TransMIT AP-SMALDI质谱成像技术助力中医药研究发展

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2021.5.27

作者科瑞恩特

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今年五月，“2021年RCEP成员国传统药物研究国际高峰论坛暨新药研发与应用研讨会”在天津成功召开，中国工程院院士、天津药物研究院终身首席科学家刘昌孝在会上强调“中国更要把中药的药瓶子端在自己手里，而且要装自己高质量的中药”。此次传统药物研究国际高峰论坛，是激发传统药物发展的强大动力。

中药品质的安全有效主要取决于其中所含的药效成分和杂质，这就要求应用快速、可靠的分析方法来评价和控制中药材的质量。目前，多种离子化质谱技术已成功应用于多种中药中多种类型化学成分的检测，并可对多种中药的品质进行综合评价和质量控制。基质辅助激光解吸电离质谱作为一种先进的分子成像技术，可快速、可靠地可视化植物组织中的分子，并获取其分子量、空间位置及空间相对离子丰富等信息，因此在药用植物分析中受到了越来越多的关注。下面分享两篇TransMIT AP-SMALDI质谱成像技术在中药研究领域中的应用。

TransMIT AP-SMALDI质谱成像技术在贯叶金丝桃Xanthone生物合成部位研究中的应用

贯叶金丝桃（Hypericum perforatum），又称贯叶连翘，是藤黄科金丝桃属药用植物，具有抗菌、抗抑郁作用，能够调节情感障碍和情绪失调，有效防治抑郁症，在全世界已应用于超过3亿人的治疗，对皮肤病也具有非常好的治疗效果。其中Xanthone类化合物主要存在于贯叶金丝桃的根部，具有显著药理活性。然而，到目前为止，其生物合成部位与合成途径却鲜为人知。鉴于此，德国布伦瑞克工业大学Ludger Beerhues教授实验室运用常压基质辅助激光解析电离（TransMIT AP-SMALDI10）质谱成像技术原位揭示了Xanthone在根中的分部特征。其主要累积部位为根茎的外皮层和内皮层。研究成果于近日发表于权威植物科学期刊New Phytologist中（2018，217: 1099-1112）。如下图所示，Xanthone的整个合成过程和物质积累均发生在贯叶金丝桃根茎外皮层和内皮层，无迁移过程。这一研究结果表明，外皮层和内皮层作为根皮层的最外层和最内层，不仅能够控制水和溶液的储存与定向运输，其合成并累积的次生代谢产物Xanthone还是防御土传病原菌和线虫类动物的坚实化学屏障。

图1：贯叶金丝桃根部伸长区（a, b）和成熟区（c, d）横切面质谱成像图。（a）1,7-二羟基黄嘌呤，m/z 227.0348±0.01 Da [M-H]-，红色；（b）a图局部放大图；（c）1,3,6,7或1,5,3,6-四羟基黄嘌呤酮，m/z 259.0248±0.01 Da [M-H]-，红色；（d）c图局部放大图。空间分辨率5μm。

TransMIT AP-SMALDI质谱成像技术在甘草次生代谢物中的研究

毫无疑问天然产物是人类药物开发的宝库。质谱成像技术为天然产物化学家和植物学家提供了新的研究思路和手段。以“国老”甘草为例，其根茎中的黄酮类和皂苷类成分得到了精确的定位。如图2所示，TransMIT AP-SMALDI 10系统的高质量分辨率和质量精度确保了具有相同平均质量、紧密相邻的两个峰能够被分离出合适的选择性离子图像。图2b所示m/z相差0.02098的两个离子呈现出差异性，在甘草根茎中的数量和空间分布截然不同。如采用低质量分辨率质谱成像分析，甘草酸（m/z 861.36676）和甘草皂苷G2（m/z 861.38721）无法区分开，因此高空间分辨率和高质量分辨率是准确可视化平均质量相同的化合物的可靠保证。