亮点
- •成功合成了硒纳米粒子(SeNPs)和植物提取物，并同时评估了它们的抗氧化潜力。
- •UHPLC-MS谱分析从两种薄荷属植物中鉴定出146种代谢物。
- •通过网络药理学分析，确定了8种关键生物活性化合物。
- •计算机模拟的ADMET和毒性分析支持了这些化合物在糖尿病治疗方面的药物特性潜力。
- •发现TNF、ALB、PTGS2靶点对糖尿病具有显著效果。
摘要
纳米技术与生物信息学及植物次生代谢物研究的融合具有显著的科学突破潜力。这种协同作用使我们能够更深入地理解植物次生代谢物的生物合成和功能，为开发制药、农业和可持续材料等领域的创新应用开辟了途径。本研究旨在检查薄荷提取物和基于薄荷的硒纳米粒子对改善氧化应激的效果，并评估植物代谢物中用于糖尿病管理的关键靶点。研究使用了两种不同种类的薄荷（即Mentha royleana和Mentha longifolia）以及基于薄荷的硒纳米粒子，浓度范围从32.5到500 μg/mL。基于体外抗氧化数据，M. royleana表现出最佳的抑制效果（即79.28%）和IC50值。相比之下，标准阳性药物（即抗坏血酸）在DPPH、ABTS、还原力、磷钼酸盐和过氧化氢测定中分别显示出82.8%、73.29%、69.47%、75.9%和68%的抑制率。基于M. royleana的SeNPs在DPPH和RPA测试中表现出较低的IC50值，分别为156.33 ± 6.72 μg/mL和215.85 ± 4.63 μg/mL，而M. longifolia植物提取物在ABTS和H2O2测试中的IC50值分别为211.37 ± 2.86 μg/mL和252.83 ± 2.88 μg/mL。此外，进行了代谢物的UHPLC-MS分析，并根据m/z分数、文献调查和NIST数据库确定了化合物。所有146种已鉴定的化合物进一步接受了筛选，检查了它们的物理化学特性、生物利用度评分、药物相似性评分和细胞毒性分析。最佳的8种差异表达生物活性代谢物用于SwissTargetPrediction、基因本体富集分析、KEGG通路和Cytoscape分析，以确定它们的基因靶点、细胞靶点、药物靶点和疾病靶点。通过Cytoscape分析筛选出薄荷的关键生物靶点，包括TNF、ALB、PTGS2、STAT3、CASP3、ESR1、EGFR、MAPK1、ERBB2和MAPK14，具有最高的度/分数。这表明这些核心基因对糖尿病具有显著的药理作用。此外，KEGG通路分析表明，大多数代谢物与激素调节、糖尿病、TNF信号通路、胰岛素受体信号、Ras信号通路和细胞周期调节有强关联。因此，研究表明薄荷提取物和硒纳米粒子具有改善ROS产生和糖尿病的能力。当前数据结合生物信息学工具揭示了这些化合物在管理糖尿病方面的巨大潜力。
引言
糖尿病（DM）长期以来一直是发展中国家和发达国家的主要问题，其特征是由于胰岛素合成或功能缺乏导致的持续高血糖[1]。氧化应激是2型糖尿病发展的主要因素，其潜在机制涉及激素失衡和炎症紊乱。这是一种可能影响健康细胞并将其转化为癌细胞的状况，原因是大量活性氧（ROS）的积累[2]。然而，这些负面影响可以通过使用药用植物来缓解，这些植物作为合成药物的有希望的替代品。
薄荷（Mentha），通常称为薄荷，因其药用特性而具有多种化妆品和治疗应用，并已被用作天然食品防腐剂[3]。薄荷属与多种次生代谢物相关，包括黄酮类、酚类化合物、精油和碳氢化合物，这些用于传统医学和烹饪香草[4]。尽管薄荷属植物提取物的化学成分各不相同，但植物化学成分具有重要特性[5]。
纳米技术为物理学、工程学、生物学和农业领域的众多新发现的开发和记录做出了贡献[6]。合成纳米粒子（NPs）使用多种技术，涉及物理、化学和生物方法。然而，生物方法已被确定为安全、环保且经济有效的NPs制造方法[3,7]。早期研究记录表明，薄荷属植物富含多种次生代谢物，如薄荷醇，这些在NPs生产过程中的还原和封端过程中至关重要[8]。绿色合成的硒NPs已被证明具有多种生物益处，包括抗菌、抗氧化、抗癌、抗疟疾和抗糖尿病特性[9]。已知SeNPs的几种抗氧化活性机制。ROS的产生对细胞信号传导至关重要，但过度和不适当的ROS产生会导致炎症性疾病，如癌症、糖尿病、心脏病和神经系统问题。在自然环境中，SeNPs的抗氧化清除能力类似于多酶催化活性，并迅速与自由基结合[10]。
网络药理学是一种成熟的方法，用于可视化和构建疾病-蛋白质-靶点-药物网络，可能有助于通过多变量方法评估药物分子机制[11]。为了预测草药的主要植物化学活性成分和潜在靶点蛋白，已开发了通过网络药理学分析的多变量靶点识别方法。
在本研究中，选择薄荷是因为它广泛的种植区域和在烹饪、制药和化妆品行业的各种应用。使用属于唇形科和薄荷属的Mentha royleana和Mentha longifolia叶提取物合成了硒纳米粒子（SeNPs）。Mentha royleana通常称为野薄荷，在巴基斯坦寒冷的山区发现。薄荷属植物因其富含与抗糖尿病和抗氧化特性相关的酚类和黄酮类化合物，经常用于传统医学。Mentha spicata已被用于SeNPs的绿色合成[12]，而使用天然化合物制备的SeNPs已显示出显著的抗糖尿病特性[13]。此外，通过植物衍生化合物合成的SeNPs的抗氧化活性也有报道[14]。然而，众所周知，即使在同一属内，物种的变化也会导致不同的植物化学谱，这强烈影响纳米粒子的形成、形态和活性。在这方面，我们的研究引入了薄荷属的不同物种用于SeNPs的合成，提供了具有独特尺寸和表面特性的纳米粒子。这些差异直接与所选物种的植物化学谱相关。因此，本研究不仅建立在现有报告的基础上，还通过展示薄荷属内物种水平的植物化学多样性如何转化为新的纳米粒子特性和生物活性，为研究贡献了新颖性，强调了在生物源纳米粒子研究中物种选择的重要性和影响。
尽管薄荷属植物和SeNPs越来越受欢迎，但缺乏将体外抗氧化测定、计算机模拟毒理学和药代动力学谱分析、基于网络药理学的靶点识别和薄荷化合物的毒理学评估相结合的综合研究，用于药物开发。因此，本研究设计为初步步骤，通过结合体外实验和计算方法（包括网络药理学分析），检查薄荷介导的SeNPs的体外抗氧化和抗糖尿病潜力，为未来的体内验证和治疗应用奠定基础。
研究内容
薄荷属植物的采集与鉴定
新鲜的Mentha royleana和Mentha longifolia叶片从巴基斯坦开伯尔-普赫图赫瓦省Upper Dir区采集（纬度：35° 12′ 20.99″ N，经度：71° 52′ 32.02″ E）。薄荷属物种的鉴定是在PMAS Arid Agriculture University Rawalpindi的植物分类学家指导下完成的。使用标准的分类学键进行了彻底的描述。采集的植物标本保存在Quaid-i-Azam大学的标本馆中。
植物源硒纳米粒子(SeNPs)的制备
Mentha royleana和M. longifolia因其传统和治疗特性而被选用于当前研究。提取物及其产生的基于薄荷的SeNPs被检查了抗氧化和抗糖尿病特性。关于薄荷和薄荷介导的SeNPs生产的实验在图2中讨论。
植物源SeNPs的表征
药用植物含有多种活性代谢物，包括初级和次级代谢物，这些代谢物负责纳米粒子的还原和稳定化。
结论
在当前研究中，Mentha royleana和Mentha longifolia植物提取物和NPs似乎是环保的。然而，M. royleana植物提取物表现出对抗氧化应激的最高潜力。基于M. royleana的SeNPs在所研究的NPs中表现出最高的抗氧化活性，在DPPH和RPA测试中IC50值较低，分别为156.33 ± 6.72 μg/mL和215.85 ± 4.63 μg/mL。相比之下，M. longifolia提取物在ABTS和H₂O₂测试中表现出有效活性。
【全文结束】
