基于LC-MS代谢组学技术在中药化学成分中的应用

江美芳 高崎 王丹丹

[摘要] 代谢组学作为系统生物学的重要分支，近年来在中药研究领域受到广泛关注，并取得了重要进展。本文总结了近几年基于液相色谱-质谱联用（LC-MS）代谢组学技术在中药化学成分中的应用。代谢组学技术具有高通量、整体、客观等特性，在多组分、多靶点的中药研究中具有显著的优越性。本文介绍了LC-MS代谢组学技术的发展及特点、分析流程与方法，以及在中药研究中的应用，主要包括在中药真伪鉴别、基源鉴别、道地性研究、质量控制及药效机制研究等方面的应用。本文主要为中药化学成分研究提供一个新思路，为中药鉴别、质量评价、药效机制研究等提供参考。

[关键词] 代谢组学;液相色谱-质谱联用;真伪鉴别;基源鉴别;道地性;质量控制;药效机制

[中图分类号] R282          [文献标识码] A          [文章编号] 1673-7210（2020）09（a）-0133-04

[Abstract] Metabonomics， as an important branch of system biology， has attracted extensive attention and made great progress in the field of traditional Chinese medicine in recent years. This paper summarizes the application of liquid chromatograph-mass spectrometer （LC-MS） metabonomics technology in the chemical composition of traditional Chinese medicine in recent years. Metabonomics technology has the characteristics of high throughput， integrity and objectivity. It has remarkable advantages in the research of multi-component and multi-target traditional Chinese medicine. This paper introduces the development and characteristics of LC-MS metabonomics technology， analysis process and method， as well as its application in the research of traditional Chinese medicine， mainly including the application in the identification of authenticity， origin， authenticity， quality control and pharmacodynamic mechanism of traditional Chinese medicine. This paper mainly provides a new idea for the study of chemical constituents of traditional Chinese medicine， and provides reference for the identification， quality evaluation and pharmacodynamic mechanism of traditional Chinese medicine.

[Key words] Metabolomics; Liquid chromatograph-mass spectrometer; Authenticity identification; Source identification; Genuineness; Quality control; Pharmacodynamic mechanism

中药化学成分是中药发挥药效作用的物质基础，其种类繁多、结构多样、含量差异大，面对中药化学成分复杂多样的特点，液相色谱-质谱联用（LC-MS）技术由于其快速、高分辨、高灵敏度等特点已普遍应用于中药成分分析研究。

代谢组学技术是近10年发展起来的新型组学技术，目前研究中将代谢组学技术应用于植物代谢研究中[1-2]，如分析随着环境的改变植物代谢物的变化，植物各部位或各时期代谢物种类和含量变化等。代谢组学技术不仅能客观、准确地评价不同类型样本的均一性，而且能筛选不同类型样本间的差异特征代谢成分，同时可对未知样本进行归属判别分析。本文就近年来基于LC-MS联合植物代谢组学技术在中药化学成分中的应用进行介绍，为中药化学成分研究提供參考。

1 LC-MS代谢组学技术的发展

代谢组学是后基因组时代的新兴学科，它与基因组学、转录组学和蛋白质组学一起，共同构成“系统生物学”[3-4]。将代谢组学技术应用于中药植物中主要是研究植物受到内部或外部的刺激（如基因的改变或环境变化）后，其体内代谢物种类、数量及其变化规律的相互关系，并结合模式识别、高通量信息处理技术和多元统计学分析技术，对植物中化学成分进行定性和定量分析，从整体上探讨植物各化学成分的特征和规律[5]。随着分析技术的发展与应用，核磁共振（NMR）[6]、LC-MS技术[7]、气相色谱-质谱联用（GC-MS）技术[8]普遍应用于代谢组学研究，三类分析技术各有优缺点，具体见表1[9]。

LC-MS为代谢组学研究提供了一个整体、宏观的分析平台，适用于绝大多数代谢产物检测分析，不但能最大程度地检测分析中药化学物质的信息，而且有利于明晰中药整体代谢物群体轮廓，便于建立具有中药整体性的质控方法和模式，确保中药整体质量稳定可控。

4 小结

随着科技的发展，LC-MS高通量分析技术为研究复杂多样的中药化学成分整體轮廓提供了可能，将多维海量数据通过代谢组学技术中多元统计分析方法降维、筛选，使结果更易于可视化和分类[26]。LC-MS代谢组学技术在中药真伪鉴别、基源鉴别、道地性、质量控制、药效机制等研究中，主要围绕代谢组学技术的3个功能：①不同组别样本均一性评价，利用代谢组学技术判别区分不同产地、不同品种等中药;②筛选差异特征代谢物，筛选组间差异化学成分，寻找潜在质量标志物;③新样本的归属判别分析，根据不同组别中药的分组建模和差异特征代谢物，判别未知样本组别归属。

同时，该技术还存在一些问题：①样品预处理的复杂性，中药提取分离步骤较繁琐，且预处理越多，引入误差的概率就越高;②液质数据库的不完整，目前没有类似GC-MS的标准谱图库，化合物鉴定耗时耗力，且效率低;③数据处理软件多，不同软件处理结果存在差异，缺乏可靠性，目前没有规范的数据预处理流程和软件，造成研究结果的差异性和重现性;④代谢组学缺乏与其他组学间的融合，植物代谢组学主要停留在化学成分层面的研究，缺乏与药理药效间的联用。现今，应建立通用、可靠、严谨、规范的代谢组学研究，保证研究结果的可靠性和可重现性。

LC-MS联合代谢组学技术为中药研究提供了新思路，该技术与其他多学科的融合是今后中药发展趋势，如何建立一套系统、通用、可靠、规范化的中药代谢组学是当前首要任务，让该技术在中药现代化进程中发挥更加积极的作用。

[参考文献]

[1]  Zhu HB，Wang CY，Qi Y，et al. Fingerprint analysis of Radix Aconiti using ultra-performance liquid chromatography-electrospray ionization/tandem mass spectrometry （UPLC-ESI/MSn） combined with stoichiometry [J]. Talant，2013， 103（12）：56-65.

[2]  Wolfender JL，Rudaz S，Choi YH，et al. Plant metabolomics：from holistic data to relevant biomarkers [J]. Curr Med Chem，2013，20（8）：1056-1090.

[3]  Nicholson JK，Wilson ID. Understanding global systems biology：metabonomics and the continuum of metabolism [J]. Nat Rev Drug Discov，2003，2（8）：668-676.

[4]  Fiehn O，Kopka J，Dormann P，et al. Metabolite profiling for plant functional genomics [J]. Nat Biotechnol，2000，18（11）：1157-1161.

[5]  刘祥东，罗国安，王义明.代谢物组学应用的领域之二——植物代谢物组学[J].中成药，2006，28（10）：1515-1517.

[6]  Henrik TP，Lars M，Sren BE. Low-field 1H nuclear magnetic resonance and chemometrics combined for simultaneous determination of water，oil and protein contents oilseeds [J]. JAOCS，2000，77（10）：1069-1077.

[7]  任向楠，梁琼麟.基于质谱分析的代谢组学研究进展[J].分析测试学报，2017，36（2）：161.

[8]  Li LS，Hong YL，Yan W，et al. Application of GC/MS-based metabonomic profiling in studying the therapeutic effects of Huangbai-Zhimu herb-pair （HZ） extract on streptozotocin-induced type 2 diabetes in mice [J]. J Chromatogr B，2015，997：96-104.

[9]  赵思宇.基于化学分类法探讨橘属植物的物质基础及枳实、枳壳不同抗炎作用[D].北京：北京中医药大学，2018.

[10]  Goodacre R，Broadhurst D，Smilde AK，et al. Proposed minimum reporting standards for data analysis in metabolomics [J]. Metabolomics，2007，3（3）：231-241.

[11]  亓云鹏，胡杰伟，柴逸峰，等.代谢组学数据处理研究的进展[J].计算机与应用化学，2008，25（9）：1139-1142.

[12]  阿基业.代谢组学数据处理方法—主成分分析[J].中国临床药理学与治疗学，2010，15（5）：481-489.

[13]  沈淑洁，水素芳，肖炳坤，等.基于液质联用技术的金铃子散亚急性毒性代谢组学[J].中国中药杂志，2017，42（4）：777-782.

[14]  Wu F，Zheng H，Yang ZT，et al. Urinary metabonomics study of the hepatoprotective effects of total alkaloids from Corydalis saxicola bunting on carbon tetrachloride-induced chronic hepato-toxicity in rats using 1H-NMR analysis [J]. J Pharmaceut Biomed，2017，140：199-209.

[15]  乔湜.欧前胡素体内代谢研究及半枝莲质量控制方法研究[D].石家庄：河北医科大学，2012.

[16]  常相伟，王博然，王彤，等.基于UPLC-Q-TOF/MS的植物代谢组学技术鉴别林下山参的生长年限[J].中国中药杂志，2016，41（19）：3609-3614.

[17]  万定荣，章适荣.论动植物药鉴别的思路与方法[J].中国中药杂志，1991，16（9）：515-517.

[18]  张峰.基源复杂中药的表征及質量控制方法研究[D].大连：中国科学院研究生院（大连化学物理研究所），2005.

[19]  Liu F，Bai X，Yang F，et al. Discriminating from species of Curcumae Radix （Yujin） by a UHPLC/Q-TOFMS-based metabolomics approach [J]. Chin Med，2016，11：21.

[20]  侯娅，马阳，邹立思，等.生态因子对药用植物次生代谢物的影响及其研究方法[J].时珍国医国药，2015，26（1）：187-190.

[21]  姜丹.黄芩道地性的遗传和化学物质基础研究[D].北京：北京中医药大学，2018.

[22]  董芹.基于效应成分当量的黄连质量一致性评价[D].成都：成都中医药大学，2016.

[23]  刘昌孝，陈士林，肖小河，等.中药质量标志物（Q-Marker）：中药产品质量控制的新概念[J].中草药，2016，47（9）：1443-1457.

[24]  邓爱平，方文韬，谢冬梅，等.牡丹皮药材商品规格等级标准及质量评价[J].中国现代中药，2019，21（6）：739-752.

[25]  张冠华.冠心静胶囊质量标志物研究及质量评价[D].石家庄：河北医科大学，2019.

[26]  Ni YN，Zhang LS，Churchill J，et al. Application of high performance liquid chromatography for the profiling of complex chemical mixtures with the aid of chemometrics [J]. Talanta，2007，72（4）：1533-1539.

（收稿日期：2019-01-10）