基于成像质谱显微镜对人参皂苷类物质的空间分布评价

1. 摘 要

参类目前是世界上被广泛应用的天然药物，特别是人参，西洋参和三七。其中人参皂苷（Ginsenoside）被认为是其中的主要活性成分，主要包括人参皂苷Ginsenoside Rb1, Rb2 和Rg1。人参中皂苷的种类，表达水平以及局部分布模式的差别不仅可以鉴别人参品种和产地，同时帮助探索有效成分的代谢通路。采用iMScope TRIO质谱成像的方法对人参品种和年限进行鉴定，不仅前处理简单，不需要染色或者标记，同时还能原位观察到人参皂苷在植物组织中的空间分布信息。本研究建立了成像质谱显微镜技术对人参皂苷类物质在组织中的空间分布的直接分析（不需要染色和标记）及其结构确证的方法，对于植物类样品中有效成分或者毒物毒素的原位分析来说具有借鉴意义。

2. 前 言

人参皂苷（Capsaicinoids）属于固醇类化合物，三萜皂苷，被认为是参类物质的主要活性成分，研究发现人参皂苷具有缓解疲劳，延缓衰老，抑制癌细胞增殖等作用。目前对于人参皂苷类物质的研究主要集中在分离提取纯化工艺改进及其生物活性的相关研究。常规的方法是把样品均质化，过柱子分离提取纯化，最后通过质谱检测器进行检测。但是这种方法样品前处理复杂，且其在组织中的原位空间分布信息不得而知。目前常用的成像方法，需要对目标物进行标记，但是标记物容易解离，且未知物无法测定。针对这些局限性，岛津开发了质谱显微镜，把显微镜和质谱仪精准的融合在一起。借助iMScope TRIO 前端搭载的高分辨光学微镜，可以清晰的观察并定位到人参的细微组织上，从而进行多点的质谱成像分析。后端配置离子阱和飞行时间串联质谱仪（ITTOF），具有高质量分辨率的多级质谱分析功能，提供丰富的碎片信息，进一步验证人参皂苷的结构。

3. 实 验

3.1 材料和仪器

三年生长白山产人参购自中国中医科学院中药研究所。MALDI级别的a-Cyano-4hydroxycinnamic acid (CHCA),购自西格玛公司。人参皂苷Ginsenoside Rb1，Rb2和Rg1购自ChromaDex公司，Rb1, Rb2和Rg1的化学结构式见下图1。HPLC级别的乙腈和甲醇购自默克公司。25 mm X 75 mm导电载玻片购自德尔塔科技公司。明胶购自西格玛公司。

3.2 切片的制作以及基质涂敷

干燥人参取根须部位，用100 mg/ml明胶进行包埋。使用Leica CM1950在-20℃的环境下制作15μm厚切片。采用升华+喷涂的two-step基质涂敷方法，其中基质升华通过SVC-700TMSG iMLayer自动升华仪完成。基质喷涂使用GSI Creos Airbrush完成。

3.3 基于iMScope TRIO 的质谱成像分析

分析条件

4. 结果与讨论

4.1 人参皂苷Ginsenoside标准品的化学结构及其相应的质谱图

图 1. 人参皂苷化学结构式及其单同位素质量(A) Ginsenoside Rb1（B）Ginsenoside Rb2（C）Ginsenoside Rg1

图 2. 人参皂苷Ginsenoside标准品的质谱图。(A) Rb1[M+K]+一级平均质谱图及其(B) 二级平均质谱图。(C) Rb2[M+K] + 一级平均质谱图及其(D) 二级平均质谱图。(E) Rg1[M+K] + 一级平均质谱图及其(F) 二级平均质谱图。

4.2 人参切片上人参皂苷类物质的质谱图

图 3. 人参切片多点成像质谱分析. (A) m/z 800-1250全扫描平均质谱图。(B) 人参皂苷Rb1[M+K] +的扩大质谱图。(C) 人参皂苷Rb2[M+K] +的扩大质谱图。(D) 人参皂苷Rg1[M+K] +的扩大质谱图。

图 4. 人参中人参皂苷（Ginsenoside）类物质的多点成像质谱分析（放大倍数为1.25X）。(A) 人参根茎切片的光学图像。(B).人参皂苷Rb1（[M+K]+:1147.52）的一级离子密度图。(C).人参皂苷Rb2（[M+K] +:1117.50）的一级离子密度图。(D).人参皂苷Rg1（[M+K] +:839.41的一级离子密度图. Scale bar: 500 μm。

5. 结 论

通过iMScope TRIO前端搭载的高分辨光学显微镜拍摄的光学图像和相应的多点质谱图像的重叠，我们可以直观地观察到人参皂苷Rb1，Rb2和Rg1都主要分布在人参的韧皮层及其表皮，且Rb1和Rb2的丰度相比Rg1高。其中，加钾峰丰度比较高，推测可能人参中钾离子的含量比较大。通过IT-TOF串联质谱提供丰富的碎片信息，进一步确认人参皂苷类物质的结构。本研究成功建立了不需要染色和标记，直接评价人参皂苷类物质在人参组织上原位空间分布的研究方法。为植物类样品中有效成分的原位分布研究开辟了新的途径。

6. 文 献

[1] Taira Shu et al Mass spectrometric imaging of ginsenosides localization in Panax ginseng root. Am J Chin Med. 2010