质谱(Mass Spectrometry, MS)与药学研究 (7)

一锅中药惹人愁
寻得关键才无忧

前文讲到由于质谱自身关于化合物精细结构的信息有限，需借助已有标准物质建立裂解规律，才能对同类物质的未知结构进行推断。除了借助标准品的信息，中药中成分间自有的关联信息也非常有用。中药（包括药材和方剂），甚至植物药，中的成分间往往存在某种特定的关系，很少遇到仅是孤零零几个不相关成分的情况，这个特点特别适合于用质谱分析，并且鉴定的时候，不出结果则已，一出结果那就是一大串化合物同时被鉴定了。因此，找到这个一锅粥中的内在联系，将会使我们的质谱分析工作事半功倍。

那这些化合物中到底又怎样的内在联系呢？很简单，看懂上面一张图就行了！别紧张，这张图确实比质谱图复杂多了。首先简单说下，上面的图代表什么！它是目前对植物体内次生代谢产物（secondary metabolites）的生物合成途径（biosynthesis pathway）的总结，每种颜色代表一大类天然产物，每个实心圆节点代表一个关键的生合成反应，不同的反应通过实线链接，这样就把诸如黄酮、生物碱、萜、甾体等天然产物间的关系表述清楚了。但知道这些东西对我们质谱解析有用吗？或者说该怎么用呢？Show这张图的目的，是想先给大家一个整体的印象，了解一下，原来我们中药这锅粥里面竟然有这么玄妙的关系，在以后想进一步了解相关知识的时候，知道该去哪里查找资料，知道这叫“Biosynthesis”！OK! Now, you are in a new world!

若是具体到我们分析的某一味药材，可能涉及的仅是上图中的一个或几个生合成途径而已，实际操作的时候简单的多。记得，那是在我读研的时候，第一次听吴立军老师讲天然产物的生物合成，他那抑扬顿挫、略带磁性的声音，让我忘记了偷看课桌前面的美女。那时貌似只有一本发黄的、小32开的薄书，加上网络还不发达，可以获取的信息非常有限，不过，重要的是，吴老师在我头脑中种下了“生合成”的种子，否则，当我在博士阶段研究质谱的时候，根本不可能把生合成与质谱解析联系起来。在此，对吴老师献上我深深的敬意。

读博士时研究的第一个植物中含有大量异喹啉生物碱，这类生物碱在质谱上的响应非常好，但是色谱的峰形不好，当分析药材时，主要成分的峰都很宽，这导致可鉴定的成分就那么几个，总是感觉有点欠缺。有天画结构的时候，突然发现这些结构中貌似有什么关联，见下图：

上图中左上角的化合物为苄基异喹啉最简单的一个化合物去甲乌药碱，其右边的两个结构与其是等价的，通过不同位点的环合就可以得到原小檗碱型、啊朴啡型和左吗喃型三大类最常见的异喹啉生物碱。突然记起以前上的生合成课，推测它们一定遵循相同或相似的生合成途径。根据生合成的信息，至少可以给我们两方面的提示：

1. 既然有终产物（原小檗碱型生物碱等），那么应该也有一些中间产物（没有成环的苄基异喹啉，或没有苄基的简单异喹啉成分），通过在LC-MS数据中提取这些可能存在的生物碱的质量数，我们后来发现了多个苄基异喹啉和简单异喹啉化合物；
2. 生合成是酶催化的反应，所以反应位点就是可以从已报道的化合物中总结出来的，那样我们就可以推测位置化合物的结构。比如一个未知化合物比已知的成分多了16Da，裂解途径也相似，那么就可以根据生合成的规律推测羟基所在的位点。

化合物6就是我们发现的一个苄基异喹啉的衍生物，它的裂解特征与去甲乌药碱类似，只是质量数更大，推测为去甲乌药碱进一步修饰得到的，从下图中的可清楚的看到化合物6是如何推测得来的，其遵循的原则就是其可代谢位点仅发生在上图去甲乌药碱红色标记的地方。

上图中绿色的结构为最终推测的结果，但要确认是否真的是这个结构，仍要对其质谱图中的碎片进行详细归属，只有在主要的碎片都可以解释的情况下，才可认定这个推测的结构可能正确。根据上篇文章所讲的一三断裂规律，我们对碎片的归属如下：

更多的结果请参考我们发表在Rapid Communication in Mass Spectrometry上的论文，该论文已被引用40次。

Characterization of isoquinoline alkaloids, diterpenoids and steroids in the Chinese herb Jin-Guo-Lan (Tinospora sagittata and Tinospora capillipes) by high-performance liquid chromatography/electrospray ionization with multistage mass spectrometry. Rapid Commun Mass Spectrom, 2006, 20, 2328-2342.

（待续）