离子m/z 285.03，与柏无瑕鉴定的山柰酚-3-O-半乳糖苷结果一致，因此推测化合物23为山柰酚-3-O-半乳糖苷。化合物24在正离子模式下产生母离子m/z 317.07 [M＋H]＋，二级碎片离子m/z 302.04，与丹参提取物中泽兰黄酮的质谱信息相符，因此推测化合物24为泽兰黄酮。化合物25在正离子模式下的保留时间为12.25 min，有母离子m/z 579.17 [M＋H]＋，二级质谱产生m/z 271.07特征碎片离子，与姜浩等鉴定出的野漆树苷碎片信息一致，因此确定化合物25为野漆树苷。化合物26在m/z 287.06处有[M＋H]＋母离子峰、碎片离子m/z 153.02，这与雷舒雯对2’-羟基金雀异黄素的鉴定结果一致，因此推测化合物26为2’-羟基金雀异黄素。化合物27在正离子模式下的保留时间为9.27 min，有母离子m/z 273.11 [M＋H]＋，二级质谱产生m/z 137.06特征碎片离子，与张欣珂等鉴定出的3’-羟基紫檀芪碎片信息一致，因此确定化合物27为3’-羟基紫檀芪。化合物28在m/z 285处有[M—H]—母离子峰、碎片离子m/z 151，这与周德勇等对山柰酚的鉴定结果一致，因此推测化合物28为山柰酚。化合物29在正离子模式下的保留时间为8.50 min，有母离子m/z 273.08[M＋H]＋，失去1 个CO后通过RDA裂解得二级碎片离子m/z 153.02，这与韩硕等对柚皮素的鉴定结果一致，因此推测化合物29为柚皮素。化合物30在负离子模式下的保留时间为6.35 min，有母离子m/z 179.03 [M—H]—，产生的二级碎片离子为m/z 135.05，其为母离子失去1 个CO2得到的[M—CO2—H]—碎片峰，这与李进发对咖啡酸的鉴定结果一致，因此推测化合物30为咖啡酸。
综上所述，利用UPLC-Q-Exactive Orbitrap-MS技术在天麻多酚提取物中共鉴定出30 种多酚类化合物，包括黄酮类化合物23 种（千层纸素甲-7-O-葡萄糖醛酸、樱花素、根皮素、杨梅素-3-O-半乳糖苷、白杨素、甘草素、黄芩素、槐黄烷酮G、松茋、栎草亭-7-O-葡萄糖苷、白藜芦醇-4’-甲醚、白藜芦醇、儿茶素、高良姜素-3-甲醚、龙血素C、去甲丁香色原酮、8-羟基芹菜素、山柰酚-3-O-半乳糖苷、泽兰黄酮、野漆树苷、2’-羟基金雀异黄素、山柰酚、柚皮素）、酚酸类化合物2 种（咖啡酸基苹果酸、咖啡酸）和酚类化合物5 种（紫檀芪、间苯三酚、2’,4’-二羟基苯乙酮、石斛酚、3’-羟基紫檀芪）。部分化合物已被证明具有较好的降血糖活性，如白杨素可显著升高糖尿病大鼠体质量，降低大鼠血糖水平，同时可以升高糖尿病大鼠肝脏磷脂酰肌醇3-激酶、蛋白激酶B（Akt）及p-糖原合酶激酶3β（GSK-3β）的表达水平，预防治疗大鼠糖尿病。儿茶素通过激活AMP依赖的蛋白激酶（AMPK）信号通路促进葡萄糖的摄取和利用，提高细胞对胰岛素的响应，同时通过调节脂肪代谢和减少脂肪组织中的炎症反应降低胰岛素抵抗，改善胰岛素敏感性，从而降低血糖水平。山柰酚作用于Akt PH结构域激活Akt1，进而激活Akt1/GSK-3β通路，并作用于肿瘤蛋白p53靶点调节糖酵解过程，从而发挥调节葡萄糖转运、改善胰岛素抵抗的作用，从而达到降血糖的效果。同时，本研究中天麻多酚粗提物经XDA-7型大孔吸附树脂分离纯化后的纯度由24.60%提高到62.11%，天麻多酚中的活性成分含量被提高，因此天麻多酚可作为潜在降低血糖的功能性成分。
02
天麻多酚对淀粉消化酶的抑制作用
α -淀粉酶和 α -葡萄糖苷酶是碳水化合物消化的关键酶，直接影响血糖水平， α -淀粉酶主要通过随机水解淀粉中的 α -1,4糖苷键生成麦芽糖和葡萄糖， α -葡萄糖苷酶则通过顺序水解低聚糖释放出葡萄糖，从而导致血糖水平上升 。在天然产物降糖机制研究中同时评估这2 种酶的抑制活性，既能阐明其多靶点作用特征，也可为开发低副作用降糖制剂提供理论依据 。
2.1对
-淀粉酶的抑制作用如图3A所示，天麻多酚对α-淀粉酶的抑制率随着其质量浓度的增加而增加，表现出一定的量效关系。在相同质量浓度下，天麻多酚的抑制率略低于阿卡波糖，但当抑制剂质量浓度为0.5 mg/mL时，二者抑制率差异并不显著，分别为（91.31±4.35）%和（79.71±2.51）%。阿卡波糖和天麻多酚的IC50分别为（0.027±0.003）、（0.057±0.011）mg/mL。由此可知，天麻多酚对α-淀粉酶具有较好抑制效果，但不如阿卡波糖。因此，天麻多酚可作为潜在的α-淀粉酶抑制剂。
由图3B可知，天麻多酚对α-淀粉酶的抑制呈现以下动力学特征：双倒数曲线交汇于第3象限，且随抑制剂质量浓度增加，最大反应速率（vmax）和米氏常数（Km）同步降低。这与反竞争性-非竞争性混合抑制模式相符。通过Lineweaver-Burk方程参数分析，结合式（3）计算出天麻多酚对酶-底物复合物的解离常数（KIS＝0.116 0 mg/mL）显著低于其对游离α-淀粉酶的解离常数（KI＝0.137 5 mg/mL）（表2和图3C、D）。根据解离常数与结合强度的反比关系，可知天麻多酚更易与酶-底物复合物形成稳定结合，这种选择性结合机制可有效阻断底物转化过程，通过抑制淀粉向葡萄糖的转化途径实现降血糖效应。
2.2 对
-葡萄糖苷酶的抑制作用如图4A所示，天麻多酚对α-葡萄糖苷酶的抑制效应呈现剂量依赖性增长，其抑制率随天麻多酚质量浓度升高呈现先显著增强后趋于稳定的非线性剂量效应。在相同质量浓度梯度下，阿卡波糖表现出更强的抑制活性，但随质量浓度的升高，二者的抑制效果差异呈收敛趋势。当质量浓度为0.5 mg/mL时，二者抑制率分别为（94.67±1.15）%和（77.33±2.31）%。阿卡波糖和天麻多酚的IC50分别为（0.018±0.001）、（0.189±0.017）mg/mL。综上所述，天麻多酚对α-葡萄糖苷酶活性具有一定的体外抑制作用，但不如阿卡波糖，天麻多酚可作为潜在的α-葡萄糖苷酶抑制剂。
根据酶动力学分析结果可知，天麻多酚对α-葡萄糖苷酶的抑制呈现以下动力学特征：随抑制剂质量浓度梯度增加，Km显著递增而vmax逐渐下降，各质量浓度的抑制直线相交于第2象限（图4B），符合竞争性-非竞争性混合抑制的典型特征。天麻多酚抑制α-葡萄糖苷酶的Lineweaver-Burk方程见表3，通过Km/vmax与1/vmax对浓度的线性回归分析获得关键结合参数：天麻多酚与游离α-葡萄糖苷酶的解离常数（KI＝0.039 4 mg/mL）较其对酶-底物复合物的抑制常数（KIS＝10.040 7 mg/mL）低2 个数量级（图4C、D）。这表明抑制剂优先与游离酶构象结合形成稳定复合物，通过竞争性占据酶活性位点显著削弱底物催化效率，进而有效抑制淀粉类底物向葡萄糖的转化过程，该分子作用机制为天麻多酚的降血糖功能提供了酶学层面的理论依据。
讨论与结论
糖尿病是一种以血糖持续升高为特征的代谢性疾病，由胰岛素分泌不足或胰岛素作用受损引起。它是一种常见的慢性病，其中2型糖尿病是糖尿病的主要类型，占比约90%～95%。长期碳水化合物、脂肪和蛋白质的代谢失调会导致机体的多个系统受损，从而引发肾脏、神经系统和心脏等组织器官出现慢性进行性病变，最终可能导致这些器官功能下降甚至衰竭。当前，治疗和控制糖尿病的主要药物包括磺脲类和奈列类、α-糖苷酶抑制剂以及钠-葡萄糖共转运蛋白酶抑制剂、胰岛素等。这些药物在降低血糖和延缓疾病进展方面具有显著作用，但长期服用往往会引发腹胀、腹泻等不良反应。因此，研发具有降糖效果且安全性更高的药食同源类治疗药物成为目前糖尿病治疗领域的研究热点。本研究以天麻为原料，采用超声辅助酶法提取天麻多酚，经大孔树脂分离纯化后浓缩冷冻干燥得到纯化后天麻多酚样品，通过分析天麻多酚对α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的抑制作用及抑制类型，可知天麻多酚具有较好的降血糖活性，通过本研究证明开发天麻多酚作为降血糖药物具有广阔的应用前景。
本研究通过UPLC-Q-Exactive Orbitrap-MS技术对纯化后的天麻多酚提取物进行分析，共鉴定出30 种多酚类化合物，包含黄酮类化合物23 种、酚酸类化合物2 种和酚类化合物5 种，其中天麻多酚中鉴定出的多酚类化合物成分具有降血糖作用。例如，千层纸素甲-7-O-葡萄糖醛酸能够通过激活胰岛素信号通路的关键分子，其本身所具有的黄酮骨架是降血糖活性的核心，可通过氢键或疏水作用与核受体结合，调节糖脂代谢，其共轭体系可清除活性氧自由基，保护胰岛β细胞，间接改善血糖异常。C2＝C3双键和C4＝O羰基是黄酮类化合物发挥抗氧化和调节糖代谢的关键位点，可能通过清除自由基或激活AMPK等通路改善胰岛素抵抗。葡萄糖醛酸结构可能与酶活性中心竞争性结合，延缓碳水化合物的分解。紫檀芪是一种天然的二苯乙烯类化合物，结构类似于白藜芦醇，但因其甲氧基取代和更高的生物利用度，在降血糖方面表现出更强的活性。其降血糖作用主要是通过激活AMPK通路、抗氧化、抗炎等多重机制实现。甲氧基的疏水性可能促进与AMPK γ亚基的变构结合从而增强AMPK激活作用，4’-位修饰的调控可能增强过氧化物酶体增殖物激活受体α激活从而促进脂肪酸β-氧化，改善胰岛素抵抗力。其次，本研究系统地分析了天麻多酚对α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的抑制活性，并对其酶促反应动力学进行了分析，探究其降血糖活性。结果显示，天麻多酚对α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶均有抑制活性，且质量浓度越高，抑制活性越强。对α-淀粉酶为反竞争性-非竞争性混合抑制，IC50为（0.057±0.011）mg/mL；对α-葡萄糖苷酶为竞争性-非竞争性混合抑制，IC50为（0.189±0.017）mg/mL。综上所述，天麻多酚具有较好的体外α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制作用，表明天麻多酚具有潜在的降血糖作用，本研究结果为天麻作为降血糖功能药品、食品的开发利用提供科学依据。
本文《天麻多酚成分鉴定及其对
- 淀粉酶和- 葡萄糖苷酶的抑制作用》来源于《食品科学》2025年46卷第16期285-294页，作者：董仕豪 ，徐柠檬 ，付正建 ，申开泽 ，曾 顺超 ，范方宇 ，郭 磊。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250204-007。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。实习编辑：南伊；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网
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