質(zhì)譜技術(shù)(四)在中藥成分與質(zhì)量控制中的應(yīng)用
中藥成分鑒定中藥成分鑒定主要關(guān)注中藥活性物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)及結(jié)構(gòu)鑒定
其中,次級(jí)代謝產(chǎn)物如芳香類(lèi)、生物堿、萜類(lèi)、甾體類(lèi)和長(zhǎng)鏈脂肪族類(lèi)成分等,往往是中藥發(fā)揮其治療作用的物質(zhì)基礎(chǔ),因此,對(duì)中藥次級(jí)代謝物的研究至關(guān)重要。但中藥次級(jí)代謝產(chǎn)物研究存在已知物種類(lèi)和數(shù)量有限,未知物濃度低,且分離、發(fā)現(xiàn)和鑒定困難等問(wèn)題。
(1)次級(jí)代謝物的定性分析: 質(zhì)譜的高分辨率為定性的準(zhǔn)確性提供了保障。FT - ICR 是目前為止質(zhì)量準(zhǔn)確度和分辨率最高的質(zhì)譜儀,在蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)等對(duì)復(fù)雜生物樣品的分析研究中起到很大作用。Han 等比較了FT - ICR 直接進(jìn)樣法與液相色譜- FT - ICR 質(zhì)譜聯(lián)用法對(duì)中藥苦碟子注射液中化學(xué)成分的發(fā)現(xiàn)和鑒定能力。兩種方法可檢測(cè)到包括酚酸、核苷、黃酮和倍半萜內(nèi)酯等在內(nèi)的42 種一致
的化合物,直接進(jìn)樣雖比液質(zhì)聯(lián)用分析少測(cè)出5 種成分,但其分析時(shí)間只需2 min,說(shuō)明兩種方法定性效果相當(dāng),但直接進(jìn)樣法有效縮短了分析時(shí)間,適用于中藥成分的高通量、快速識(shí)別鑒定。Xu 等采用LC - QTOF 技術(shù),發(fā)展了一種新的定性策略,對(duì)吳茱萸湯中的化合物進(jìn)行了定性研究。采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理方法,經(jīng)過(guò)質(zhì)量精確篩選、質(zhì)量缺失過(guò)濾、碎片過(guò)濾及干擾離子過(guò)濾,去除假陽(yáng)性,使定
性結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠。35 min 內(nèi)即可對(duì)23 種吳茱萸堿及其類(lèi)似生物堿、12 種類(lèi)檸檬苦素、17 種姜辣素、38 種人參皂苷、15 種黃酮、16 種有機(jī)酸、14 種生物堿和5 種皂角苷等168 種化合物進(jìn)行定性。二維色譜- 質(zhì)譜聯(lián)用,適合于中藥復(fù)雜次級(jí)代謝物的定性分析。全二維GC-MS 通過(guò)調(diào)制器將不同分離機(jī)制的兩根氣相色譜柱進(jìn)行偶聯(lián),極大地增強(qiáng)了分析靈敏度、分辨率和峰容量,全二維氣相色譜的族分離特性,有利于中藥未知化合物的定性。如Qiu 等利用全二維氣相色譜- 飛行時(shí)間質(zhì)譜法鑒定出人參中36 種萜類(lèi)化合物,建立了人參藥材的萜類(lèi)圖譜。二維LC-MS 與一維LC-MS 相比,具有更強(qiáng)的分辨能力,Li 等發(fā)展了LCxLC - QTOF - MS 的方法,用于白花蛇舌草提取物中黃酮和環(huán)烯醚萜苷的分析,可實(shí)現(xiàn)黃酮醇苷、?;S酮醇苷和環(huán)烯醚萜苷及一些新的黃酮類(lèi)化合物的準(zhǔn)確鑒定。
(2) 次級(jí)代謝物的定量分析: 通過(guò)定量準(zhǔn)確的三重四極桿質(zhì)譜或者高分辨質(zhì)譜等技術(shù),可達(dá)到對(duì)有限數(shù)量中藥次級(jí)代謝物的靶向分析,從而極大地提高了分析靈敏度和選擇性,且抗干擾能力強(qiáng),可對(duì)中藥單一成分,某一類(lèi)成分或者多種類(lèi)成分進(jìn)行準(zhǔn)確定量。金石蠶苷為傳統(tǒng)中藥廣東紫珠藥材的主要活性成分,Qian 等首先采用10%三氯乙酸進(jìn)行蛋白沉淀法對(duì)給藥后大鼠血漿的金石蠶苷進(jìn)行有效提取,再使用超高效液相色譜,以含0. 1% 甲酸的純水溶液和乙腈作為流動(dòng)相,Waters 公司的BEH C18色譜柱( 2. 1 mm × 100 mm,1. 7 μm) 進(jìn)行分離,最后通過(guò)四極桿- 飛行時(shí)間質(zhì)譜進(jìn)行檢測(cè),建立了大鼠血漿中金石蠶苷的穩(wěn)定、準(zhǔn)確、快速的分析方法。結(jié)果顯示,金石蠶苷的線性范圍為50 ~ 10 000ng /mL,相關(guān)系數(shù)均大于0. 99,且日內(nèi)和日間精密度均小于7. 97%,準(zhǔn)確度范圍為7. 00%~ 3. 36%。此方法為大鼠血漿中金石蠶苷的藥代動(dòng)力學(xué)研究提供了技術(shù)支撐。Nardin 等使用在線固相萃取前處理,利用高分辨Q - Orbitrap 質(zhì)譜全掃描結(jié)合自動(dòng)二級(jí)掃描方式,在140 000 分辨率的條件下,對(duì)中藥提取物中的生物堿類(lèi)化合物( 包括經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)驗(yàn)證的35 種,通過(guò)質(zhì)量數(shù)、保留規(guī)律及參考文獻(xiàn)裂解規(guī)律進(jìn)行確認(rèn)的48 種生物堿,以及通過(guò)文獻(xiàn)信息、精確質(zhì)量數(shù)及同位素分布進(jìn)行確認(rèn)的250 種生物堿) 進(jìn)行了靶向和非靶向定量分析。該方法準(zhǔn)確穩(wěn)定,生物堿類(lèi)物質(zhì)的回收率相對(duì)偏差為7. 4%,精密度均小于10%,且方法的線性范圍寬,檢出限為0. 04 ~ 10 μg /L,線性高濃度可達(dá)1000 /3000 μg /L,線性相關(guān)系數(shù)均達(dá)到0. 99 以上。Chang 等使用LC - QQQ,建立了73 個(gè)種類(lèi)的次級(jí)代謝物,包括生物堿、蒽醌衍生物、香豆素類(lèi)、香豆素衍生物、黃酮類(lèi)、黃酮苷類(lèi)、萘的衍生物、苯基丁酮吡喃葡萄糖苷、酚酸、紫檀烷、苯乙烯、二苯乙烯衍生物和單寧等多種類(lèi)物質(zhì)的定量方法,分析了中藥配方制劑與其來(lái)源植物藥之間化學(xué)成分的關(guān)系。
二、中藥質(zhì)量控制中藥質(zhì)量關(guān)乎其用藥安全及藥效的發(fā)揮
目前中藥種植技術(shù)未實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化,并且生產(chǎn)加工過(guò)程缺乏相應(yīng)的監(jiān)管,造成中藥質(zhì)量參差不齊,亟需對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行控制。中藥質(zhì)量控制涉及到中藥成分分析、外源性污染物檢測(cè)、生產(chǎn)過(guò)程控制和體內(nèi)過(guò)程分析研究等方面。傳統(tǒng)的質(zhì)量控制方法,只對(duì)特定的一種或者幾種藥物活性物質(zhì)本身或者前體進(jìn)行定性定量分析,不能完整、全面地反映中藥的質(zhì)量特征。近年來(lái),隨著完整、系統(tǒng)性的中藥質(zhì)量控制需求,代謝指紋分析法及色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在中藥質(zhì)量控制領(lǐng)域的應(yīng)用更加廣泛,質(zhì)控技術(shù)包括了生物色譜、色譜- 質(zhì)譜、光譜、DNA 技術(shù)及代謝指紋分析等。
(1) 中藥安全性控制: 中藥無(wú)機(jī)元素的含量及分布與中藥質(zhì)量、分級(jí)和毒性密切相關(guān)?;贗CP-MS 檢測(cè)中藥的痕量及重金屬元素,可用于中藥的安全性檢查。如硫磺熏蒸是一種傳統(tǒng)的中藥材養(yǎng)護(hù)方法,具有干燥、增白、防蟲(chóng)、防腐和防霉變等作用,在中藥材及飲片的加工貯藏過(guò)程中應(yīng)用普遍。但硫磺熏蒸后,中藥材及飲片中會(huì)殘留大量的二氧化硫,為保證安全性,有必要對(duì)二氧化硫的殘留量進(jìn)行檢測(cè)。王曉偉等建立了基于ICP - MS /MS 技術(shù)測(cè)定中藥中二氧化硫的方法,采用氧氣作為反應(yīng)氣,提高了二氧化硫定量的選擇性和靈敏度,方法準(zhǔn)確,干擾小,檢出限低且通量高,可對(duì)中藥生產(chǎn)保存過(guò)程的硫磺熏蒸環(huán)節(jié)的硫元素濫用進(jìn)行有效監(jiān)督。此外,農(nóng)殘檢測(cè)也是中藥安全性分析及質(zhì)量控制的重要方面。QuEChERS( Quick,Easy,Cheap,Effective,Rugged,Safe) 技術(shù)用于中藥農(nóng)殘?zhí)崛≈苽渚哂锌焖?、方便、廉價(jià)、有效、耐用和安全的特點(diǎn),如Palenikova 等使用QuEChERS 進(jìn)行樣品凈化前處理,采用GC - MS 對(duì)銀杏保健制品中的150 種農(nóng)藥進(jìn)行了快速、準(zhǔn)確分析測(cè)定。Nie 等使用QuEChERS 樣品制備/氣相色譜- 負(fù)化學(xué)電離串聯(lián)質(zhì)譜,同時(shí)測(cè)定了中藥中107 種農(nóng)藥殘留,負(fù)化學(xué)電離具有高靈敏度和高選擇性,適合于具有吸電子基團(tuán)的化合物的分離,而且背景干擾。
(2)不同產(chǎn)地來(lái)源的中藥區(qū)分: ICP - MS 進(jìn)行多種元素的同時(shí)測(cè)定后,結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)等統(tǒng)計(jì)學(xué)分析手段,可對(duì)中藥的真?zhèn)巍a(chǎn)地、品種和生產(chǎn)方式進(jìn)行鑒別,以區(qū)分不同品種、不同產(chǎn)地、不同生產(chǎn)過(guò)程、不同來(lái)源及級(jí)別的中藥。如Chen 等對(duì)四川和安徽產(chǎn)地的石菖蒲根莖中的40 種元素進(jìn)行了ICP - MS 分析,通過(guò)偏最小二乘判別分析和t 檢驗(yàn)篩選出了鋅和釤兩種元素,可以快速有效區(qū)分四
川和安徽兩個(gè)產(chǎn)地的中藥石菖蒲根莖樣品。另外,Tang 等采用微波輔助提取,HPLC - ICP - MS 對(duì)不同產(chǎn)區(qū)金銀花中的砷元素形態(tài)進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)不同產(chǎn)地金銀花中的砷形態(tài)分布有顯著性差異,這種差異有望成為不同產(chǎn)地金銀花的區(qū)分標(biāo)志。
(3)中藥質(zhì)量分級(jí): MALDI - TOF MS 作為一種軟電離技術(shù),廣泛應(yīng)用于中藥活性成分識(shí)別、生物堿分析、中藥復(fù)雜基質(zhì)內(nèi)小分子化合物的測(cè)定、蛋白組學(xué)分析及植物組織的直接分析等方面。Bai等建立了基于MALDI-TOF-質(zhì)譜成像( Mass spectrometry imaging,MSI) 方法,通過(guò)簡(jiǎn)單的樣品制備過(guò)程,對(duì)植物組織進(jìn)行直接成像分析,可實(shí)現(xiàn)化合物的快速定位和定量,該研究通過(guò)人參軟木組織的離子圖像數(shù)據(jù)結(jié)合后續(xù)主成分分析( Principal components analysis,PCA) ,對(duì)生長(zhǎng)2,4,6 年的人參進(jìn)行了區(qū)分。
(4)中藥真?zhèn)舞b別: 環(huán)境離子化質(zhì)譜的進(jìn)樣和離子化過(guò)程均在開(kāi)放的大氣壓環(huán)境中進(jìn)行,且不需樣品前處理,節(jié)省了費(fèi)時(shí)的前處理步驟及處理成本,近年來(lái)被廣泛用于植物成像。實(shí)時(shí)直接分析( Direct analysis in real time,DART) 是一種應(yīng)用廣泛的環(huán)境離子化技術(shù),已經(jīng)用于中藥領(lǐng)域研究。如李樂(lè)樂(lè)等將DART 離子源與高分辨率Orbitrap 質(zhì)譜聯(lián)用,建立了一種用于黃芩藥材快速定性定量的分析方法,該方法適用于復(fù)雜基質(zhì)條件下對(duì)中藥的指標(biāo)性成分進(jìn)行快速分析,方法準(zhǔn)確、快速、簡(jiǎn)便且綠色,可為中藥材、飲片以及中成藥的分析和質(zhì)量控制提供參考。CE - MS 適用于中藥極性物質(zhì)的分析。Liu 等采用CE - 納升噴霧MS 建立了以生物堿為指標(biāo),用于黃連質(zhì)量鑒別的研究方法,使用納升多孔噴霧器,極大地提高了分析靈敏度,檢出限可達(dá)到18 ~ 24 fg,比超高效液相色譜( UHPLC) - MS
的靈敏度高1 000 倍,且重復(fù)性好,信號(hào)穩(wěn)定,CE - MS 有望成為中藥質(zhì)量鑒別的有效方法。Ning等采用HPLC - QQQ - MS,提出了比多組分單一標(biāo)準(zhǔn)( Single standard to determine multi - components,SSDMS) 更加優(yōu)越的質(zhì)量控制方法,定性出18 種活性皂苷成分,用于人參屬植物的鑒別表征。Chen等采用LC - QTOF - MS,對(duì)肉桂皮、肉桂枝和肉桂心的代謝指紋進(jìn)行了分析,通過(guò)8 個(gè)化合物的檢出率結(jié)合主成分分析,區(qū)分了不同部位的肉桂樣品,揭示了肉桂質(zhì)量控制的化學(xué)基礎(chǔ)。
(5)中藥生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控: 羅益遠(yuǎn)等[對(duì)何首烏炮制前后24 種無(wú)機(jī)元素進(jìn)行了ICP - MS 分析,揭示了何首烏炮制前后10 種無(wú)機(jī)元素的不同變化規(guī)律,為該藥材的質(zhì)量控制及安全性評(píng)價(jià)提供了參考依據(jù)。Cai 等采用全二維氣相色譜- 飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用對(duì)非煙熏和硫磺熏蒸金銀花的揮發(fā)性成分進(jìn)行了分析,鑒定出包括呋喃、堿、酸、醛、酮、醇、萜類(lèi)、酯類(lèi)等73 個(gè)金銀花有代表性的揮發(fā)油成分,該方法已成功地應(yīng)用于金銀花及其相關(guān)藥材和制劑的快速準(zhǔn)確質(zhì)量評(píng)價(jià)中,同樣的方法也可應(yīng)用于白芷的質(zhì)量評(píng)價(jià)。
(6)張俊杰課題組在中藥質(zhì)量控制方面也做了研究: Xing 等利用GC - MS 技術(shù),結(jié)合多變量統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,比較了柴胡生品及不同種類(lèi)柴胡經(jīng)醋炮制前后揮發(fā)性組分的差異,通過(guò)NIST05 檢索匹配并結(jié)合文獻(xiàn)定性,共指認(rèn)了59 種成分,約占總成分的75%,結(jié)果表明柴胡用醋炮制后揮發(fā)油的含量顯著降低,經(jīng)不同種類(lèi)醋炮制后其揮發(fā)油種類(lèi)及含量也發(fā)生了不同的變化,為柴胡的生產(chǎn)過(guò)程及質(zhì)量評(píng)定提供了一定依據(jù)。本草記載款冬花花蕾未開(kāi)花時(shí)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)方可采收,但并未明確指出具體采收時(shí)期,導(dǎo)致市場(chǎng)上款冬花蕾質(zhì)量參差不齊。薛水玉等采用基于GC - MS 的植物代謝組學(xué)技術(shù),研究了不同生長(zhǎng)發(fā)育階段款冬花序芽,從化學(xué)角度闡明了其10 月、11 月和12 月的代謝組成相近,與3 月、9 月的化學(xué)組分差異顯著,并指認(rèn)了54 個(gè)代謝產(chǎn)物,為確定款冬花的適宜采收期奠定了基礎(chǔ)。另外還對(duì)不同藥用部位( 花蕾,葉子,花梗和根) 的款冬藥材的代謝組分進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)與花蕾相比,花梗中所含的化學(xué)成分很少,而根和葉子中的化合物則較多。但由于指認(rèn)的成分多為初級(jí)代謝產(chǎn)物,需借助其他技術(shù)手段( 如LC - MS) 對(duì)不同藥用部位進(jìn)行進(jìn)一步評(píng)價(jià)。Li 等利用GC - MS 技術(shù)將中藥黃芪的傳統(tǒng)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)甜度歸屬到7 種甜味成分,確定了依據(jù)甜度評(píng)價(jià)黃芪的化學(xué)物質(zhì)基礎(chǔ),并發(fā)現(xiàn)這些指標(biāo)與傳統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)黃芪甲苷、毛蕊異黃酮苷和多糖的含量等具有很強(qiáng)的正相關(guān)性。
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