Method Article

Abordagem Técnica para Análise Estrutural de um Composto Desconhecido em Líquido Oral Huoxiang Zhengqi Baseada em Espectrometria de Massa por Armadilhas Iônicas Lineares

DOI:

10.3791/70672

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April 3rd, 2026

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1General Surgery, Chongqing Traditional Chinese Medicine Hospital, The First Affiliated Hospital of Chongqing College of Traditional Chinese Medicine, 2Department of Cardiology, Chongqing Traditional Chinese Medicine Hospital, The First Affiliated Hospital of Chongqing College of Traditional Chinese Medicine, 3Chongqing Taiji Industry, 4Chongqing Clinical Research Center for Dermatology, Department of Dermatology, Chongqing Traditional Chinese Medicine Hospital, The First Affiliated Hospital of Chongqing College of Traditional Chinese Medicine

In This Article

Summary

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Aqui, mostramos um protocolo padrão que combina árvores de espectrometria de massa de múltiplos estágios com um processo de fragmentação baseado no líquido oral Huoxiang Zhengqi.

Abstract

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Os compostos herbais chineses (CHCs) desempenham um papel insubstituível na medicina chinesa, e a identificação de seus complexos constituintes tem sido um foco significativo de pesquisa nos últimos anos. O líquido oral Huoxiang Zhengqi é um medicamento patenteado clássico chinês cuja composição química requer investigação adicional em nível molecular. Espectrômetros de massa tradicionais, como o time of flight e o Orbitrap, normalmente fornecem apenas informações secundárias de fragmentação. Com base em um espectrômetro de massa linear de armadilha de íons, os compostos podiam ser decompostos de forma mais completa, obtendo assim informações mais profundas sobre fragmentos. Este artigo desenvolve uma técnica de exploração estrutural para compostos desconhecidos em CHCs, abrangendo pré-tratamento de amostras, preparação de cromatografia líquida de ultra-performance, preparação para espectrometria de massas, testes de espectrometria de massas completos, testes de espectrometria de massa secundária, testes de espectrometria de massa multinível e análise de resultados. Resultados representativos demonstram o processo de derivação da estrutura composta. Discutimos fatores que influenciam a técnica experimental, como isômeros, compostos polihidroxi e resolução de instrumentos. Baseado na derivação da estrutura molecular microscópica de compostos desconhecidos por meio da fragmentação por espectrometria de massa em múltiplos estágios, o método experimental estabelecido é versátil e aplicável para a caracterização estrutural de pequenas moléculas bioativas na medicina tradicional chinesa e sua ligação a mecanismos farmacológicos.

Introduction

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Os compostos herbais chineses (CHCs), como recursos inestimáveis da medicina tradicional chinesa (MTC), acumularam milênios de experiência clínicavalidada 1. Eles desempenham um papel insubstituível na prevenção de doenças, intervenção terapêutica ereabilitação 2. Por meio do sinergismo multi-ervas, os CHCs tratam o corpo humano de forma holística, operacionalizando os princípios centrais da terapia baseada em diferenciação de holismoe síndrome 3. Dentro dos marcos médicos contemporâneos, os CHCs ganham reconhecimento global por seus mecanismos polifarmacológicos que envolvem viasmulti-alvo 4, com amplas aplicações que abrangem distúrbios digestivos, infecções respiratórias e imunomodulação5. O líquido oral Huoxiang Zhengqi (HXZQ) exemplifica as formulações clássicas deCHC 6. Sua composição integra múltiplas ervas medicinais como patchouli, folha de perilla, angélica dahurica, atractylodes, poria e casca de tangerina seca. É renomado por sua capacidade de conferir propriedades diaforéticas, de limpeza de calor, de eliminação de umidade e tonificadoras do estômagodo baço 7. O HXZQ é clinicamente utilizado contra síndromes semelhantes à gripe induzidas por umidade, distensão epigástrica, vêmese e condiçõesdiarreicas 8. Avanços tecnológicos deslocaram a pesquisa em CC da observação fenomenológica para investigações moleculares, mecanicistas e em nívelde compostos, como a utilização de técnicas de proteômica e metabolômica para identificar os componentes ativos, estabelecendo assim bases científicas para a globalização da MTC. Consequentemente, a análise rigorosa dos constituintes químicos e farmacodinâmica do HXZQ não apenas avança a padronização do CHC, mas também catalisa a descoberta inovadora defármacos 10.

O HXZQ é uma formulação multi-ervas cuja complexidade química inerente decorre de seus constituintes botânicoscompostos 11. Caracterizado por uma diversidade de classes fitoquímicas — incluindo óleos voláteis, cumarinas, lignanos, polissacarídeos e alcaloides — o HXZQ contém tanto compostos bioativos bem caracterizados quanto um conjunto substancial de constituintes estruturalmentenão anotados 12. Flutuações dinâmicas em componentes-chave (por exemplo, óleos voláteis, flavonoides, alcaloides) podem ocorrer devido a variações nos protocolos de extração e nas condições de armazenamento, ressaltando a necessidade crítica de perfilamento químicosistemático 6. No âmbito da modernização da medicina tradicional chinesa (MTC), a análise composicional aprofundada de formulações clássicas como o HXZQ não apenas esclarece a base material subjacente à sua eficácia terapêutica, mas também fornece suporte empírico para controle de qualidade, fabricação padronizada e monitoramento de eventosadversos 10. Embora compostos de alta abundância em HXZQ tenham sido amplamente documentados, uma parte significativa de seu componente químico permanece nãocaracterizada 13. A diversidade estrutural de seus constituintes, combinada com a baixa abundância de muitas moléculas potencialmente bioativas, apresenta desafios formidáveis para a identificação abrangente usando técnicas analíticas convencionais como cromatografia e espectroscopiasozinhas. Notavelmente, o isomerismo é prevalente em múltiplas classes de fitoquímicos em HXZQ, incluindo cumarinas, lignanos e polissacarídeos, complicando ainda mais a diferenciaçãoestrutural 15. Barreiras adicionais para anotação composta precisa incluem baixa abundância de analitos e efeitos de interferência matricial. Coletivamente, esses fatores destacam uma fronteira chave na pesquisa do HXZQ: o desenvolvimento de estratégias analíticas robustas para alcançar a identificação precisa e de alta cobertura de seu conjunto químico completo.

Plataformas contemporâneas de espectrometria de massa (EM) enfrentam limitações inerentes ao caracterizar matrizes complexas, incluindo artefatos de co-elusão iônica e cobertura incompleta de banco de dadosespectral 16. Nesse contexto, a espectrometria de massa em tandem (MS/MS) e a espectrometria de massa multi-estágio (MSn) surgiram como estratégias analíticas indispensáveis para a elucidação estrutural de novo de compostosdesconhecidos 17. Embora sistemas convencionais de MS de alta resolução, como o quadrupolo time-of-flight MS (Q-TOF) e o Orbitrap MS, gerem dados de fragmentos MS/MS de alta qualidade, sua utilidade é limitada a eventos de fragmentação de estágio único. Apesar dessa limitação, essas plataformas oferecem insights estruturais ricos com sensibilidade e resolução excepcionais, especialmente ao analisar misturascomplexas 18. Em contraste, a EM linear de íons (LIT) emprega um modo de dissociação induzida por colisão (CID) em múltiplos estágios que permite fragmentação sequencial e iterativa de íons moleculares. Essa capacidade única permite a dissecação passo a passo de esqueletos compostos e grupos funcionais, facilitando a identificação qualitativa inequívoca de analitos desconhecidos estruturalmentediversos 19. Para atender à necessidade não atendida de caracterização abrangente de matrizes complexas de CHC, este estudo apresenta um fluxo de trabalho analítico baseado em LIT-MS, voltado para identificação de compostos desconhecidos. Aproveitando a alta eficiência de captura de íons e a rápida velocidade de varredura do LIT, essa abordagem aumenta a taxa de transferência e a precisão da anotação estrutural de novo . A aplicação desse fluxo de trabalho ao HXZQ visa: (1) complementar metodologias existentes para perfilar constituintes químicos não caracterizados no HXZQ; (2) estabelecer um arcabouço técnico para apoiar pesquisas de padronização para outras formulações de CHC; e (3) acelerar a tradução da MTC da prática empírica para a medicina de precisão baseada em evidências.

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Protocol

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1. Pré-tratamento por amostra

  1. Abra a embalagem do HXZQ comercial. Transfira com precisão 0,1 mL de HXZQ para um frasco de amostra de 2 mL, depois adicione 0,9 mL de água. Agite a solução até que esteja bem misturada.
  2. Prepare uma seringa de injeção (1 mL) e um filtro de membrana microporosa (0,22 μm). Filtre a solução em um novo frasco de amostra de 2 mL.
    NOTA: Tome as precauções pessoais apropriadas durante os procedimentos experimentais.

2. Preparação para cromatografia líquida de ultra-performance (UPLC)

  1. Clique dois vezes no software Xcalibur . Clique em Pronto para Baixar, depois no botão Controle Direto . Clique na coluna Módulo de Bombeamento na janela pop-up, defina %B para 50, %C para 0 e %D para 0 (Figura 1).
  2. Clique no botão Motor para mudar para o estado Ligado. Clique no botão Mais Opções , defina o Fluxo para 5 [mL/min] e o Tempo para 180 [s] na janela pop-up. Clique no botão Purgar e depois no botão OK na janela pop-up.
    NOTA: A fase móvel é constante em 0,3 mL/min com 50% de A (0,1% de solução de ácido fórmico) e 50% de B (acetonitrila) sem temperatura da coluna na ausência de uma coluna cromatográfica. O volume padrão de injeção geralmente é de 1 μL.

3. Preparação para a EM

  1. Volte à janela principal do software, clique no botão Visualização de Configuração de Sequências . Clique no botão Abrir para importar o modelo já editado, clique com o botão direito no Nome do Método e clique no botão Abrir Arquivo para abrir o arquivo do método.
  2. Na janela pop-up de Configuração de Instrumentos, defina a Primeira Missa (m/z) para 100 e a Última Missa (m/z) para 1200. Clique no botão Salvar para salvar o método.
    NOTA: As condições padrão da EM incluíram temperatura da fonte iônica em 350 °C, faixa inicial da EM durante 80 – 1200 Da, modo de colisão na dissociação induzida por colisão (CID) e energia de colisão em 35.

4. Teste completo de EM

  1. Clique no botão Sequência de Corrida e depois clique no botão OK na janela pop-up. Espere a injeção da amostra ser concluída (Figura 2).
    NOTA: Antes do teste, por favor, coloque o frasco de amostra de 2 mL na bandeja do instrumento.
  2. Clique no botão Visualização do Roteiro e clique no ícone do Qual Browser para abrir a janela do Qual Browser. Clique no botão Abrir , selecione o Arquivo de Dados com .raw formato na pasta e clique duas vezes nele para abrir o arquivo.
  3. Clique com o botão direito na Janela do Cromatograma e depois clique no botão Ranges . Na seção do filtro de varredura, selecione ESI Full MS. Na seção Tipo de Enredo, escolha TIC. Clique no botão OK , e então a janela exibirá o cromatograma iônico total da amostra.
  4. Clique no botão Pushpin no canto superior direito da janela do espectro de massa.
  5. Na janela do cromatograma, clique e deslize para selecionar uma Região Temporal com a maior abundância relativa. A janela do espectro de massa exibirá os íons correspondentes do espectro de massa. Registre os valores m/z para o próximo nível de espectrometria de massa.

5. Teste MS/MS

  1. Retorne à janela de Configuração do Instrumento. Na coluna Massa Parental da linha n=2, insira o valor m/z do composto registrado no passo anterior. Clique no botão Salvar para salvar o método.
  2. Volte para a janela do software. Clique no botão Visualização de Configuração de Sequência , modifique o nome do Arquivo e depois clique no botão Salvar para salvar a sequência.
  3. Clique no botão Sequência de Corrida e depois clique no botão OK na janela pop-up. Espere a injeção da amostra ser concluída.
  4. Retorne à janela do Navegador de Qualificação. Clique no botão Abrir , selecione o Arquivo de Dados com .raw formato na pasta e clique duas vezes nele para abrir o arquivo
  5. Clique com o botão direito na Janela do Cromatograma e depois clique no botão Ranges . Na seção do filtro de varredura, selecione ESI Full MS. Na seção Tipo de Enredo, escolha TIC. Clique no botão OK , e então a janela exibirá o cromatograma iônico total da amostra.
  6. Clique no botão Pushpin no canto superior direito da janela do espectro de massa.
  7. Na janela do cromatograma, clique e deslize para selecionar uma Região Temporal com a maior abundância relativa. A janela do espectro de massa exibirá os íons correspondentes do espectro de massa. Registre os valores m/z para o próximo nível de espectrometria de massa.

6. TesteMS n

  1. Volte para a janela de configuração do instrumento. Na coluna Massa Parental da linha n=3, insira o valor m/z do composto registrado na etapa anterior. Clique no botão Salvar para salvar o método.
  2. Repita os passos 4.2 a 4.5 para completar a injeção da amostra e a visualização dos dados. Pare a análiseMSN assim que não houver óons fragmentados estáveis.

7. Otimização de parâmetros

  1. Volte para a janela de configuração do instrumento. Na coluna do tipo de ato, clique em CID e então selecione PQD ou ETD para mudar o modo de colisão.
  2. Na coluna de energia de colisão normalizada, clique em 35 e depois defina para 20 ou 50 para alterar a energia de colisão.
    NOTA: Combine todos os resíduos químicos e solventes no recipiente de resíduos orgânicos.

8. Análise de resultados

  1. Desenhe manualmente o íon pai e o íon de fragmentação no software de desenho, incluindo a estrutura do íon pai, nome do composto e valor da razão massa-carga (m/z).
  2. Por exemplo, para o composto desconhecido com m/z=623,21, observe a fragmentação resultante. Aqui, o fragmento intermediário tinha um m/z=461,15 em MS/MS. A diferença de massa era de 162,06 Da, correspondendo a uma estrutura hexosa.
  3. Analise isso mais a fundo, o fragmento intermediário com m/z=461,15 fragmentou-se novamente para formar neobyakangelicol com m/z=315,09 em MS3. A diferença de massa foi de 146,06 Da, correspondendo a uma estrutura desoxihexametilose. Ou seja, o intermediário com m/z=461,15 tinha uma unidade de desoxihexametilose a mais que o neobyakangelicol.
  4. Na estrutura do neobyakangelicol, analise a posição de ligação. Aqui, o grupo hidroxila exposto era a posição mais provável de estar conectado a uma desoxihexametilose. De forma semelhante, o grupo hidroxila em C1 na unidade desoxihexametilose era o mais propenso a estar conectado a uma hexose. Finalmente, obtenha a estrutura do composto desconhecido com m/z=623,21.

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Results

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Sugerimos que toda a informação m/z precisava ser compilada primeiro, e então o valor da diferença de massa entre o íon pai e o íon fragmento era calculado. Encontrei o composto que foi relatado no banco de dados ou na literatura e depois deduziu a estrutura desconhecida do composto inversamente com base nessa estrutura conhecida.

Todos os compostos detectados e seus íons fragmentados correspondentes foram apresentados por valores m/z. Um subconjunto desses íons fragmentados poderia ser associ...

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Discussion

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A combinação do LIT-MS com sua tecnologia de fragmentação MSn fornece um método para identificar compostos desconhecidos em CHCs. Ao contrário dos modos tradicionais tandem MS no Orbitrap e Q-TOF MS, a armadilha linear de íons pode capturar especificamente íons-alvo, evitando efetivamente interferência dos íons23 coeluentes. Esse método alcança precisão em nível molecular, fornecendo informações estruturais químicas relativamente precisas, abordando par...

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Disclosures

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Os autores declaram não haver interesses financeiros concorrentes.

Acknowledgements

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Esse trabalho foi financiado por um projeto especial de incentivo de desempenho e orientação do Instituto de Pesquisa Científica de Chongqing (cstc2022jxjl120005). Projeto de pesquisa em ciência e tecnologia da Comissão Municipal de Educação de Chongqing (KJZD-K202315102). Projeto de Pesquisa Científica Médica de Chongqing (Projeto conjunto da Comissão de Saúde de Chongqing e do Departamento de Ciência e Tecnologia (2022DBXM007). Bolsa Especial do Hospital Xinglin da Universidade de Chengdu da MTC (YYZX202160).

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
AcetonitriloThermo ScientificCAS 75-05-8Estado líquido
Ácido fórmicoThermo ScientificCAS 64-18-6Estado líquido
Huoxiang Zhengqi Oral LiquidChongqing Taiji Industry (Group) Co., Ltd.Código do Estado de Padrão de Drogas Z50020409Objeto de estudo
Espectrômetro de massa com armadilha de íons linearThermo ScientificLTQ XLInstrumento IT-MS
Cromatógrafo líquidoThermo ScientificU3000Instrumento UPLC
XcaliburThermo Scientificversão 2.0Software operacional UPLC-IT-MS

References

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