Method Article

Approccio tecnico per l'analisi strutturale di un composto sconosciuto nel liquido orale Huoxiang Zhengqi basato sulla spettrometria di massa a trappola ionica lineare

DOI:

10.3791/70672

April 3rd, 2026

In This Article

Summary

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Qui mostriamo un protocollo standard che combina alberi di spettrometria di massa a più stadi con un processo di frammentazione basato sul liquido orale Huoxiang Zhengqi.

Abstract

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I composti erboristici cinesi (CHC) svolgono un ruolo insostituibile nella medicina cinese, e l'identificazione dei loro complessi componenti è stata un importante focus di ricerca negli ultimi anni. Il liquido orale Huoxiang Zhengqi è un classico medicinale brevettato cinese la cui composizione chimica richiede ulteriori indagini a livello molecolare. Gli spettrometri di massa tradizionali, come il tempo di volo e Orbitrap, forniscono tipicamente solo informazioni secondarie sulla frammentazione. Basandosi su uno spettrometro di massa a trappola ionica lineare, i composti potevano essere scomposti in modo più approfondito, ottenendo così informazioni più profonde sui frammenti. Questo articolo sviluppa una tecnica di esplorazione strutturale per composti sconosciuti nei CHC, comprendendo il pretrattamento del campione, la preparazione per cromatografia liquida a ultra-performance, la preparazione per la spettrometria di massa, i test a spettro completo, i test a spettrometria di massa secondaria, i test a spettrometria di massa multilivello e l'analisi dei risultati. I risultati rappresentativi dimostrano il processo di derivazione della struttura composta. Discutiamo i fattori che influenzano la tecnica sperimentale, come isomeri, composti poliidrossi e risoluzione degli strumenti. Basandosi sulla derivazione della struttura molecolare microscopica di composti sconosciuti tramite frammentazione di spettrometria di massa a più stadi, il metodo sperimentale consolidato è versatile ed applicabile per la caratterizzazione strutturale di piccole molecole bioattive nella medicina tradizionale cinese e il loro collegamento con meccanismi farmacologici.

Introduction

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I composti erboristici cinesi (CHC), come risorse inestimabili della medicina tradizionale cinese (MTC), hanno accumulato millenni di esperienza clinicavalidata 1. Svolgono un ruolo insostituibile nella prevenzione delle malattie, nell'intervento terapeutico e nellariabilitazione 2. Attraverso il sinergismo multi-erba, i CHC trattano il corpo umano in modo olistico, operativizzando i principi fondamentali dell'olismo e della terapia basata sulla differenziazione dellasindrome 3. All'interno dei quadri medici contemporanei, i CHC ottengono riconoscimento globale per i loro meccanismi polifarmacologici che coinvolgono vie multi-bersaglio4, con ampie applicazioni che spaziano sui disturbi digestivi, le infezioni respiratorie e l'immunomodulazione5. Il liquido orale Huoxiang Zhengqi (HXZQ) rappresenta le formulazioni classiche delCHC 6. La sua composizione integra molteplici erbe medicinali come patchouli, foglie di perilla, angelica dahurica, atractylodes, poria e buccia di mandarino essiccato. È rinomato per la sua capacità di conferire proprietà diaforetiche, di pulizia del calore, di risolvimento dell'umidità e di tonificazione allo stomacodella milza. L'HXZQ è clinicamente impiegato contro sindromi influenzali indotte dall'umidità, distensione epigastrica, vomitosi e condizionidiarreiche. I progressi tecnologici hanno spostato la ricerca sul CHC dall'osservazione fenomenologica a indagini a livello molecolare, meccanicistico ea livello di composti, come l'utilizzo di tecniche proteomica e metabolomica per identificare i componenti attivi, stabilendo così basi scientifiche per la globalizzazione della MTC. Di conseguenza, un'analisi rigorosa dei costituenti chimici e della farmacodinamica di HXZQ non solo promuove la standardizzazione del CHC, ma catalizza anche la scoperta innovativa di farmaci10.

L'HXZQ è una formulazione multi-erba la cui complessità chimica intrinseca deriva dai suoi componenti botanicicompositi 11. Caratterizzato da una vasta gamma di classi fitochimiche—inclusi oli volatili, cumarine, lignani, polisaccaridi e alcaloidi—HXZQ contiene sia composti bioattivi ben caratterizzati sia un consistente bacino di costituenti strutturalmente nonannotati 12. Fluttuazioni dinamiche in componenti chiave (ad esempio, oli volatili, flavonoidi, alcaloidi) possono verificarsi a causa di variazioni nei protocolli di estrazione e nelle condizioni di stoccaggio, sottolineando la necessità critica di una profilazione chimicasistematica 6. Nel quadro della modernizzazione della medicina tradizionale cinese (MTC), un'analisi composizionale approfondita di formulazioni classiche come HXZQ non solo chiarisce la base materiale alla base della loro efficacia terapeutica, ma fornisce anche supporto empirico per il controllo della qualità, la produzione standardizzata e il monitoraggio degli eventiavversi 10. Sebbene i composti ad alta abbondanza in HXZQ siano stati ampiamente documentati, una parte significativa della sua componente chimica rimane noncaratterizzata 13. La diversità strutturale dei suoi costituenti, unita alla bassa abbondanza di molte molecole potenzialmente bioattive, pone sfide formidabili per un'identificazione completa utilizzando tecniche analitiche convenzionali come cromatografia e spettroscopiada sole 14. In particolare, l'isomerismo è prevalente in molteplici classi fitochimiche in HXZQ, inclusi cumarine, lignani e polisaccaridi, complicando ulteriormente la differenziazionestrutturale 15. Ulteriori barriere all'annotazione accurata dei composti includono una bassa abbondanza di analiti e effetti di interferenza matriciale. Collettivamente, questi fattori mettono in evidenza una frontiera chiave nella ricerca sugli HXZQ: lo sviluppo di strategie analitiche robuste per ottenere un'identificazione precisa e ad alta copertura dell'intero suo complemento chimico.

Le piattaforme contemporanee di spettrometria di massa (MS) incontrano limitazioni intrinseche nella caratterizzazione di matrici complesse, inclusi artefatti di coeluzione ionica e copertura incompleta di databasespettrali 16. In questo contesto, la spettrometria di massa tandem (MS/MS) e la spettrometria di massa multistadio (MSn) sono emerse come strategie analitiche indispensabili per l'elucidazione strutturale de novo di composti sconosciuti17. Sebbene i sistemi MS convenzionali ad alta risoluzione come il quadrupole time-of-flight (Q-TOF) MS e Orbitrap MS generano dati di frammenti MS/MS di alta qualità, la loro utilità è limitata a eventi di frammentazione a singolo stadio. Nonostante questa limitazione, queste piattaforme offrono ricche intuizioni strutturali con sensibilità e risoluzione eccezionali, in particolare nell'analisi di miscelecomplesse 18. Al contrario, la sclerosi multipla a trappola ionica lineare (LIT) impiega una modalità di dissociazione indotta da collisione (CID) a più stadi che consente la frammentazione sequenziale e iterativa degli ioni molecolari. Questa capacità unica consente la dissezione a passo di scheletri composti e gruppi funzionali, facilitando l'identificazione qualitativa e inequivocabile di analiti sconosciuti strutturalmentediversi 19. Per rispondere alla necessità non soddisfatta di caratterizzazione completa delle matrici CHC complesse, questo studio presenta un flusso di lavoro analitico basato su LIT-MS, pensato per l'identificazione di composti sconosciuti. Sfruttando l'elevata efficienza di cattura ionica e la rapida velocità di scansione del LIT, questo approccio migliora la capacità e la precisione dell'annotazione strutturale de novo . L'applicazione di questo flusso di lavoro a HXZQ mira: (1) integrare le metodologie esistenti per il profilaggio dei costituenti chimici non caratterizzati in HXZQ; (2) stabilire un quadro tecnico per supportare la ricerca di standardizzazione per altre formulazioni di CHC; e (3) accelerare la traduzione della MTC dalla pratica empirica a una medicina di precisione basata sulle evidenze.

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Protocol

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1. Pretrattamento del campione

  1. Apri la confezione dell'HXZQ commerciale. Trasferire con precisione 0,1 mL di HXZQ in una bottiglia campione da 2 mL, poi aggiungere 0,9 mL d'acqua. Agita la soluzione finché non è ben mescolata.
  2. Prepara una siringa iniezione (1 mL) e un filtro a membrana microporosa (0,22 μm). Filtra la soluzione in una nuova bottiglia da 2 mL.
    NOTA: Adottare le adeguate precauzioni personali durante le procedure sperimentali.

2. Preparazione della cromatografia liquida ultra-performante (UPLC)

  1. Doppio clic sul software Xcalibur . Clicca su Pronto per il download, poi clicca sul pulsante Controllo Diretto . Clicca sulla colonna Pump Module nella finestra pop-up, imposta %B a 50, %C a 0 e %D a 0 (Figura 1).
  2. Clicca sul pulsante Motore per passare allo stato On. Clicca sul pulsante Altre opzioni , imposta il Flusso a 5 [mL/min] e il Tempo a 180 [s] nella finestra pop-up. Clicca sul pulsante Elimina , poi clicca sul pulsante OK nella finestra pop-up.
    NOTA: La fase mobile è costante a 0,3 mL/min con il 50% di A (0,1% di soluzione di acido formico) e il 50% di B (acetonitrile) senza temperatura di colonna in assenza di una colonna cromatografica. Il volume di iniezione predefinito è solitamente 1 μL.

3. Preparazione alla sclerosi multipla

  1. Torna alla finestra principale del software, clicca sul pulsante Visualizzazione Configurazione Sequenza . Clicca sul pulsante Apri per importare il template già modificato, clicca con il tasto destro su Nome Metodo e clicca sul pulsante Apri File per aprire il file del metodo.
  2. Nella finestra pop-up Instrument Setup, imposta la Prima Massa (m/z) a 100 e l'Ultima Messa (m/z) a 1200. Clicca sul pulsante Salva per salvare il metodo.
    NOTA: Le condizioni predefinite della MS includevano la temperatura della sorgente ionica a 350 °C, intervallo iniziale di MS durante 80 – 1200 Da, modalità collisione alla dissociazione indotta dalla collisione (CID) e energia di collisione a 35.

4. Test completo per la sclerosi multipla

  1. Clicca sul pulsante Run sequence , poi clicca sul pulsante OK nella finestra pop-up. Attendere che l'iniezione del campione venga completata (Figura 2).
    NOTA: Prima del test, si prega di posizionare la bottiglia da 2 mL nel vassoio dello strumento.
  2. Clicca sul pulsante Vista Roadmap e clicca sull'icona Qual Browser per aprire la finestra Qual Browser. Clicca sul pulsante Apri , seleziona il File Dati con formato .raw nella cartella e fai doppio clic per aprire il file.
  3. Clicca con il tasto destro sulla finestra del Cromatogramma, poi clicca sul pulsante Ranges . Nella sezione Filtro Scansione, seleziona ESI Full MS. Nella sezione Tipo di trama, scegli TIC. Clicca sul pulsante OK , e poi la finestra mostrerà il cromatogramma ionico totale del campione.
  4. Clicca sul pulsante Pushpin nell'angolo in alto a destra della finestra dello spettro di massa.
  5. Nella finestra del cromatogramma, clicca e scorre per selezionare una Regione Temporale con l'abbondanza relativa più forte. La finestra dello spettro di massa mostrerà gli ioni corrispondenti dello spettro di massa. Registra i valori m/z per il livello successivo di spettrometria di massa.

5. Test MS/MS

  1. Torna alla finestra di Configurazione degli strumenti. Nella colonna Massa Genitore della riga n=2, inserisci il valore m/z del composto registrato nel passaggio precedente. Clicca sul pulsante Salva per salvare il metodo.
  2. Torna alla finestra del software. Clicca sul pulsante Visualizzazione Configurazione Sequenza , modifica il nome del file e poi clicca sul pulsante Salva per salvare la sequenza.
  3. Clicca sul pulsante Run sequence , poi clicca sul pulsante OK nella finestra pop-up. Aspettare che l'iniezione del campione venga completata.
  4. Torna alla finestra del Browser di Qualificazione. Clicca sul pulsante Apri , seleziona il File Dati con .raw formato nella cartella e fai doppio clic per aprire il file
  5. Clicca con il tasto destro sulla finestra del Cromatogramma, poi clicca sul pulsante Ranges . Nella sezione Filtro Scansione, seleziona ESI Full MS. Nella sezione Tipo di trama, scegli TIC. Clicca sul pulsante OK , e poi la finestra mostrerà il cromatogramma ionico totale del campione.
  6. Clicca sul pulsante Pushpin nell'angolo in alto a destra della finestra dello spettro di massa.
  7. Nella finestra del cromatogramma, clicca e scorre per selezionare una Regione Temporale con l'abbondanza relativa più forte. La finestra dello spettro di massa mostrerà gli ioni corrispondenti dello spettro di massa. Registra i valori m/z per il livello successivo di spettrometria di massa.

6. Test MSn

  1. Torna alla finestra di configurazione degli strumenti. Nella colonna Massa Genitore della riga n=3, inserisci il valore m/z del composto registrato nel passaggio precedente. Clicca sul pulsante Salva per salvare il metodo.
  2. Ripeti i passaggi da 4.2 a 4.5 per completare l'iniezione del campione e la visualizzazione dei dati. Interrompere l'analisi MSn non appena non vengono osservati ioni frammenti stabili.

7. Ottimizzazione dei parametri

  1. Torna alla finestra di configurazione degli strumenti. Nella colonna del tipo di atto, clicca su CID e poi seleziona PQD o ETD per cambiare la modalità collisione.
  2. Nella colonna dell'energia di collisione normalizzata, clicca su 35 e poi imposta su 20 o 50 per cambiare l'energia di collisione.
    NOTA: Combina tutti i residui chimici e i solventi nel contenitore dei rifiuti organici.

8. Analisi dei risultati

  1. Disegna manualmente l'ione genitore e l'ione frammentazione nel software di disegno, includendo la struttura degli ioni genitori, il nome del composto e il valore del rapporto massa/carica (m/z).
  2. Ad esempio, per il composto sconosciuto con m/z=623.21, si osserva la frammentazione risultante. Qui, il frammento intermedio aveva un m/z=461,15 a MS/MS. La differenza di massa era di 162,06 Da, corrispondente a una struttura esosio.
  3. Analizzando ulteriormente, il frammento intermedio con m/z=461.15 si è frammentato nuovamente per formare neobyakangelicol con m/z=315.09 a MS3. La differenza di massa era di 146,06 Da, corrispondente a una struttura desossiesesmetilosica. Cioè, l'intermedio con m/z=461,15 aveva un'unità desossiesesmetilosa in più rispetto al neobyakangelicol.
  4. Nella struttura del neobyakangelicol, analizza la posizione di legame. Qui, il gruppo idrossile esposto era la posizione più probabile per essere collegato a un desossiesmetilosio. Analogamente, il gruppo idrossile in C1 sull'unità desossiesmetilosa era il più probabile collegato a un esosio. Infine, ottieni la struttura del composto sconosciuto con m/z=623.21.

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Results

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Abbiamo suggerito che tutte le informazioni m/z dovessero essere prima raccolte, e poi calcolare il valore della differenza di massa tra lo ione genitore e quello del frammento. Ho trovato il composto riportato nel database o nella letteratura, e poi ho dedotto la struttura del composto sconosciuto in modo inverso basandosi su questa struttura nota.

Tutti i composti rilevati e i relativi ioni frammenti erano presentati tramite valori m/z. Un sottoinsieme di questi ioni frammenti poteva essere ...

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Discussion

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La combinazione di LIT-MS e la sua tecnologia di frammentazione MSn fornisce un metodo per identificare composti sconosciuti nei CHC. A differenza delle modalità MS tandem tradizionali in Orbitrap e Q-TOF MS, la trappola ionica lineare può catturare specificamente ioni bersaglio, evitando efficacemente l'interferenza degli ioni co-eluzionanti23. Questo metodo raggiunge una precisione a livello molecolare, fornendo informazioni strutturali chimiche relat...

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Disclosures

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Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti.

Acknowledgements

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Questo lavoro è stato finanziato da un progetto speciale per incentivi alla performance e guida dell'Istituto di Ricerca Scientifica di Chongqing (cstc2022jxjl120005). Progetto di ricerca scientifica e tecnologica della Commissione Municipale per l'Istruzione di Chongqing (KJZD-K202315102). Progetto di Ricerca Scientifica Medica di Chongqing (Progetto congiunto tra la Commissione Sanitaria di Chongqing e l'Ufficio Scienza e Tecnologia (2022DBXM007). Studente Speciale dell'Ospedale Xinglin dell'Università di Chengdu della MTC (YYZX202160).

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
AcetonitrileThermo ScientificCAS 75-05-8Stato liquido
Acido formicoThermo ScientificCAS 64-18-6Stato liquido
Huoxiang Zhengqi Liquido oraleChongqing Taiji Industry (Group) Co., Ltd.Codice standard di droga di Stato Z50020409Oggetto di studio
Spettrometro di massa a trappola ionica lineareThermo ScientificLTQ XLStrumento IT-MS
Cromatografo liquidoThermo ScientificU3000Strumento UPLC
XcaliburThermo Scientificversione 2.0Software operativo UPLC-IT-MS

References

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