中药苦木抗菌活性化学成分的质谱定性

01　引言

苦木为苦木科苦木属植物，是我国民间常用中药，具有清热解毒、祛湿等功效，临床主要用于风热感冒、咽喉肿痛、湿热泻痢、湿疹、疮疖、蛇虫咬伤。然而，其抗菌活性的化学基础一直未能得到阐明。

为此，研究团队基于活性导向分离的策略，针对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的活性成分进行分离，通过 UHPLC-Orbitrap-Ion Trap 质谱进行样品数据采集，结合数据库检索、质谱碎片预测（MS Fragmenter）与保留时间预测（ChromGenius）等技术的联合应用，高效地对活性成分进行了化学结构阐明。

02　LC/MS 数据的处理分析

通过 MS Workbook Suite 软件对每个样品的 UHPLC-MS 原始数据进行读取分析，并进行空白样品谱图的背景扣除；基于软件的 IntelliXtract（IX 2.0）技术实现 LC/MS 数据的自动组分化——包括共流出峰的自动分离，为后续逐一组分的结构鉴定奠定基础。

03　结果与讨论

3.1　基于标准谱图比对的组分确认

通过质谱进行结构定性，比较可靠的方法是基于标准物的 MS 实验谱图比对进行已知物的结构确证。研究首先通过 MS 实验谱图的检索比对分析，确定了部分化学成分的结构，包括 β-carboline-1-carboxylic acid (25)、methylnigakinone (2) 与 nigakinone (10) 等。

3.2　结构数据库检索 + 质谱碎片预测联用

标准谱图的数量往往非常有限。对于没有标准谱图比对的组分，研究采取了「结构数据库检索 + 质谱碎片预测」联用的分析策略，检索对象包括两个化学结构数据库：

• COCONUT 天然产物数据库：目前公开的最大的天然产物数据库，约包含 40 万个天然产物结构，可直接作为检索对象；
• 苦木（PQ）化学成分结构数据库：通过文献与数据库检索收集已报道的苦木化学成分信息，经 Spectrus DB 功能模块构建为可用于检索的 PQ 数据库。其中部分结构与 COCONUT 数据库重复，但也包含一些 COCONUT 未收录的结构。

以 F108 组分峰为例：检测到较强的分子离子峰，正离子和负离子模式下的质荷比分别为 m/z 465.1914 [C₂₈H₂₅N₄O₃]⁺ 和 m/z 463.1772 [C₂₈H₂₃N₄O₃]⁻。通过检索 COCONUT 数据库和 PQ 数据库，得到 15 个分子式为 C₂₈H₂₅N₄O₃⁺ 或 C₂₈H₂₆N₄O₃ 的候选化合物；再通过 MS Fragmenter 对这些化合物逐一进行质谱碎片预测，并与实验 MS 碎片谱图进行归属匹配，最终识别该化学成分为 quassidine K (13)。研究还通过 MS Fragmenter 对该化合物的质谱碎片裂解途径作了进一步阐述。

3.3　保留时间预测进一步辅助结构确证

尽管 MS Fragmenter 可以通过质谱碎片预测来区分不同的化合物，但对于一些结构高度相似的化合物，仍然很难看出差异。因此，研究进一步通过计算化合物保留时间来区分结构相似的同分异构体。

以 F60 和 F108 组分为例：二者在正离子模式下具有相同的离子峰（m/z 481.1862），负离子模式下分别为 m/z 479.1720 和 479.1719，对应相同的分子式 C₂₈H₂₄N₄O₄ 或 C₂₈H₂₅N₄O₄⁺。基于上一节的方法，经 MS Fragmenter 分析后得到 3 个候选化合物：kumudine D、picrasidine H 与 picrasidine T。

研究随后通过 ChromGenius 模块，基于苦木已有化学成分的色谱保留时间实验值建立了色谱保留时间预测模型，并对 3 个候选化合物进行保留时间预测。最终基于预测结果，推断 F60 和 F108 的化学成分分别为 kumudine D (9) 和 picrasidine H (12)。

04　方法可靠性验证

为了验证「质谱碎片预测 + 保留时间预测」这一结构定性方法的可靠性，研究用同样的方法对 3 个标准物质进行了验证。

以 β-carboline-1-carboxylic acid 为例：其精确分子量为 213.0659 [M+H]⁺、211.0513 [M−H]⁻，在一级质谱中的分子离子峰实测值分别为 213.0656 和 211.0513，计算分子式为 C₁₂H₈N₂O₂。经检索 COCONUT 和 PQ 数据库，匹配到 14 个化合物；再通过 MS Fragmenter 预测质谱碎片并与其二级质谱进行归属匹配分析，有 3 个化合物显示较好的匹配度；最后经保留时间预测进一步确认，确定该化合物为 β-carboline-1-carboxylic acid。其余两个标准物质经相同方法也得到了正确识别。

结果表明，通过数据库检索、质谱碎片预测和保留时间预测的联合应用，可以有效、可靠地实现中药苦木的化学成分研究。

05　结论

• 工作流清晰：标准谱图比对确证已知物 → 结构数据库检索缩小候选范围 → MS Fragmenter 碎片预测与归属匹配 → ChromGenius 保留时间预测区分同分异构体，四步递进完成结构定性；
• 数据库是基础：公共 COCONUT 库（约 40 万结构）与基于文献整理、经 Spectrus DB 构建的自建苦木成分库互为补充，显著提高候选检索的覆盖面与准确性；
• 方法经验证：3 个标准物质的回收验证表明，「碎片预测 + 保留时间预测」联合策略鉴定的结果有效、可靠，可推广用于中药与天然产物质谱定性研究。

参考资料

• 原文：Bioassay-guided interpretation of antimicrobial compounds in Kumu, a TCM preparation from Picrasma quassioides stem via UHPLC-Orbitrap-Ion Trap mass spectrometry combined with fragmentation and retention time calculation. Frontiers in Pharmacology, 2021-10-27, DOI: 10.3389/fphar.2021.761751（胡海波团队，赣南医学院等）.
• 本文由凯美科整理，原文发布于微信公众号「凯美科」（2022-09-08）。
• 关键技术：UHPLC-Orbitrap-Ion Trap MS、MS Workbook Suite（IntelliXtract 自动组分化）、MS Fragmenter（碎片预测与归属匹配）、ChromGenius（保留时间预测）、Spectrus DB（自建 PQ 数据库）、COCONUT 数据库检索、活性导向分离。