成像质谱显微镜在中药研究应用专辑-化学成分组织分布研究案例盘点
目前，中药药效物质研究有了诸多成果，建立了中药材化学成分与有效成分的联系，随着分子成像技术的发展，如质谱成像技术在中药研究领域的热度持续升高，早期主要应用于药材活性或指标成分鉴定和空间分布研究。通过研究药材化学成分组织分布规律，可能对化学成分-组织分布-质量研究有一定帮助，岛津技术团队对相关文献做了汇总，供行业参考。
质谱成像原理示意图
三叶青是特有珍稀名贵药材，富含黄酮类、酚酸类、多糖类等多种活性物质，常用来治疗小儿发高烧、肺炎、喉咙痛等，同时也表现出潜在的抗肿瘤作用。了解活性成分的空间分布对于研究化合物的生物合成机制，药材质量评价，辅助新药研究均有非常重要的意义，本研究对黄酮类和酚酸类活性成分的分布及生物合成机制做了相关工作。
三叶青块根样品的光学图像、ROI区域设定与TIC图
三叶青块根样品横切面
三叶青根茎中黄酮类化合物质谱图像示例
三叶青根茎中酚酸类化合物质谱图像示例
采用成像质谱显微镜iMScope QT同时对三叶青块根中19种黄酮类和4种酚酸类活性成分进行了原位可视化分析。多数黄酮类化合物在维管柱→皮层→表皮含量依次升高，少数呈现不同的分布趋势，且黄酮类化合物含量从维管柱的外部到内部逐渐降低。酚酸类化合物在表皮含量最高，除表皮外，水杨酸在皮层具有较高含量，而其它三种化合物在维管柱中含量相对较高。
本研究首次采用基质辅助激光解吸质谱（MALDI-TOF-MSI）和网络药理学方法可视化研究了紫花前胡代谢产物香豆素类的空间分布和抗炎机制，确定了其组织定位和作用机制。MALDI-TOF-MSI共鉴定出27种香豆素类物质，主要集中在根的皮层、周皮和韧皮部。
紫花前胡中部分代表性香豆素的质谱图像
医家在明清时期就已将当归明确分为全归（整根）、归头（根头）、归身（主根）、归尾（支根）等规格，进行分部入药，全归补血活血，归头止血，归身补血，归尾破血祛瘀，药效差异的化学物质基础与药性紧密相关。
收获期当归的归头、归身、归尾及根皮部位在正离子模式下进行MALDI-TOF MS质谱成像分析，分别解析出55、49、50、30 种化合物。检测出的化合物多为烯烃类、酯类等挥发油类化合物及少数有机酸类和糖类。不同药用部位存在差异性化合物，仅在归头中发现的化合物有：香芹酚、Z-亚丁基苯酞、角鲨烯，正庚烷、戊基苯；归身有：1,2-二乙苯2，9-二甲基癸烷硬脂酸、正十四烷、E-7-十四醇；归尾：亚麻酸甲酯、棕榈酸、愈创醇/蓝桉醇/(-)-异长叶醇/百秋里醇、壬-环丙烷；根皮：6- 羟甲基 -2，3-二甲基甲醇。挥发油、有机酸和糖类在不同药用部位中的分布存在差异，并与不同药用部位功效差异表现出高度关联性，可为当归不同药用部位化合物功效差异的原因提供理论基础。
白芷中香豆素类被认为是具有多种药理作用的代表性成分。基于基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF-MSI）技术，建立白芷主根和侧根中香豆素的空间分布分析方法。同时，实现了白芷根中香豆素的空间可视化。
MALDI-TOF-MSI共在主根中检测到37种香豆素，在侧根中检测到36种香豆素。结果表明：香豆素在主根中的含量高于侧根。白芷主根的香豆素主要集中在周皮、皮层和韧皮部，侧根的香豆素主要集中在韧皮部。
植物中含有许多次生代谢物，有时它们被用作香料和草药。然而，代谢物的三维分布通常是未知的。在本研究中，我们对姜黄主要成分姜黄素的空间分布进行了研究。由于干姜黄样品很难用现有的显微切片技术进行切片，本文提出了一种新的切片方法，分析了姜黄中姜黄素在不同切片方向上的二维分布。
姜黄素在轴向和径向的分布
轴向切片上姜黄素颗粒的特征排列分布
通过观察轴向和径向切片，我们发现姜黄具有非常规则的内部结构，而姜黄素就被封闭在管状结构中。本研究首次对干燥且硬度大的样品进行MSI 分析，这表明对诸多类似的样品进行可视化分析并获取次生代谢物分布信息是十分可行的。当获得某一类活性成分的空间分布信息时，可以获得含有更高浓度目标活性成分的产物。这类信息不仅可以应用于直接由原料制作粉碎产品的情况，还可以应用于提取特定活性成分的前处理过程。
通过iMScope前端搭载的高分辨光学显微镜拍摄的光学图像和相应的多点质谱图像的重叠，我们可以直观地观察到人参皂苷Rb1，Rb2和Rg1都主要分布在人参的韧皮层及其表皮，且Rb1和Rb2的丰度相比Rg1高。其中，加钾峰丰度比较高，推测可能人参中钾离子的含量比较大。通过串联质谱提供丰富的碎片信息，进一步确认人参皂苷类物质的结构。本研究成功建立了不需要染色和标记，直接评价人参皂苷类物质在人参组织上原位空间分布的研究方法。为植物类样品中有效成分的原位分布研究开辟了新的途径。
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
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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。
岛津成像质谱显微镜iMSCope QT 的特点
• 5 μｍ高空间分辨率
• 显微镜观察和质谱成像分析的融合
• 高速分析，激光器扫描频率高至 20 kHz，最快成像速度50 像素/秒
• 兼容LC-QTOF系统，一台仪器同时完成定性、定量及定位分析
• 常压MALDI，可以分析具有一定挥发性的样品，如多环芳烃和姜黄素
• 配备完整的前处理基质涂敷设备（基质升华仪iMLayer 与全自动喷雾仪iMLayer AERO）
• 简便、专业的成像分析软件IMAGEREVEAL MS
撰稿人：丰伟刚
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