成像質(zhì)譜顯微鏡在中藥研究應(yīng)用專輯-不同產(chǎn)地藥材研究案例盤點(diǎn)
發(fā)布時(shí)間:2025-03-04 閱讀次數(shù)：281次
藥材產(chǎn)地的差異對(duì)藥材的質(zhì)量和藥效有著顯著的影響。?不同產(chǎn)地的自然環(huán)境、氣候條件、土壤類型等因素都會(huì)導(dǎo)致藥材的品質(zhì)和藥效有所不同。如冬蟲夏草?：主要產(chǎn)于西藏那曲和青海玉樹。西藏那曲的冬蟲夏草生長(zhǎng)在海拔4800米以上的高寒無(wú)污染地區(qū)，活性強(qiáng)，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，蟲草酸、蟲草素和腺苷的含量也最高??；羯借F皮石斛?：主要產(chǎn)于安徽霍山?；羯降靥幋髣e山脈，海拔較高，晝夜溫差大，空氣濕潤(rùn)，土壤肥沃，水源清澈，這些因素共同作用造就了霍山鐵皮石斛的天然優(yōu)越品質(zhì)?。
產(chǎn)地差異不僅影響了藥材的外觀特征，還直接決定了其內(nèi)在品質(zhì)和藥用價(jià)值。近年來(lái)，有中藥研究機(jī)構(gòu)使用質(zhì)譜成像技術(shù)開展不同產(chǎn)地藥材研究，島津技術(shù)團(tuán)隊(duì)結(jié)合與藥品檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)合作案例及文獻(xiàn)開展本次案例分享。
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前沿合作|利用顯微質(zhì)譜成像研究黃芩和滇黃芩中植物化學(xué)物質(zhì)的差異分布【1】
島津中國(guó)創(chuàng)新中心與中國(guó)食品藥品檢驗(yàn)研究院研究團(tuán)隊(duì)合作，采用成像質(zhì)譜顯微鏡（iMScope QT）研究了分析黃芩與滇黃芩中化學(xué)成分的空間分布并比較其差異，建立快速區(qū)分兩種黃芩的方法，同時(shí)研究了黃芩素、黃芩苷、漢黃芩素及漢黃芩苷等主要黃酮類物質(zhì)在黃芩中的累積位置。合作成果在2023年發(fā)表在《Arabian Journal of Chemistry》雜志上。
黃芩是唇形科植物黃芩(Scutellaria baicalensis Georgi ) 的干燥根，具有清熱燥濕、瀉火解毒等功效。現(xiàn)代化學(xué)成分及藥理研究發(fā)現(xiàn)黃芩主要含有黃酮類成分，具有抗炎、抗腫瘤、抗菌、降壓等多種藥理活性。黃芩是我國(guó)常用的大宗中藥材，隨著中藥產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)黃芩藥材的需求量不斷增加，除《中國(guó)藥典》歷版收載的黃芩(Scutellaria baicalensis Georgi ) 外，還存在其他品種的使用。滇黃芩(Scutellariaamoena C.H.Wright)是黃芩的代用品之一，也為唇形科黃芩屬植物的干燥根，是云南道地藥材，藥用歷史悠久，是彝族、白族等多個(gè)少數(shù)民族的民族用藥。滇黃芩中含有豐富的黃酮類物質(zhì)，其總黃酮提取物經(jīng)研究具有抗氧化、抗心律失常等藥理活性。
根據(jù)成像質(zhì)譜分析結(jié)果，4 種重要黃酮化合物黃芩素、漢黃芩素、黃芩苷及漢黃芩苷在不同產(chǎn)地滇黃芩和黃芩切片中的空間分布如圖4所示。黃芩素及漢黃芩素廣泛分布于滇黃芩整切片整體，而在黃芩切片中黃芩素及漢黃芩素則集中分布在死去的韌皮部，周邊包圍后續(xù)形成的落皮層栓皮，或分布于被木間栓皮環(huán)繞的死去的木質(zhì)部區(qū)域。落皮層和木間栓皮的形成與死亡組織緊密相關(guān)，據(jù)報(bào)道黃芩素與植物細(xì)胞的程序化凋亡相關(guān)，根據(jù)分布特征，有理由推測(cè)漢黃芩素或許也是參與細(xì)胞凋亡過(guò)程的重要代謝物。
黃芩素與漢黃芩素在黃芩中的累積位置也可作為進(jìn)一步提高有效成分提取效率的指導(dǎo)。落皮層與木間皮栓為次級(jí)結(jié)構(gòu)，易于出現(xiàn)于老根中，因此，生長(zhǎng)期更長(zhǎng)的黃芩可能具有更高含量的黃芩素與漢黃芩素。此外，根據(jù)《中國(guó)藥典》，黃芩的炮制方法要求去皮，但是根據(jù)成像質(zhì)譜分析結(jié)果，黃芩素與漢黃芩素主要分布于外木栓層，因此需要重新考慮黃芩的炮制方法是否需要去除外皮。
黃芩苷與漢黃芩苷沒(méi)有明顯的分布區(qū)域，作為生物合成過(guò)程中黃芩素與漢黃芩素的下游代謝產(chǎn)物，兩種糖苷類化合物的整體分布特點(diǎn)顯示相關(guān)代謝酶在滇黃芩與黃芩中的廣泛存在。
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藥用植物快速鑒定：探討質(zhì)譜成像在物種鑒別中的適用性【2】
近年來(lái)，質(zhì)譜成像技術(shù)（MSI）為植物研究領(lǐng)域提供了新的思路。但是目前的MSI實(shí)驗(yàn)通常只包括單一批次的樣本，引發(fā)了研究人員對(duì)不同批次植物次生代謝物分布研究結(jié)論可重復(fù)性思考。因此，MSI在物種鑒別方面應(yīng)用較少。
本研究中采用MSI區(qū)分形態(tài)相似的大宗黃芩（Scutellaria baicalensis Georgi）和甘肅黃芩（Scutellaria rehderiana Diels），提出了“空間標(biāo)記”概念，即具有種內(nèi)相似性和種間差異的次生代謝物在空間分布特性的標(biāo)記。通過(guò)對(duì)多個(gè)批次大宗黃芩和甘肅黃芩進(jìn)行MSI分析，證明了使用空間標(biāo)記進(jìn)行鑒定是可靠且可重復(fù)的結(jié)論。
黃芩和甘肅黃芩多批藥材中m/z 413.0624空間標(biāo)記的MS圖像。
(A)樣品SB1?16中離子m/z = 413.0624的質(zhì)譜圖。(B)離子m/z的質(zhì)譜圖413.0624樣品SR1?16。
黃芩和甘肅黃芩多批藥材中m/z 383.0149空間標(biāo)記的MS圖像。
(A)樣品SB1?16中離子m/z = 383.0149的質(zhì)譜圖。(B)離子m/z的質(zhì)譜圖383.0149樣品SR1?16。
RF模型的外部驗(yàn)證結(jié)果
觀察到的空間標(biāo)記進(jìn)一步通過(guò)原位質(zhì)譜和液相色譜質(zhì)譜進(jìn)行了確認(rèn)。此外，利用從MSI收集的圖譜數(shù)據(jù)建立了物種鑒別算法模型，并經(jīng)外部驗(yàn)證證實(shí)隨機(jī)森林模型能夠很好地對(duì)未知樣本進(jìn)行推斷?？傮w而言，該研究成功探索了MSI在分析應(yīng)用上的價(jià)值，并有助于快速鑒定藥用植物。
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前沿合作 | 島津成像質(zhì)譜技術(shù)助力不同產(chǎn)地連翹研究【3】
島津中國(guó)創(chuàng)新中心與河北省藥檢院國(guó)家藥監(jiān)局中藥材質(zhì)量監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)合作，采用成像質(zhì)譜顯微鏡（iMScope QT）研究了連翹中的主要活性成分的分布，并探討了成像質(zhì)譜顯微鏡用于連翹質(zhì)量控制的新方法，合作成果在2024年7月發(fā)表在《Journal of Mass Spectrometry》雜志上。
連翹（Forsythia suspensa (Thunb.) Vahl）是木樨科連翹屬灌木，廣泛分布于山西、河南、陜西等地，以野生資源為主，具有顯著的抗炎、抗菌、抗氧化和抗病毒活性。本研究子項(xiàng)目之一是采用iMScope QT測(cè)定了曹川和洛寧產(chǎn)地連翹化學(xué)成分質(zhì)譜峰差異，提出了新的研究思路。
藥物活性成分在連翹果實(shí)中的分布
本研究提出了一種以26種活性成分為指標(biāo)的評(píng)價(jià)方法。對(duì)比2019年7月下旬采收的河南洛寧連翹和山西曹川連翹26種有效成分的相對(duì)含量。對(duì)每種成分，計(jì)算洛寧連翹和曹川連翹的質(zhì)量峰面積比，并按以下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)注:(1)如果兩個(gè)比率大于1，則標(biāo)記為“L”，否則標(biāo)記為“C”;(2)如果三個(gè)比率大于1，則標(biāo)記為“L +”，否則標(biāo)記為“C+”。因此，僅以連翹酯苷A為指標(biāo)，曹川果實(shí)更好；僅以連翹苷為指標(biāo)，洛寧果實(shí)效果更好。顯然，用一種或兩種主要活性成分來(lái)評(píng)估真正的藥物是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，可能?huì)產(chǎn)生誤導(dǎo)。
綜合所調(diào)查的所有成分，洛寧連翹獲得8個(gè)“L+”和5個(gè)“L”標(biāo)記，曹川連翹獲得5個(gè)“C+”和8個(gè)“C”標(biāo)記。因此，在本研究中，洛寧連翹優(yōu)于曹川連翹。
Relative contents of 26 active ingredients in Luoning and Caochuan fruits
以上內(nèi)容是對(duì)研究文獻(xiàn)的概述，如需了解詳細(xì)內(nèi)容，可根據(jù)以下文獻(xiàn)目錄搜尋全文。
參考文獻(xiàn)
[1]Lieyan H ,Lixing N ,Jing D , et al.Differential distribution of phytochemicals in Scutellariae Radix and Scutellariae Amoenae Radix using microscopic mass spectrometry imaging[J].Arabian Journal of Chemistry,2023,16(5):
【2】Huang L ,Nie L ,Wang X , et al.Rapid Authentication of Medicinal Plants: Exploring the Applicability of Mass Spectrometry Imaging for Species Discrimination.[J].Journal of the American Society for Mass Spectrometry,2024.
【3】Liu Y ,Wang C ,Chen Z , et al.Distribution of active ingredients and quality control of Forsythia suspensa with AP-MALDI mass spectrometry imaging.[J].Journal of mass spectrometry : JMS,2024,59(8):e5073.
iMScope QT
島津成像質(zhì)譜顯微鏡iMScope QT
iMScope成像質(zhì)譜顯微鏡是用于質(zhì)譜成像分析的整合型儀器，前端搭載高分辨光學(xué)顯微鏡及大氣壓基質(zhì)輔助激光解吸電離源（Atmospheric Pressure -MALDI，AP-MALDI），后端配置四極桿-飛行時(shí)間質(zhì)譜儀（Q-TOF）iMScope既可以對(duì)樣品進(jìn)行形態(tài)學(xué)上的細(xì)微觀察，又可以對(duì)特定的分子進(jìn)行鑒定以及高分辨的可視化分布分析。
質(zhì)譜成像原理示意圖
島津成像質(zhì)譜顯微鏡iMScope QT 的特點(diǎn)
? 5 μｍ高空間分辨率
? 顯微鏡觀察和質(zhì)譜成像分析的融合
? 高速分析，激光器掃描頻率高至 20 kHz，最快成像速度50 像素/秒
? 兼容LC-QTOF系統(tǒng)，一臺(tái)儀器同時(shí)完成定性、定量及定位分析
? 常壓MALDI，可以分析具有一定揮發(fā)性的樣品，如多環(huán)芳烴和姜黃素
? 配備完整的前處理基質(zhì)涂敷設(shè)備（基質(zhì)升華儀iMLayer 與全自動(dòng)噴霧儀iMLayer AERO）
? 簡(jiǎn)便、專業(yè)的成像分析軟件IMAGEREVEAL MS
撰稿人：豐偉剛
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