成像质谱显微镜在中药研究应用专辑-不同产地药材研究案例盘点

药材产地的差异对药材的质量和药效有着显著的影响。‌不同产地的自然环境、气候条件、土壤类型等因素都会导致药材的品质和药效有所不同。如冬虫夏草‌：主要产于西藏那曲和青海玉树。西藏那曲的冬虫夏草生长在海拔4800米以上的高寒无污染地区，活性强，营养价值高，虫草酸、虫草素和腺苷的含量也最高‌。霍山铁皮石斛‌：主要产于安徽霍山。霍山地处大别山脉，海拔较高，昼夜温差大，空气湿润，土壤肥沃，水源清澈，这些因素共同作用造就了霍山铁皮石斛的天然优越品质‌。

产地差异不仅影响了药材的外观特征，还直接决定了其内在品质和药用价值。近年来，有中药研究机构使用质谱成像技术开展不同产地药材研究，岛津技术团队结合与药品检验机构合作案例及文献开展本次案例分享。

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前沿合作|利用显微质谱成像研究黄芩和滇黄芩中植物化学物质的差异分布^【1】

岛津中国创新中心与中国食品药品检验研究院研究团队合作，采用成像质谱显微镜（iMScope QT）研究了分析黄芩与滇黄芩中化学成分的空间分布并比较其差异，建立快速区分两种黄芩的方法，同时研究了黄芩素、黄芩苷、汉黄芩素及汉黄芩苷等主要黄酮类物质在黄芩中的累积位置。合作成果在2023年发表在《Arabian Journal of Chemistry》杂志上。

黄芩是唇形科植物黄芩(Scutellaria baicalensis Georgi ) 的干燥根，具有清热燥湿、泻火解毒等功效。现代化学成分及药理研究发现黄芩主要含有黄酮类成分，具有抗炎、抗肿瘤、抗菌、降压等多种药理活性。黄芩是我国常用的大宗中药材，随着中药产业的迅速发展，对黄芩药材的需求量不断增加，除《中国药典》历版收载的黄芩(Scutellaria baicalensis Georgi ) 外，还存在其他品种的使用。滇黄芩(Scutellariaamoena C.H.Wright)是黄芩的代用品之一，也为唇形科黄芩属植物的干燥根，是云南道地药材，药用历史悠久，是彝族、白族等多个少数民族的民族用药。滇黄芩中含有丰富的黄酮类物质，其总黄酮提取物经研究具有抗氧化、抗心律失常等药理活性。

根据成像质谱分析结果，4 种重要黄酮化合物黄芩素、汉黄芩素、黄芩苷及汉黄芩苷在不同产地滇黄芩和黄芩切片中的空间分布如图4所示。黄芩素及汉黄芩素广泛分布于滇黄芩整切片整体，而在黄芩切片中黄芩素及汉黄芩素则集中分布在死去的韧皮部，周边包围后续形成的落皮层栓皮，或分布于被木间栓皮环绕的死去的木质部区域。落皮层和木间栓皮的形成与死亡组织紧密相关，据报道黄芩素与植物细胞的程序化凋亡相关，根据分布特征，有理由推测汉黄芩素或许也是参与细胞凋亡过程的重要代谢物。

黄芩素与汉黄芩素在黄芩中的累积位置也可作为进一步提高有效成分提取效率的指导。落皮层与木间皮栓为次级结构，易于出现于老根中，因此，生长期更长的黄芩可能具有更高含量的黄芩素与汉黄芩素。此外，根据《中国药典》，黄芩的炮制方法要求去皮，但是根据成像质谱分析结果，黄芩素与汉黄芩素主要分布于外木栓层，因此需要重新考虑黄芩的炮制方法是否需要去除外皮。

黄芩苷与汉黄芩苷没有明显的分布区域，作为生物合成过程中黄芩素与汉黄芩素的下游代谢产物，两种糖苷类化合物的整体分布特点显示相关代谢酶在滇黄芩与黄芩中的广泛存在。

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药用植物快速鉴定：探讨质谱成像在物种鉴别中的适用性^【2】

近年来，质谱成像技术（MSI）为植物研究领域提供了新的思路。但是目前的MSI实验通常只包括单一批次的样本，引发了研究人员对不同批次植物次生代谢物分布研究结论可重复性思考。因此，MSI在物种鉴别方面应用较少。

本研究中采用MSI区分形态相似的大宗黄芩（Scutellaria baicalensis Georgi）和甘肃黄芩（Scutellaria rehderiana Diels），提出了“空间标记”概念，即具有种内相似性和种间差异的次生代谢物在空间分布特性的标记。通过对多个批次大宗黄芩和甘肃黄芩进行MSI分析，证明了使用空间标记进行鉴定是可靠且可重复的结论。

黄芩和甘肃黄芩多批药材中m/z 413.0624空间标记的MS图像。

(A)样品SB1−16中离子m/z = 413.0624的质谱图。(B)离子m/z的质谱图413.0624样品SR1−16。

黄芩和甘肃黄芩多批药材中m/z 383.0149空间标记的MS图像。

(A)样品SB1−16中离子m/z = 383.0149的质谱图。(B)离子m/z的质谱图383.0149样品SR1−16。

RF模型的外部验证结果

观察到的空间标记进一步通过原位质谱和液相色谱质谱进行了确认。此外，利用从MSI收集的图谱数据建立了物种鉴别算法模型，并经外部验证证实随机森林模型能够很好地对未知样本进行推断。总体而言，该研究成功探索了MSI在分析应用上的价值，并有助于快速鉴定药用植物。

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前沿合作 | 岛津成像质谱技术助力不同产地连翘研究^【3】

岛津中国创新中心与河北省药检院国家药监局中药材质量监测评价重点实验室研究团队合作，采用成像质谱显微镜（iMScope QT）研究了连翘中的主要活性成分的分布，并探讨了成像质谱显微镜用于连翘质量控制的新方法，合作成果在2024年7月发表在《Journal of Mass Spectrometry》杂志上。

连翘（Forsythia suspensa (Thunb.) Vahl）是木樨科连翘属灌木，广泛分布于山西、河南、陕西等地，以野生资源为主，具有显著的抗炎、抗菌、抗氧化和抗病毒活性。本研究子项目之一是采用iMScope QT测定了曹川和洛宁产地连翘化学成分质谱峰差异，提出了新的研究思路。

药物活性成分在连翘果实中的分布

本研究提出了一种以26种活性成分为指标的评价方法。对比2019年7月下旬采收的河南洛宁连翘和山西曹川连翘26种有效成分的相对含量。对每种成分，计算洛宁连翘和曹川连翘的质量峰面积比，并按以下标准进行标注:(1)如果两个比率大于1，则标记为“L”，否则标记为“C”;(2)如果三个比率大于1，则标记为“L +”，否则标记为“C+”。因此，仅以连翘酯苷A为指标，曹川果实更好；仅以连翘苷为指标，洛宁果实效果更好。显然，用一种或两种主要活性成分来评估真正的药物是不严谨的，可能会产生误导。

综合所调查的所有成分，洛宁连翘获得8个“L+”和5个“L”标记，曹川连翘获得5个“C+”和8个“C”标记。因此，在本研究中，洛宁连翘优于曹川连翘。

Relative contents of 26 active ingredients in Luoning and Caochuan fruits

以上内容是对研究文献的概述，如需了解详细内容，可根据以下文献目录搜寻全文。

参考文献

[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

岛津成像质谱显微镜iMScope QT

iMScope成像质谱显微镜是用于质谱成像分析的整合型仪器，前端搭载高分辨光学显微镜及大气压基质辅助激光解吸电离源（Atmospheric Pressure -MALDI，AP-MALDI），后端配置四极杆-飞行时间质谱仪（Q-TOF）iMScope既可以对样品进行形态学上的细微观察，又可以对特定的分子进行鉴定以及高分辨的可视化分布分析。