应用实例 · 质谱成像

中药活性成分成像:让药材里的「有效物质」现出空间原形

中药的疗效往往来自多种活性成分在特定部位的协同分布,而非均匀混合。传统提取-定量方法把药材磨碎测量,无法回答「这个成分到底长在哪个组织、哪个分泌腔、哪个色斑里」。质谱成像(MSI)直接在切片上逐点采集,把活性成分的种类和含量还原成空间图像,使中药研究从「测总量」走向「看分布」。
本文目录
一、为什么中药适合用 MSI 看活性成分二、典型样本与可观测的成分类型三、在质量控制与真伪鉴别中的价值四、与代谢组学、分子生物学的整合
技术原理示意:离子源对样品逐点电离 组织切片 样品 电离束 中药活性成分成像:让药材里的「有效物质」现出空间原形 离子 质谱 分析器
中药活性成分成像:让药材里的「有效物质」现出空间原形 示意图

一、为什么中药适合用 MSI 看活性成分

中药组分极其复杂:同一味药材可能同时含有黄酮、萜类、生物碱、有机酸、苷类、挥发油等数十到上百种化合物,且极性跨度大。以基质辅助类成像常面临基质背景干扰、低质量区被「盖住」的问题;而新策源 MSI DPI 采用解吸电喷雾叠加光化学二次电离,无极性歧视,正负离子模式下可新检出百余种脂质、萜类、黄酮类、氨基酸和苷类等次生代谢产物,整体代谢物信号强度增强 1–3 个数量级,恰好适配中药这种「全极性覆盖」的需求。

新策源与科研团队的合作案例已经把这种方法用于真实药材。例如与中国中医科学院联合发表的研究,利用 DESI/PI-MSI 揭示白术中朱砂色斑点的形成原因,发现 m/z 183.0807 与 m/z 301.2164 与有色结构(SCs)强相关,提示某种多炔与倍半萜的大量积累可能是朱砂色斑点的来源(Molecular Horticulture, 2025)。

二、典型样本与可观测的成分类型

在植物与药材的印迹成像中,DPI 已展示对多种样本的高检测灵敏度:茶叶中茶氨酸信号提升 14.5 倍、咖啡因信号提升 61 倍;银杏中除 DESI 可检出的胆碱、二糖、糖苷类、脱镁叶绿素外,DESI/PI 模式新增黄酮类、银杏酸、腰果酚等;鼠尾草中新增单萜类、二萜类、三萜类。这些正是中药「活性成分」的典型家族。

从方法学看,MSI 印迹(将植物组织压印到载体上再成像)可以无损、快速地表征叶片不同区域(叶脉 vs 叶片、叶尖 vs 叶基)的化学空间异质性,为道地药材、部位入药、采收期选择提供分子层面的证据。

三、在质量控制与真伪鉴别中的价值

中药质量控制的痛点之一是「同物异效、异物同形」。MSI 提供的空间化学指纹,可用于区分不同产地、不同部位、不同加工方式药材的成分分布差异,辅助建立更精细的质控标准。对含有色斑、异常纹理或掺杂嫌疑的样本,成像可定位异常成分富集区,为溯源与鉴定提供可视化依据。

新策源 MSI DPI 支持高通量快速分析与筛选,明确将「中药材、血液、天然产物、药物」列为典型适用对象;免基质、即取即测的特性,让药企质控员、食品检测员也能较快上手,不必先成为「喷涂高手」。

四、与代谢组学、分子生物学的整合

单一成像给出的是成分空间图,要解释「为什么分布成这样」,还需结合转录组、代谢通路与组织学。例如某成分在叶缘富集,可进一步用转录组学看对应区域的基因表达差异,形成「成分—基因—表型」的闭环。

在工程层面,新策源两款成像源适配 Agilent / AB SCIEX / Thermo 主流质谱主机,成像后组织切片保持完整,可继续开展 H&E 病理检测,为多组学整合留出操作空间。

常见问题(FAQ)

中药活性成分成像一定要喷涂基质吗?
传统 MALDI 类路线通常需要喷涂基质并优化均匀度,且基质峰会干扰低质量区;新策源 MSI DPI、MSI LDPI 均免基质,复杂中药样品可直接上机,降低前处理门槛。
质谱成像能区分中药里结构和性质相近的成分吗?
MSI 基于质荷比(m/z)区分化合物,可在切片上同时呈现黄酮、萜类、生物碱、苷类等多族成分的空间分布;DPI 的光化学二次电离进一步提升了弱极性与非极性成分的检出。
白术朱砂点案例说明了什么?
该合作研究用 DESI/PI-MSI 锁定与朱砂色斑强相关的特征离子,提示特定多炔与倍半萜的积累可能是色斑成因,展示了成像在解释中药外观异常成因上的能力。
茶叶中信号提升的数据如何解读?
在新策源 DPI 案例中,茶叶茶氨酸信号提升约 14.5 倍、咖啡因约 61 倍,反映的是光电离对特定极性/非极性代谢物灵敏度的显著增强,而非浓度的真实变化倍数。

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