基于LC-MS代謝組學(xué)技術(shù)在中藥化學(xué)成分中的應(yīng)用

江美芳 高崎 王丹丹

[摘要] 代謝組學(xué)作為系統(tǒng)生物學(xué)的重要分支，近年來(lái)在中藥研究領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注，并取得了重要進(jìn)展。本文總結(jié)了近幾年基于液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（LC-MS）代謝組學(xué)技術(shù)在中藥化學(xué)成分中的應(yīng)用。代謝組學(xué)技術(shù)具有高通量、整體、客觀等特性，在多組分、多靶點(diǎn)的中藥研究中具有顯著的優(yōu)越性。本文介紹了LC-MS代謝組學(xué)技術(shù)的發(fā)展及特點(diǎn)、分析流程與方法，以及在中藥研究中的應(yīng)用，主要包括在中藥真?zhèn)舞b別、基源鑒別、道地性研究、質(zhì)量控制及藥效機(jī)制研究等方面的應(yīng)用。本文主要為中藥化學(xué)成分研究提供一個(gè)新思路，為中藥鑒別、質(zhì)量評(píng)價(jià)、藥效機(jī)制研究等提供參考。

[關(guān)鍵詞] 代謝組學(xué);液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用;真?zhèn)舞b別;基源鑒別;道地性;質(zhì)量控制;藥效機(jī)制

[中圖分類號(hào)] R282? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? ? ? ? [文章編號(hào)] 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

中藥化學(xué)成分是中藥發(fā)揮藥效作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，其種類繁多、結(jié)構(gòu)多樣、含量差異大，面對(duì)中藥化學(xué)成分復(fù)雜多樣的特點(diǎn)，液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（LC-MS）技術(shù)由于其快速、高分辨、高靈敏度等特點(diǎn)已普遍應(yīng)用于中藥成分分析研究。

代謝組學(xué)技術(shù)是近10年發(fā)展起來(lái)的新型組學(xué)技術(shù)，目前研究中將代謝組學(xué)技術(shù)應(yīng)用于植物代謝研究中[1-2]，如分析隨著環(huán)境的改變植物代謝物的變化，植物各部位或各時(shí)期代謝物種類和含量變化等。代謝組學(xué)技術(shù)不僅能客觀、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)不同類型樣本的均一性，而且能篩選不同類型樣本間的差異特征代謝成分，同時(shí)可對(duì)未知樣本進(jìn)行歸屬判別分析。本文就近年來(lái)基于LC-MS聯(lián)合植物代謝組學(xué)技術(shù)在中藥化學(xué)成分中的應(yīng)用進(jìn)行介紹，為中藥化學(xué)成分研究提供參考。

1 LC-MS代謝組學(xué)技術(shù)的發(fā)展

代謝組學(xué)是后基因組時(shí)代的新興學(xué)科，它與基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)一起，共同構(gòu)成“系統(tǒng)生物學(xué)”[3-4]。將代謝組學(xué)技術(shù)應(yīng)用于中藥植物中主要是研究植物受到內(nèi)部或外部的刺激（如基因的改變或環(huán)境變化）后，其體內(nèi)代謝物種類、數(shù)量及其變化規(guī)律的相互關(guān)系，并結(jié)合模式識(shí)別、高通量信息處理技術(shù)和多元統(tǒng)計(jì)學(xué)分析技術(shù)，對(duì)植物中化學(xué)成分進(jìn)行定性和定量分析，從整體上探討植物各化學(xué)成分的特征和規(guī)律[5]。隨著分析技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，核磁共振（NMR）[6]、LC-MS技術(shù)[7]、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）技術(shù)[8]普遍應(yīng)用于代謝組學(xué)研究，三類分析技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，具體見(jiàn)表1[9]。

LC-MS為代謝組學(xué)研究提供了一個(gè)整體、宏觀的分析平臺(tái)，適用于絕大多數(shù)代謝產(chǎn)物檢測(cè)分析，不但能最大程度地檢測(cè)分析中藥化學(xué)物質(zhì)的信息，而且有利于明晰中藥整體代謝物群體輪廓，便于建立具有中藥整體性的質(zhì)控方法和模式，確保中藥整體質(zhì)量穩(wěn)定可控。

4 小結(jié)

隨著科技的發(fā)展，LC-MS高通量分析技術(shù)為研究復(fù)雜多樣的中藥化學(xué)成分整體輪廓提供了可能，將多維海量數(shù)據(jù)通過(guò)代謝組學(xué)技術(shù)中多元統(tǒng)計(jì)分析方法降維、篩選，使結(jié)果更易于可視化和分類[26]。LC-MS代謝組學(xué)技術(shù)在中藥真?zhèn)舞b別、基源鑒別、道地性、質(zhì)量控制、藥效機(jī)制等研究中，主要圍繞代謝組學(xué)技術(shù)的3個(gè)功能：①不同組別樣本均一性評(píng)價(jià)，利用代謝組學(xué)技術(shù)判別區(qū)分不同產(chǎn)地、不同品種等中藥;②篩選差異特征代謝物，篩選組間差異化學(xué)成分，尋找潛在質(zhì)量標(biāo)志物;③新樣本的歸屬判別分析，根據(jù)不同組別中藥的分組建模和差異特征代謝物，判別未知樣本組別歸屬。

同時(shí)，該技術(shù)還存在一些問(wèn)題：①樣品預(yù)處理的復(fù)雜性，中藥提取分離步驟較繁瑣，且預(yù)處理越多，引入誤差的概率就越高;②液質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)的不完整，目前沒(méi)有類似GC-MS的標(biāo)準(zhǔn)譜圖庫(kù)，化合物鑒定耗時(shí)耗力，且效率低;③數(shù)據(jù)處理軟件多，不同軟件處理結(jié)果存在差異，缺乏可靠性，目前沒(méi)有規(guī)范的數(shù)據(jù)預(yù)處理流程和軟件，造成研究結(jié)果的差異性和重現(xiàn)性;④代謝組學(xué)缺乏與其他組學(xué)間的融合，植物代謝組學(xué)主要停留在化學(xué)成分層面的研究，缺乏與藥理藥效間的聯(lián)用?，F(xiàn)今，應(yīng)建立通用、可靠、嚴(yán)謹(jǐn)、規(guī)范的代謝組學(xué)研究，保證研究結(jié)果的可靠性和可重現(xiàn)性。

LC-MS聯(lián)合代謝組學(xué)技術(shù)為中藥研究提供了新思路，該技術(shù)與其他多學(xué)科的融合是今后中藥發(fā)展趨勢(shì)，如何建立一套系統(tǒng)、通用、可靠、規(guī)范化的中藥代謝組學(xué)是當(dāng)前首要任務(wù)，讓該技術(shù)在中藥現(xiàn)代化進(jìn)程中發(fā)揮更加積極的作用。

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（收稿日期：2019-01-10）