黃美玲,周 靜**,伍城穎,曾 真,李松林,錢士輝,3*
(1.南京中醫(yī)藥大學附屬中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院,江蘇 南京 210028;2.江蘇省中醫(yī)藥研究院 中藥質(zhì)量與代謝組研究室,江蘇 南京 210028;3.江蘇省農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源保護與利用平臺,江蘇 南京 210014)
翼首草,又名“榜姿多沃”,為藏醫(yī)常用藥材,來源于川續(xù)斷科植物匙葉翼首草[Pterocephalus hookeri(C.B.Clarke)Hoeck]的干燥全草[1]。據(jù)《晶珠本草》記載,翼首草具有解毒、清新舊熱、治瘟病時疫的功效,常用于治療風濕性關(guān)節(jié)炎,腸絞痛等[2]。翼首草主要含有環(huán)烯醚萜苷類(馬錢苷、獐牙菜苷、吳茱萸苷等)[3],三萜類(熊果酸、齊墩果酮酸等)[4],苯丙素類(綠原酸等)[5]等活性成分,具有抑菌[6]、抗炎鎮(zhèn)痛[7],抗類風濕性關(guān)節(jié)炎[8],抗腫瘤[9]等作用。
中藥傳統(tǒng)給藥方式多為水煎服,而現(xiàn)代制劑為不同溶劑提?。?0]。研究已證實,不同提取溶劑對藥材有效成分的溶出影響較大[11]。對翼首草而言,《中華本草》記載其為煎湯內(nèi)服[12],而現(xiàn)代中藥制劑“復(fù)方抗感顆粒”中翼首草的最佳提取工藝為75%乙醇熱回流[13]。另有研究表明,翼首草的水提取物具有更強的鎮(zhèn)痛、抑菌作用,醇提取物則具有更顯著抗炎作用[14]。有學者應(yīng)用超高效液相色譜聯(lián)用四極桿飛行時間質(zhì)譜(UPLC-QTOF-MS/MS)對翼首草成分進行了鑒定[15],但對翼首草水提取物和醇提取物的系統(tǒng)化學成分分析及比較研究尚未見報道。
UPLC-QTOF-MS/MS 由于其對分析物高效的分離能力,對信號快速靈敏的響應(yīng),被廣泛用于中草藥的定性及半定量評價[16-17]。本研究擬采用UPLCQTOF-MS/MS技術(shù),通過對照品指認、文獻比對以及質(zhì)譜裂解規(guī)律解析,鑒定翼首草水提取物及75%乙醇提取物中的化學成分[18],并進一步采用主成分分析法(Principal component analysis,PCA)和正交偏最小二乘法(Orthogonal partial least squares discriminant analysis,OPLS-DA)辨識翼首草兩種提取物的差異成分。對翼首草水提取物和醇提取物進行化學成分比較研究,為闡釋不同提取工藝翼首草及其制劑功效的偏向性和質(zhì)量控制提供參考。
Waters Acquity UPLCTM系統(tǒng)(美國Waters 公司,配有二元高壓泵,自動進樣器,柱溫箱);Waters Synapt G2-S QTOF 質(zhì)譜儀(美國Waters 公司,配備電噴霧離子源以及MassLynx v4.1 質(zhì)譜工作站);Mettler百萬分之一電子天平(瑞士Mettler公司)。
新綠原酸(neochlorogenic acid,批號:19042305,成都普菲德生物技術(shù)有限公司);奎寧酸(quinic acid,批號:190821,成都普菲德生物技術(shù)有限公司);咖啡酸(caffeic acid,批號20110501,成都普菲德生物技術(shù)有限公司);馬錢苷酸(loganic acid,批號:19092601,成都普菲德生物技術(shù)有限公司);馬錢苷(loganin,批號:18032903,成都普菲德生物技術(shù)有限公司);綠原酸(chlorogenic acid,批號:FY1435B426,南通飛宇生物科技有限公司);隱綠原酸(cryptochlorogenic acid,批號:19042402,成都普菲德生物技術(shù)有限公司);獐牙菜苦苷(swertiamarin,批號:18031201,成都普菲德生物技術(shù)有限公司);獐牙菜苷(sweroside,批號:19090902,成都普菲德生物技術(shù)有限公司);熊果酸(ursolic acid,批號:19122703,成都普菲德生物技術(shù)有限公司);齊墩果酸(oleanolic acid,批號:18051406,成都普菲德生物技術(shù)有限公司);齊墩果酮酸(oleanonic acid,批號:17072711,成都普菲德生物技術(shù)有限公司);所有對照品純度按HPLC 面積歸一化法測定均≥95%。乙腈為色譜純(德國Merck 公司);甲醇為色譜純(德國Merck 公司);甲酸為質(zhì)譜純(美國Sigma-Aldrich公司);雙蒸水為自制(Milli-Q);其他試劑均為分析純。
翼首草藥材購買自安徽亳州(JSPACM-78-2)、西藏拉薩(JSPACM-78-7)、四川阿壩(JSPACM-78-8)、青海玉樹等地(JSPACM-78-9),經(jīng)由江蘇省中醫(yī)藥研究院李松林研究員鑒定為川續(xù)斷科植物匙葉翼首草[Pterocephalus hookeri(C.B.Clarke)Hoeck]的干燥全草。樣品標本存于南京中醫(yī)藥大學附屬中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院中藥質(zhì)量研究室。
Waters ACQUITY UPLC BEH C18 色譜柱(2.1×100 mm,1.7 μm);流動相A 為水溶液(含0.1%甲酸),流動相B 為乙腈(含0.1%甲酸),梯度洗脫程序為:0~1 min,92%~92% A;1~4 min,92%~80%A;4~5 min,80%~70%A;5~8 min,70%~50%A;8~12 min,50%~5% A;12~14 min,5%~5% A;14~15 min,5%~92%A;15~17 min,92%~92%A;流速為0.4 mL/min;柱溫35°C;進樣體積為2 μL。
電噴霧離子源采用正負離子模式掃描,以氮氣為霧化氣和錐孔氣,毛細管電壓2.5 kV,錐孔氣流速50 L/h,離子源溫度100°C,去溶劑化溫度450°C,去溶劑氣流速800 L/h,掃描時間0.2 s在全掃描模式下進行定性分析,使用MSECentroid 的數(shù)據(jù)采集形式在分辨率模式下采集數(shù)據(jù),掃描范圍m/z100~2 000,錐孔電壓為40 V,MSE碰撞能量設(shè)置為20~50 eV。以亮氨酸腦啡肽為校正液([M-H]-m/z554.261 5)所得質(zhì)譜數(shù)據(jù)由Waters 公司軟件MassLynx V4.1收集獲得。
翼首草水提取物:分別精密稱定4 批次的翼首草藥材10.0 g,置圓底燒瓶中,加水250 mL,置于電熱套加熱回流提取1.5 h,取上清,再加水250 mL 回流1 h,合并兩次提取液,濃縮至50 mL。吸取少量于12000 r/min 離心10 min 后,取上清液,再12000 r/min 離心10 min,即得水提供試品溶液,平行條件下提取兩份,質(zhì)譜分析前用質(zhì)譜甲醇稀釋至含生藥80 μg/mL。
翼首草75%乙醇提取物:分別精密稱定4 批次的翼首草藥材10.0 g,置圓底燒瓶中,加75%乙醇250 mL,置于電熱套加熱回流提取1.5 h,取上清,再加75%乙醇250 mL 回流1 h,合并兩次提取液,濃縮至50 mL。吸取少量于12000 r/min 離心10 min,取上清液,再12 000 r/min 離心10 min,即得醇提供試品溶液,平行條件下提取兩份,質(zhì)譜分析前用質(zhì)譜甲醇稀釋至含生藥80 μg/mL。
精密稱取12 個對照品適量,用甲醇配制約為1 mg/mL 的對照品儲備液。吸取相同量的12 個對照品儲備液混合,并加甲醇稀釋為約1 μg/mL 的混合對照品溶液。
通過檢索CNKI,PubMed 等數(shù)據(jù)庫,對翼首草的化學成分進行總結(jié)歸納,共檢索到93 個化學成分[4,18-19]。利用ChemBioDraw 軟件、PubChem、Chemicalbook 等平臺收集化學成分的名稱、分子式、結(jié)構(gòu)式、相對分子質(zhì)量等信息。首先建立翼首草化學成分數(shù)據(jù)庫,根據(jù)低能量質(zhì)譜所提供的精確相對分子質(zhì)量、同位素豐度和同位素間距等信息與數(shù)據(jù)庫中的化學成分進行匹配;并進一步利用高能量質(zhì)譜數(shù)據(jù),根據(jù)所得的碎片信息對各色譜峰進行鑒定。同時與對照品比對出峰時間、精確分子量和高能量碎片確認部分色譜峰。最終利用植物代謝組學策略,辨識翼首草不同提取物的差異化學成分。
翼首草化學成分在UPLC-QTOF-MS/MS 負離子模式下響應(yīng)較正離子模式有更好的穩(wěn)定性和更低的背景干擾,故本文均在負離子模式下解析化合物。翼首草混合對照品、水提取物與75%乙醇提取物的基峰離子流色譜圖(Base peak ion chromatogram,BPI)見圖1。從圖中可以看出,水提取物與75%乙醇提取物的色譜圖輪廓有明顯差異。對各色譜峰進行鑒定,首先利用低能量質(zhì)譜獲得各色譜峰的精確分子量與對照品以及本課題組建立的翼首草數(shù)據(jù)庫中的化學成分進行匹配,獲得初步的鑒定結(jié)果,再利用高能量質(zhì)譜數(shù)據(jù)進行驗證。從4 批次翼首草水提取物及醇提取物中共鑒定出48 個化合物(表1),其中化合物1(quinic acid),14(luteolin 7-glucoside 或者kaempferol 5-glucoside 或者luteolin 7-galactoside),15(tectoridin 或者同分異構(gòu)體),37(Oleanolic acid 3-Xyl-Rha-Xyl-Rha-Glc-Xyl),40(Oleanolic acid-Xyl(1→3)-Xyl(1→3)-Rha(1→3)-Rha(1→3)-Xyl)為在翼首草中首次發(fā)現(xiàn)。對翼首草中特征性化合物的質(zhì)譜裂解規(guī)律進行了歸納以鑒定同類型化合物,分述如下。
圖1 混合對照品(A),水提(B),75%醇提(C)翼首草樣品在負離子模式下的BPI 圖Fig.1 BPI chromatogram of reference compounds(A),WE(B)and 75%EE(C)of P.hookeri in negative ion mode
3.1.1 環(huán)烯醚萜類
環(huán)烯醚萜類化合物的裂解多以糖苷鍵斷裂為主,質(zhì)譜條件下容易脫去CO、CO2、H2O、OCH3等中性基團[20]。以對照品loganic acid(C16H24O10)為例,在負離子模式下其低能量準分子離子峰為[M-H]-m/z375.128 4。同時觀察到碎片[2M+Na-2H]-m/z773.246 8 和兩分子締合碎片[2M-H]-m/z751.266 7;在高能量質(zhì)譜中發(fā)現(xiàn)3 個碎片離子m/z213.075 9、169.087 3、151.075 0,由于loganic acid 的結(jié)構(gòu)中存在-Glc、-COOH、-OH 基團,推測對應(yīng)于[M-HGlc]-、[M-H-Glc-CO2]-、[M-H-Glc-CO2-H2O]-。翼首草提取物樣品中化合物4 的保留時間、特征碎片等與其一致,確認為loganic acid。依此裂解規(guī)律結(jié)合文獻共鑒定出18個環(huán)烯醚萜類化合物,為化合物2(8-epi-Loganin acid)、4(loganic acid)、6(loganic acid 同分異構(gòu)體)、9(swertiamarin)、10(loganin)、11(sweroside)、12(6'-O-β-apiofuranosylsweroside)、13(dipsanosides H)、17(8-epideoxyloganic acid)、20(sylvestroside I)、22(cantleyoside)、23(laciniatoside I)、24(dipsanosides B 或者dipsanosidesA)、25(Laciniatoside I 同分異構(gòu)體)、27(pterocephaline)、28(sylvestroside III)、29(sylvestroside VI)、31(sylvestroside III di-methyl acetal)。其中化合物4、9、10、11 為對照品確認,化合物2、6、12、13、17、20、22、23、24、25、27、28為結(jié)合文獻推測確定(詳見表1)。
表1 基于UPLC-QTOF-MS/MS的翼首草化學表征Tab.1 UPLC-QTOF-MS/MS based chemical profiling of P.hookeri
續(xù)表
續(xù)表
續(xù)表
3.1.2 苯丙素類化合物
苯丙素類化合物是一類基本母核為C6-C3的化合物,在翼首草中主要為含有兩分子結(jié)構(gòu)的咖啡??鼘幩犷惢衔铮?]。此次翼首草共鑒定得到9個苯丙素類化合物。苯丙素類化合物在質(zhì)譜條件下以一分子奎寧酸結(jié)構(gòu)的脫落和CO2等中性小分子的碎片脫落為主。 以對照品neochlorogenic acid(C16H18O9)為例,在負離子模式下易形成[M+Na-2H]-375.063 4,其低能量準分子離子峰為[M-H]-m/z353.086 6;在高能量質(zhì)譜中出現(xiàn)兩個碎片離子m/z179.033 4、m/z135.045 0,由于neochlorogenic acid 的結(jié)構(gòu)中存在奎寧酸基,羧基推測對應(yīng)于[MC7H10O6-H]-、[M-C7H10O6-CO2-H]-。翼首草提取物樣品中化合物3的保留時間、特征碎片等與其一致,確認為neochlorogenic acid。依此裂解規(guī)律共鑒定出9 個苯丙素類化合物為化合物3(neochlorogenic acid)、5(chlorogenic acid)、7(cryptochlorogenic acid)、8(caffeic acid)、16(8-hydroxypinoresionl-4'-Oβ-D-glucoside)、18(8'-hydroxylpinoresionl-4'-Oβ-D-glucoside)、19(3,4-dicaffeoylquinic acid)、21(3,5-dicaffeoylquinic acid)、26(4,5-dicaffeoylquinic acid)。其中化合物3、5、7、8 為對照品比對,16、18、19、21、26為結(jié)合文獻推測確定(詳見表1)。
3.1.3 黃酮類化合物
在翼首草中首次發(fā)現(xiàn)兩個黃酮類化合物。黃酮類化合物在質(zhì)譜條件下以一分子苯酚、CO 和H2O等中性小分子的碎片脫落為主。以化合物14 為例解析,在負離子模式下檢測到[M-H]-m/z447.092 1、[M-C6H10O5-H]-m/z285.785 8根據(jù)元素分析結(jié)果確定其分子式為C21H20O11。根據(jù)碎片m/z257.042 2[M-C6H10O5-CO-H]-、m/z267.026 5[M-C6H10O5-H2O-H]-和發(fā)生RDA 裂解的特征碎片m/z151.006 5[M-C6H10O5-C8H8O2-H]-、m/z133.029 8[M-C13H13O9-H]-推測其為黃酮苷類化合物,進一步結(jié)合文獻鑒定化合物14 為luteolin 7-glucoside 或者kaempferol 5-glucoside 或者luteolin 7-galactoside[21];化合物15在負離子模式下準分子離子峰為[M-H]-(m/z461.105 8),推測分子式為C22H22O11。同時根據(jù)碎片m/z299.051 2、m/z281.045 7、m/z205.011 7 推測其分別對應(yīng)于[M-C6H10O5-H]-、[M-C6H10O5-H2O-H]-、[M-C6H10O5-C6H6O-H]-。結(jié)合文獻,鑒定化合物15為tectoridin 或者同分異構(gòu)體[22]。
3.1.4 三萜類化合物
三萜類成分中一般連接多個糖基形成三萜苷,不同取代位上連接葡萄糖、鼠李糖、木糖等單糖。三萜類成分中的苷元五環(huán)三萜類結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定,在較高能量下也僅失去糖碎片離子和H2O,多數(shù)三萜苷類化合物呈現(xiàn)單糖或寡糖的碎片裂解規(guī)律[23]。以對照品oleanolic acid(C30H48O3)為例,在負離子模式下其低能量準分子離子峰為[M-H]-m/z455.351 7,為三萜類化合物母核的特征碎片。翼首草提取物樣品中化合物46 的保留時間、特征碎片等與其一致,確認為oleanolic acid;化合物32,負離子模式下其準分子離子峰為[M-H]-m/z1 629.752 8,初步推測分子式為C75H122O38。依次將連接的多個糖基裂解,形成特殊的碎片離子m/z1 305.647 9/[MGlc-Glc-H]-,m/z1 159.590 0/[M-Glc-Glc-Rha-H]-,m/z1 027.548 7/[M-2Glc-Rha-Xyl-H]-,m/z865.496 6/[M-3Glc-Rha-Xyl-H]-,m/z587.394 8/[M-3Glc-Rha-2Xyl-H]-,m/z455.348 9/[ M-3Glc-Rha-3Xyl-H]-。結(jié)合數(shù)據(jù)庫檢索及文獻信息鑒定,確認該化合物為hookeroside C[24];化合物37 在負離子模式下準分子離子峰為[M-H]-m/z1 305.651 4,推測分子式為C63H102O28。根據(jù)碎片m/z1 173.611 3、m/z1 011.555 1、m/z865.497 6、m/z587.391 5、m/z455.352 2 推測其為化合物34 或35 的同分異構(gòu)體。又根據(jù)其脫去脫水木糖、脫水葡萄糖、脫水鼠李糖、脫水木糖、脫水鼠李糖、脫水木糖的順序,與數(shù)據(jù)庫比對推測化合物37 為oleanolic acid 3-Xyl-Rha-Xyl-Rha-Glc-Xyl ,其為首次在翼首草中發(fā)現(xiàn)?;衔?0 在負離子模式下準分子離子峰為[M-H]-(m/z1 143.597 3),推測分子式為C57H92O23。根據(jù)碎片m/z865.487 4、m/z587.391 5、m/z455.352 2,推測其為三萜類化合物,依次脫去脫水木糖、脫水鼠李糖、脫水鼠李糖、脫水木糖、脫水木糖,推測化合物40 為oleanolic acid -Xyl(1→3)-Xyl(1→3)-Rha(1→3)-Rha(1→3)-Xyl。依此規(guī)律共鑒定出18 個三萜類化合物,為化合物30[oleanolic acid -Xyl(1→3)-Rha(1→2)-Xyl]、32(hookeroside C)、33(hookeroside A)、34(hookerside D)、35(hookerosides D 同分異構(gòu)體)、36[oleanolic acid 3-Xyl(1→4)-Glc(1→4)-Xyl(1→3)-Rha(1→2)-Xyl]、37(oleanolic acid 3-Xyl-Rha-Xyl-Rha-Glc-Xyl)、38[oleanolic acid 3-Glc(1→4)-Xyl(1→3)-Rha(1→2)-Xyl]、39(rivularicin)、40[oleanolic acid-Xyl(1→3)-Xyl(1→3)-Rha(1→3)-Rha(1→3)-Xyl]、41(triploside C)、42(triploside C 同分異構(gòu)體)、43[oleanolic acid 3-Xyl(1→3)-Rha(1→2)-Xyl]、44(giganteaside D)、45(songoroside A)、46(oleanolic acid)、47(ursolic acid)、48(oleanonic acid);其中化合物46、47、48 為對照品比對,化合物30、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48 為結(jié)合文獻推測確認。化合物37 和40 為首次在翼首草中發(fā)現(xiàn)的三萜類化合物(詳見表1)。
質(zhì)譜中導出4 批次藥材的原始數(shù)據(jù)經(jīng)Progenesis QI 3.0 軟件處理,導入Ezinfo 3.0 中進行無監(jiān)督的PCA 分析。結(jié)果顯示,在負離子模式下能得到較好的分離(圖2A),表明不同提取溶劑影響翼首草有效成分的溶出。
進一步基于有監(jiān)督的OPLS-DA 分析對翼首草水提取物、醇提取物進行判別分析見圖2B 得分圖(Score plot,S-plot)見圖2C。以變量投影重要度VIP >1.0,P<0.5和Fold change >2或<0.5為篩選條件,對4 批翼首草兩種提取物的差異化合物進行篩選,結(jié)果共鑒定出16 個特征差異成分,其中2 個環(huán)烯醚萜類化合物、10個三萜類化合物(見表2)。
表2 翼首草水提取物和醇提取物差異化合物Tab.2 Information of differential components between WE and EE of P.hookeri
圖2 翼首草水提取物、醇提取物PCA圖(A)、OPLS-DA圖(B)、S-plot圖(C)Fig.2 PCA score plot(A),OPLS-DA score plot(B),S-plot(C)of WE and EE of P.hookeri
結(jié)果顯示,質(zhì)譜中化合物的相對離子強度可以初步反映其相對含量[17],因此利用相對離子強度對16 個差異成分進行了半定量分析(見圖3)。其中4個化合物為醇提液中所特有oleanolic acid-Xyl(1→3)-Rha(1→2)-Xyl、rivularicin、oleanolic acid-Xyl(1→3)-Xyl(1→3)-Rha(1→3)-Rha(1→3)-Xyl、oleanonic acid,12 個化合物在含量上具有明顯差異即水提取物中neochlorogenic acid、chlorogenic acid、quinic acid、swertiamarin 含量較高,可能與化合物自身的溶解性有關(guān);75%乙醇提取物中sylvestroside III、luteolin 7-glucoside 或者kaempferol 5-glucoside 或者luteolin 7-galactoside 以及三萜類化合物(hookerosides D 或者其同分異構(gòu)體、oleanolic acid 3-Xyl-Rha-Xyl-Rha-Glc-Xyl、triploside C或同分異構(gòu)體、oleanolic acid、ursolic acid)含量較高,這可能與提取溶劑極性或提取過程中某些化合物發(fā)生了降解有關(guān)。
圖3 翼首草不同提取物差異成分半定量結(jié)果Fig.3 Semi-quantification of differential components in two extracts of P.hookeri
本研究利用UPLC-QTOF-MS/MS 快速表征了翼首草水提取物和醇提取物化學輪廓,從4 批翼首草藥材中共鑒定了48 個化合物,包括18 個三萜類、18 個環(huán)烯醚萜類、9 個苯丙素類等化合物。首次從翼首草中發(fā)現(xiàn)5 個化合物,其中1 號化合物經(jīng)對照品鑒定為quinic acid,其余四個化合物通過裂解規(guī)律推斷為luteolin 7-glucoside 或者kaempferol 5-glucoside 或者luteolin 7-galactoside、tectoridin 或者同分異構(gòu)體、oleanolic acid 3-Xyl-Rha-Xyl-Rha-Glc-Xyl、oleanolic acid-Xyl(1→3)-Xyl(1→3)-Rha(1→3)-Rha(1→3)-Xyl。通過PCA 分析和OPLS-DA 辨識出翼首草水提取物和75% 乙醇提取物的16 個差異性成分,其中4 個化合物為醇提液中所特有oleanolic acid-Xyl(1→3)-Rha(1→2)-Xyl、rivularicin、oleanolic acid-Xyl(1→3)-Xyl(1→3)-Rha(1→3)-Rha(1→3)-Xyl、oleanonic acid;12 個化合物在含量上具有明顯差異即水提取物中neochlorogenic acid、chlorogenic acid、quinic acid、swertiamarin 含量較高,75%乙醇提取物中sylvestroside III、luteolin 7-glucoside 或者kaempferol 5-glucoside 或者luteolin 7-galactoside、hookerosides D 或其同分異構(gòu)體、oleanolic acid 3-Xyl-Rha-Xyl-Rha-Glc-Xyl、triploside C 或其同分異構(gòu)體、oleanolic acid、ursolic acid含量較高。
綠原酸具有很好的抗菌作用[33],本研究發(fā)現(xiàn)翼首草水提取物中含有大量的綠原酸,這解釋了翼首草水提取物抗菌效果較好的原因。翼首草中sylvestroside III 等雙環(huán)環(huán)烯醚萜化合物在動物水平具有很好的鎮(zhèn)痛作用,在細胞水平具有抗炎作用[34],翼首草的網(wǎng)絡(luò)藥理學研究發(fā)現(xiàn)齊墩果酸、熊果酸、齊墩果酮酸等三萜類化合物是抗風濕性關(guān)節(jié)炎的活性成分[35],這些活性成分為翼首草醇提取物的優(yōu)勢成分。研究結(jié)果表明不同翼首草提取物中含有活性成分有明顯區(qū)別,產(chǎn)生的藥理作用也有所不同,這為解釋不同溶劑翼首草提取物的制劑藥效偏向性提供了化學依據(jù),同時在實際應(yīng)用中也應(yīng)充分考慮這一特點。