和记娱乐成像质谱技术助力白芷活性成分分布和硫熏工艺研究

　　Shimadzu iMScope TRIO^® contributes to the research of active ingredients distribution and evaluation sulfur-fumigated Angelicae Dahuricae Radix

　　背景简介

　　近日，和记娱乐中国创新中心与河北省药械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 TRIO?）研究了硫熏和非硫熏白芷中的主要活性成分的分布规律，合作成果近期发表在《Molecules》杂志上。

　　白芷（Angelicae Dahuricae Radix，ADR），为伞形科植物白芷或杭白芷的干燥根，是常用大宗药食同源中药，主要含香豆素类、挥发油类等活性成分，具有解表散寒，祛风止痛，宣通鼻窍，燥湿止带，消肿排脓的功效。硫磺熏蒸是白芷的常用干燥方法之一，能够有效抑制白芷中的微生物生长、延长保存时间，同时熏蒸后的白芷颜色更鲜亮，符合市场对药材外观的偏好。但有研究发现熏蒸后的白芷，香豆素类成分降低，重金属及有害元素升高，引起人们的警惕。

　　本研究借助iMScope TRIO研究了硫熏工艺对白芷活性成分分布和含量的影响规律，并结合多仪器分析平台、血浆代谢物、体外细胞模型等手段综合评估了硫熏工艺对白芷质量的影响，为更全面、系统地评价白芷药材质量提供了科学依据。

　　

研究内容

　　图1描绘了白芷样品制备和分析的全过程。把硫熏和非硫熏的白芷样品切割成1cm左右小段，然后用10%明胶进行包埋，快速冷冻后进行切片。喷涂基质后，上机分析。分别采集m/z 100–400和m/z 400–800的范围内的正离子峰。

图1 白芷切片的制备和分析过程

　　

　　表1 采用iMScope从白芷中鉴定的活性物质

　　图2A展示了通过光学成像技术看到的硫熏和非硫熏白芷的精细结构，可以看出各亚结构（周皮、皮层、韧皮部和木质部）可以被识别出来。此外，不同类型的特征性组分在空间分布上的差异也体现在图2B（已知成分）和图2C（未知成分）中。白芷中含有大量香豆素（coumarins）类化合物，也是其最重要的化学成分。香豆素类化合物主要以正离子形式检测，并显示了分布的多样性。根据图2B的分析结果，白当归脑(byakangelicol，[M+K]+, m/z 355.058)、花椒毒素(xanthotoxin，[M+H]+, m/z 217.050)、花椒毒酚(xanthotoxol, [M+H]+, m/z 203.034)和氧化前胡素(oxypeucedanin, [M+H]+, m/z 287.089)，主要分布于周皮、皮层和韧皮部，以韧皮部含量最高，木质部几乎不含。叔-O-甲基独活属醇(tert-o-methylheraclenol, [M+H]+, m/z 287.089)主要分布在皮层、韧皮部和木质部区域。蛇床子素(osthole, [M+H]+, m/z 245.117)则主要位于周皮和皮层。因此，白芷中的大部分香豆素类成分分布在韧皮部和皮层。此外，图2B还显示了其他类型的化合物在整个横断面中的分布情况：包括L-脯氨酸（L-proline, [M+H]+, m/z 116.071）、L-精氨酸（L-arginine, [M+H]+, m/z 175.119）和犬尿胺酸（kynurenate, [M+K]+, m/z 228.006）。这些化合物在整个横断面中的分布较为广泛，没有明显的集中区域。

图2 熏蒸和非熏蒸白芷中典型成分的空间分布。（A）白芷切片的光学图像；（B） 已知成分的分布；（C） 某些未知成分的分布

　　

　　图2B还展示了使用MALDI-MSI对白芷进行硫熏处理前后检测到的化合物信号强度。硫熏后，白当归脑，花椒毒素，水合氧化前胡素（oxypeucedanin hydrate，[M+H]+，m/z 305.102），氧化前胡素，L-脯氨酸、L-精氨酸和犬尿胺酸含量显著降低。除此之外，还有一些未知成分（图2C）如m/z 235.104、m/z 424.146、m/z 432.147、m/z 494.148在硫磺熏蒸后含量降低明显；m/z 243.173、m/z 489.114、m/z 520.127、m/z 599.497、m/z 758.561在硫磺熏蒸后含量显著升高。

　　硫磺熏蒸也影响了白芷中各组分的分布。硫磺熏蒸后，部分已知成分发生了显著变化。花椒毒酚除了含量增高，分布也向木质部转移，氧化前胡素在韧皮部和皮层的分布均有降低。蛇床子素在硫磺熏蒸前主要分布在皮层，硫磺熏蒸后在周皮、皮层、韧皮部、木质部均有分布。叔-O-甲基独活属醇在硫磺熏蒸前含量较少，硫磺熏蒸后在周皮、皮层、韧皮部、木质部均有分布，且含量升高。脯氨酸、精氨酸、犬尿胺酸等氨基酸类成分在周皮、皮层、韧皮部、木质部均有分布，其中精氨酸在木质部分布最多。硫磺熏蒸后，氨基酸类成分中脯氨酸几乎消失殆尽，精氨酸和犬尿胺酸向周皮和皮层转移，木质部的分布降低明显。一些未知成分的分布也发生了变化。例如，m/z 235.104和m/z 424.146硫熏前在木质部分布较多，硫熏后均匀分布在周皮、皮层、韧皮部、木质部且含量降低明显。m/z 432.147硫熏前分布在周皮、皮层、韧皮部，木质部几乎不含，硫熏后均匀分布且含量降低明显。m/z 243.173硫熏前少量分布在皮层和韧皮部，硫熏后含量升高明显，分布在周皮、皮层、韧皮部。m/z 494.148硫熏前分布在韧皮部、木质部，硫熏后几乎不含。m/z 599.497、m/z 758.561硫熏前在周皮、皮层、韧皮部和木质部均有分布，硫熏后急剧增加，在木质部含量最高。总之，硫磺熏蒸造成了白芷中多种成分的变化，在质谱成像分析中得到更直观的表征。根据关键组分的质谱响应值，创建了一个柱状图（图3），配对t检验分析表明，在硫磺熏蒸前后MALDI-MSI的响应值存在显著差异（P< 0.001）。

图3硫熏前后白芷中已解析成分的质谱响应条形图

　　

　　结论

　　在本研究中，采用和记娱乐质谱成像显微镜iMScope Trio评估了白芷中药物活性成分的分布及硫磺熏蒸工艺对活性成分分布和含量的影响。结合指纹图谱、化学计量学、血浆代谢物与体外抗炎活性研究，筛选出硫熏前后差异化合物和硫熏白芷质量标志物。这些发现为白芷质量控制提供了科学依据，可以用于筛选和监管硫磺熏蒸的白芷样品。

　　参考文献：

　　Wang C, Liu Y, Wang X, Chen Z, Zhao Z, Sun H, Su J, Zhao D. Influence of Sulfur Fumigation on Angelicae Dahuricae Radix: Insights from Chemical Profiles, MALDI-MSI and Anti-Inflammatory Activities. Molecules，2024，30(1):22. doi: 10.3390/molecules30010022.