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：
- 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；
- 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）
终于等到了，感谢分享！
有没有可能通过那一锅粥生成一大堆可能的生物合成的化合物（库），然后再在液质联用数据中筛呢？不知道哪里能搞到那一锅粥的详细资料，包括每个节点的反应详情等等？
Good idea!
生合成的数据在KEGG中总结的比较完整，要建立这个库，还要花力气把相关化合物整理一下。有没有兴趣搞一篇文章？
http://www.genome.jp/kegg-bin/get_htext?query=00941&htext=br08901.keg&option=-a
张老师，这个工作量不小哦，可能得花一两年时间来具体搞，目前事情非常多，自顾不暇啊。不过如果做出来了的话那会是相当了不起的一个工作，张老师有兴趣的话您可以先做哈。其主要难点据我理解还是在那些可变位点的总结归纳。生成具体的库可以通过一个基本的骨架（如文章中的去甲乌药碱）通过构建反应规则来达到衍生化的目的，或者直接把可能的衍生物的基本骨架记录下来，通过标记反应位点再在反应位点上替换不同的常见基团来生成化合物库（该项工作可以通过rdkit http://www.rdkit.org/和OMG来完成http://sourceforge.net/projects/openmg/），然后就是质谱的裂解规律也得总结一下，或者简单粗暴的用metfrag之类的来虚拟裂解，以便和质谱数据匹配筛查～～～～总的来说任务繁重啊。
我的思路是分步实现，前期的工作是重点突破，比如以生物碱为例，把其生合成途径涉及的化合物都搞清楚，然后找个实例来验证这种方法的优缺点。成功以后，再扩大到其他类天然产物的生合成，最终的那个库，可以做个十年八年的。