Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Технический подход к структурному анализу неизвестного соединения в пероральной жидкости Хуосян Чжэнци на основе масс-спектрометрии линейной ионной ловушки

227 просмотров

⸱

DOI:

10.3791/70672

⸱

3 апреля 2026 г.

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
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

В этой статье

Краткое содержание

Здесь мы показываем стандартный протокол, который сочетает многоступенчатые масс-спектрометрические деревья с процессом фрагментации на основе оральной жидкости Huosiang Zhengqi.

Аннотация

Китайские травяные соединения (КГК) играют незаменимую роль в китайской медицине, и выявление их сложных компонентов стало важным направлением исследований в последние годы. Внутренняя жидкость Хуосян Чжэнци — это классический китайский патентный препарат, химический состав которого требует дальнейших исследований на молекулярном уровне. Традиционные масс-спектрометры, такие как time-of-flight и Orbitrap, обычно предоставляют только вторичную фрагментационную информацию. На основе масс-спектрометра с линейными ионными ловушками соединения можно было более тщательно расщеплять, получая более глубокую информацию о фрагментах. В данной статье разрабатывается метод структурного исследования неизвестных соединений в CHC, включающий предварительную обработку образцов, сверхэффективную подготовку жидкостной хроматографии, масс-спектрометрию, тестирование полного спектра, вторичную масс-спектрометрию, многоуровневое масс-спектрометрическое тестирование и анализ результатов. Репрезентативные результаты демонстрируют процесс производного состава составной структуры. Мы обсуждаем факторы, влияющие на экспериментальный метод, такие как изомеры, полигидроксисоединения и разрешение приборов. Основываясь на выводе микроскопической молекулярной структуры неизвестных соединений посредством многоступенчатой масс-спектрометрической фрагментации, устоявшийся экспериментальный метод универсален и применим для структурной характеристики биоактивных малых молекул в традиционной китайской медицине и их связи с фармакологическими механизмами.

Введение

Китайские травяные соединения (КГК), являющиеся бесценным активом традиционной китайской медицины (ТКМ), накопили тысячелетний подтверждённый клиническийопыт 1. Они играют незаменимую роль в профилактике заболеваний, терапевтическом вмешательстве иреабилитации 2. Благодаря мультитравяной синергии CHC лечат человеческий организм комплексно, реализуя основные принципы холизма и терапии на основе дифференцировкисиндромов 3. В современных медицинских рамках CHC получили мировое признание благодаря своим полифармакологическим механизмам, охватывающим многоцелевыепути 4, с широким применением в области пищеварительных заболеваний, респираторных инфекций и иммуномодуляции5. Пероральная жидкость Huoxiang Zhengqi (HXZQ) является классическим формулированиемCHC 6. В его состав входят различные лекарственные травы, такие как пачули, лист периллы, анжелика дахурика, атрактилоды, пория и сушёная мандариновая кожура. Он известен своей способностью придавать дефоретические, теплоочищающие, устраняющие влажность и тонизирующие свойства селезёнкии желудка. HXZQ клинически применяется против синдромов, вызванных влагой, гриппоподобных синдромов, эпигастрального вздутия, рвоты и диареи8. Технологический прогресс сместил исследования CHC с феноменологического наблюдения на молекулярные, механистические и соединенные исследования9, такие как использование протеомики и метаболомических методов для идентификации активных компонентов, тем самым заложив научные основы для глобализации ТКМ. Следовательно, тщательный анализ химических компонентов и фармакодинамики HXZQ не только способствует стандартизации CHC, но и стимулирует инновационное открытиелекарств 10.

HXZQ — это многотравяная формула, химическая сложность которой обусловлена её составными ботаническимикомпонентами 11. HXZQ характеризуется разнообразными фитохимическими классами — включая летучие масла, кумарины, лигнаны, полисахариды и алкалоиды — содержит как хорошо охарактеризованные биоактивные соединения, так и значительный запас структурно неаннотированныхкомпонентов 12. Динамические колебания ключевых компонентов (например, летучих масел, флавоноидов, алкалоидов) могут возникать из-за различий в протоколах экстракции и условиях хранения, что подчёркивает критическую необходимость систематического химическогопрофилирования 6. В рамках модернизации традиционной китайской медицины (ТКМ) глубокий анализ состава классических препаратов, таких как HXZQ, не только выясняет материальную основу их терапевтической эффективности, но и обеспечивает эмпирическую поддержку для контроля качества, стандартизированного производства и мониторинга побочных событий10. Хотя соединения с высоким содержанием в HXZQ были подробно задокументированы, значительная часть его химического компонента остаётсянеохарактеризованной 13. Структурное разнообразие его компонентов, в сочетании с низким содержанием многих потенциально биоактивных молекул, создаёт серьёзные вызовы для комплексной идентификации с использованием традиционных аналитических методов, таких как хроматография испектроскопия 14. Примечательно, что изомерия широко распространена в различных фитохимических классах HXZQ, включая кумарины, лигнаны и полисахариды, что дополнительно усложняет структурнуюдифференцировку 15. Дополнительными препятствиями для точной аннотации соединений являются низкая концентрация анализируемых веществ и эффекты матричной интерференции. В совокупности эти факторы подчёркивают ключевой рубеж в исследованиях HXZQ: разработку надёжных аналитических стратегий для достижения точной и широкоохватной идентификации полного химического состава.

Современные платформы масс-спектрометрии (MS) сталкиваются с внутренними ограничениями при характеристике сложных матриц, включая артефакты ионных коэлюй и неполное покрытие спектральной базыданных 16. В этом контексте тандемная масс-спектрометрия (MS/MS) и многоступенчатая масс-спектрометрия (MSn) стали незаменимыми аналитическими стратегиями для de novo структурного объяснения неизвестныхсоединений 17. В то время как традиционные системы высокого разрешения MS, такие как квадрупольная система по времени полёта (Q-TOF) MS и Orbitrap MS, генерируют высококачественные фрагментные данные MS/MS, их полезность ограничена одноступенчатыми фрагментационными событиями. Несмотря на это ограничение, эти платформы предоставляют богатые структурные данные с исключительной чувствительностью и разрешением, особенно при анализе сложныхсмесей 18. В отличие от этого, линейная ионная ловушка (ЛИТ) использует многоступенчатый режим диссоциации, индуцированной столкновением (CID), который позволяет проводить последовательную, итеративную фрагментацию молекулярных ионов. Эта уникальная возможность позволяет поэтапно расчленять составные скелеты и функциональные группы, обеспечивая однозначную качественную идентификацию структурно разнообразных неизвестныханалитов 19. Для решения неудовлетворённой потребности в комплексной характеристике сложных матриц CHC в данном исследовании представлен аналитический рабочий процесс на основе LIT-MS, адаптированный для идентификации неизвестных соединений. Используя высокую эффективность захвата ионов и быструю скорость сканирования LIT, этот подход повышает пропускную способность и точность аннотаций de novo . Применение этого рабочего процесса к HXZQ направлено на то: (1) дополнение существующих методологий профилирования нехарактеризованных химических компонентов в HXZQ; (2) создать техническую основу для поддержки исследований стандартизации других формул CHC; и (3) ускорить перевод ТКМ из эмпирической практики в доказательную, точную медицину.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

1. Предварительная обработка образца

  1. Откройте упаковку коммерческого HXZQ. Точно переложите 0,1 мл HXZQ в бутылку для проб объёмом 2 мл, затем добавьте 0,9 мл воды. Встряхните раствор, пока он тщательно не перемешается.
  2. Подготовьте инъекционный шприц (1 мл) и микропористый мембранный фильтр (0,22 мкм). Фильтруйте раствор в новую бутылку для проб объёмом 2 мл.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Принимайте соответствующие личные меры предосторожности во время экспериментальных процедур.

2. Подготовка ультраэффективной жидкостной хроматографии (UPLC)

  1. Дважды кликните по программе Xcalibur . Нажмите «Готовы к скачиванию», затем нажмите кнопку «Прямое управление ». Нажмите на столбец Pump Module в всплывающем окне, установите %B на 50, %C на 0, а %D на 0 (рисунок 1).
  2. Нажмите кнопку «Мотор », чтобы переключиться в состояние «Включено». Нажмите кнопку «Больше опций », установите Flow на 5 [mL/min] и Time на 180 [s] в всплывающем окне. Нажмите кнопку Purg , затем кнопку OK в окне всплывающего окна.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Подвижная фаза постоянна при 0,3 мл/мин при 50% A (0,1% раствора муравьиной кислоты) и 50% B (ацетонитрил) без температуры колонки при отсутствии хроматографической колонки. Объём инъекции по умолчанию обычно составляет 1 мкл.

3. Подготовка к магистратуре

  1. Вернитесь в главное окно программного обеспечения, нажмите кнопку Sequence Setup View. Нажмите кнопку «Открыть», чтобы импортировать уже отредактированный шаблон, затем правой кнопкой мыши по имени метода и открыть файл, чтобы открыть файл метода.
  2. В всплывающем окне «Настройка приборов» установите первую массу (m/z) на 100, а последнюю массу (m/z) на 1200. Нажмите кнопку «Сохранить », чтобы сохранить метод.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Стандартные условия MS включали температуру ионного источника при 350 °C, начальный диапазон MS в 80–1200 Da, режим столкновения при диссоциации, вызванной столкновением (CID), и энергию столкновения на 35.

4. Полный тест MS

  1. Нажмите кнопку Run sequence , затем кнопку OK в всплывающем окне. Дождитесь завершения инъекции образца (рисунок 2).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Перед тестом, пожалуйста, поместите бутылку с образцом объёмом 2 мл в лоток для проб прибора.
  2. Нажмите кнопку Просмотр дорожной карты и иконку Qual Browser , чтобы открыть окно Qual Browser. Нажмите кнопку «Открыть », выберите файл данных с .raw форматом в папке и дважды кликните, чтобы открыть файл.
  3. Кликните правой кнопкой мыши по окну хроматограммы, затем нажмите кнопку «Диапазоны ». В разделе фильтра сканирования выберите ESI Full MS. В разделе «Тип сюжета» выберите TIC. Нажмите кнопку OK , и в окне отобразится общая ионная хроматограмма образца.
  4. Нажмите кнопку Pushpin в правом верхнем углу окна масс-спектра.
  5. В окне хроматограммы нажмите и сместитесь, чтобы выбрать временной регион с самым сильным относительным содержанием. Окно масс-спектра отображает соответствующие ионы масс-спектра. Запишите значения m/z для следующего уровня масс-спектрометрии.

5. Тест MS/MS

  1. Вернуться в окно настройки приборов. В столбце Parent Mass строки n=2 введите значение m/z соединения, записанное на предыдущем шаге. Нажмите кнопку «Сохранить », чтобы сохранить метод.
  2. Вернёмся в окно программного обеспечения. Нажмите кнопку Sequence Setup View , измените имя файла, а затем нажмите кнопку Сохранение , чтобы сохранить последовательность.
  3. Нажмите кнопку Run sequence , затем кнопку OK в всплывающем окне. Дождитесь, пока инъекция образца будет завершена.
  4. Вернуться в окно Qual Browser. Нажмите кнопку «Открыть », выберите файл данных с .raw форматом в папке и дважды кликните, чтобы открыть файл
  5. Кликните правой кнопкой мыши по окну хроматограммы, затем нажмите кнопку «Диапазоны ». В разделе фильтра сканирования выберите ESI Full MS. В разделе «Тип сюжета» выберите TIC. Нажмите кнопку OK , и в окне отобразится общая ионная хроматограмма образца.
  6. Нажмите кнопку Pushpin в правом верхнем углу окна масс-спектра.
  7. В окне хроматограммы нажмите и сместитесь, чтобы выбрать временной регион с самым сильным относительным содержанием. Окно масс-спектра отображает соответствующие ионы масс-спектра. Запишите значения m/z для следующего уровня масс-спектрометрии.

6. Тест MSn

  1. Вернитесь к окну настройки приборов. В столбце Parent Mass строки n=3 введите значение m/z соединения, записанное на предыдущем шаге. Нажмите кнопку «Сохранить », чтобы сохранить метод.
  2. Повторите шаги 4.2–4.5, чтобы завершить инъекцию образца и просмотр данных. Остановите анализ MSn , когда не будет обнаружено стабильных ионов фрагментов.

7. Оптимизация параметров

  1. Вернитесь к окну настройки приборов. В столбце типа действия нажмите CID , затем выберите PQD или ETD для изменения режима столкновений.
  2. В колонке нормализованной энергии столкновения нажмите 35 , а затем уведите на 20 или 50, чтобы изменить энергию столкновения.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Объедините все химические остатки и растворители в контейнер для органических отходов.

8. Анализ результатов

  1. В программном обеспечении для рисования вручную нарисуйте родительский ион и фрагментационный ион, включая структуру родительского иона, составное имя и значение соотношения массы к заряду (m/z).
  2. Например, для неизвестного соединения с m/z=623.21 наблюдаем за полученной фрагментацией. Здесь промежуточный фрагмент имел m/z=461.15 в MS/MS. Разница масс составляла 162,06 Да, что соответствует гексозной структуре.
  3. Если проанализировать это дальше, фрагмент промежуточного фрагмента с m/z=461.15 снова фрагментируется, образуя необьяангеликол с m/z=315.09 на MS3. Разница масс составляла 146,06 Да, что соответствует структуре дезоксигексаметилозы. То есть промежуточный продукт с m/z = 461,15 имел на одну единицу дезокихексаметилозы больше, чем необякангеликол.
  4. В структуре neobyakangelicol проанализируйте положение связывания. Здесь наиболее вероятно, что экспонируемая гидроксильная группа могла быть связана с дезоксигексаметилозой. Аналогично, гидроксильная группа в C1 на дезоксигексаметилозном блоке наиболее вероятно была связана с гексозой. Наконец, получим структуру неизвестного соединения с m/z=623.21.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

Мы предложили сначала собрать всю m/z информацию, а затем вычислить значение разницы масс между родительским и фрагментным ионами. Нашёл соединение, которое было описано в базе данных или литературе, а затем вывел неизвестную структуру соединения обратно на основе этой известной структуры.

Все обнаруженные соединения и соответствующие им ионы фрагментов были представлены по m/z значениям. Подмножество этих ионов фрагментов можно было сопоставить с аутентифицированными эталонными

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

Сочетание LIT-MS итехнологии фрагментации MS n обеспечивает метод идентификации неизвестных соединений в CHC. В отличие от традиционных тандемных MS режимов в Orbitrap и Q-TOF MS, линейный ионный ловушка может специально захватывать целевые ионы, эффективно избегая помех от ко-элюирующихионов 23. Этот метод достигает точности на молекулярном уровне, предоставляя относительно точную химическую структурную информацию, частично решая задачу квалификации не...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Авторы не заявляют о конкурирующих финансовых интересах.

Благодарности

Эта работа была профинансирована специальным проектом по стимулированию эффективности и руководству Чунцинским научно-исследовательским институтом (cstc2022jxjl120005). Научно-технический исследовательский проект Муниципальной комиссии по образованию Чунцина (KJZD-K202315102). Чунцинский медицинский научно-исследовательский проект (совместный проект Комиссии здравоохранения Чунцина и Бюро науки и технологий (2022DBXM007). Специальный стипендиат Синлин Университета Чэнду (TCM) (YYZX202160).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
АцетонитрилThermo ScientificCAS 75-05-8Жидкое состояние
Муравьиная кислотаThermo ScientificCAS 64-18-6Жидкое состояние
Huoxiang Zhengqi пероральный растворChongqing Taiji Industry (Group) Co., Ltd.Код государственного стандарта лекарственного средства Z50020409Объект исследования
Линейный ионо-ловушечный масс-спектрометрThermo ScientificLTQ XLПрибор ИТ-МС
Жидкостный хроматографThermo ScientificU3000Прибор УПЛК
XcaliburThermo Scientificверсия 2.0Операционное ПО УПЛК-ИТ-МС

Ссылки

  1. Chao, J., et al. Major achievements of evidence-based traditional Chinese medicine in treating major diseases. Biochem Pharmacol. 139, 94-104 (2017).
  2. Zou, Q., et al. The role and mechanism of TCM in the prevention and treatment of infectious diseases. Front Microbiol. 14, 1286364(2023).
  3. Zhou, X., et al. Synergistic effects of Chinese herbal medicine: a comprehensive review of methodology and current research. Front Pharmacol. 7, 201(2016).
  4. Li, X., et al. Advancing traditional Chinese medicine research through network pharmacology: strategies for target identification, mechanism elucidation, and innovative therapeutic applications. Am J Chinese Med. 53 (07), 2021-2042 (2025).
  5. Li, B. H., Li, Z. Y., Liu, M. M., Tian, J. Z., Cui, Q. H. Progress in traditional Chinese medicine against respiratory viruses: a review. Front Pharmacol. 12, 743623(2021).
  6. Xu, Q., et al. An evaluation strategy of high-quality traditional Chinese patent medicines with consistency as the core: A case study of Huoxiang Zhengqi Shui. Arabian J Chem. 18, 1302024(2025).
  7. Li, L., et al. Huoxiang Zhengqi dropping pills alleviate exertional heat stroke–induced multiple organ injury through sustaining intestinal homeostasis via regulating MAPK/NF-κB pathway and gut microbiota in rats. Front Pharmacol. 15, 1534713(2025).
  8. Wu, Y., et al. Unlocking the therapeutic potential of Huoxiang Zhengqi San in cold and high humidity-induced diarrhea: Insights into intestinal microbiota modulation and digestive enzyme activity. Heliyon. 10 (12), e32789(2024).
  9. Hua, H., et al. From traditional medicine to modern medicine: the importance of TCM regulatory science (TCMRS) as an emerging discipline. Chinese Med. 20 (1), 92(2025).
  10. Zhang, C., et al. Multi-component Chinese medicine formulas for drug discovery: state of the art and future perspectives. Acta Mater Med. 2 (1), 106-125 (2023).
  11. Li, X., et al. Integration of non-targeted multicomponent profiling, targeted characteristic chromatograms and quantitative to accomplish systematic quality evaluation strategy of Huo-Xiang-Zheng-Qi oral liquid. J Pharma Biomed Anal. 236, 115715(2023).
  12. Chen, Y., et al. Identification and quality control of isomers in Huo-Xiang-Zheng-Qi Mixture using ultra-high performance liquid chromatography-quadrupole time-of-flight mass spectrometry and inductive effects analysis. J Pharma Biomed Anal. 255, 116646(2025).
  13. Guo, H., Pang, X., Zhang, W., Jiang, W., Pang, X. Dissolution determination of five components in Huoxiang Zhengqi tablets using partitioned dispersive liquid-liquid microextraction combined with HPLC-UV. Anal Meth. 5 (11), 2674-2678 (2013).
  14. Bhadange, Y. A., Carpenter, J., Saharan, V. K. A comprehensive review on advanced extraction techniques for retrieving bioactive components from natural sources. ACS Omega. 9 (29), 31274-31297 (2024).
  15. Silva, A. S., et al. Evaluation of the status quo of polyphenols analysis: Part I—phytochemistry, bioactivity, interactions, and industrial uses. Comp Rev Food Sc Food Safety. 19 (6), 3191-3218 (2020).
  16. Kaufmann, A., Teale, P. Capabilities and Limitations of High-Resolution Mass Spectrometry (HRMS): Time-of-flight and Orbitrap. Chem Anal Non-antimicrob Vet Drug Resid Food. , 93-139 (2016).
  17. Vaniya, A., Fiehn, O. Using fragmentation trees and mass spectral trees for identifying unknown compounds in metabolomics. TrAC Trends Anal Chem. 69, 52-61 (2015).
  18. Belov, M. E., et al. From protein complexes to subunit backbone fragments: a multi-stage approach to native mass spectrometry. Anal Chem. 85 (23), 11163-11173 (2013).
  19. Ma, X. Recent advances in mass spectrometry-based structural elucidation techniques. Molecules. 27 (19), 6466(2022).
  20. Ridder, L., et al. Substructure-based annotation of high-resolution multistage MSn spectral trees. Rapid Comm Mass Spectr. 26 (20), 2461-2471 (2012).
  21. Tao, Y., et al. Abelmoschus manihot (L.) medik. seeds alleviate rheumatoid arthritis by modulating JAK2/STAT3 signaling pathway. J Ethnopharmacol. 325, 117641(2024).
  22. Liu, J., et al. Qi-Sai-Er-Sang-Dang-Song decoction inhibits pyroptosis and inflammation in THP-1 cells and alleviates rheumatoid arthritis by inhibiting the NLRP3-pyroptosis signaling pathway. Phytomedicine. 148, 157481(2025).
  23. Jian, W. Modern liquid chromatography and mass spectrometry for targeted biomarker quantitation. Target Biomarker Quantitat LC–MS. , 45-63 (2017).
  24. Zeng, P., Li, J., Chen, Y., Zhang, L. The structures and biological functions of polysaccharides from traditional Chinese herbs. Progr Mol Biol Transl Sci. 163, 423-444 (2019).
  25. Abdel Tawab, M., et al. Electrospray mass spectrometry with consecutive fragmentation steps (ESI-MSn) as a tool for rapid and sensitive analysis of ginsenosides and their galactosyl derivatives. Helvetica Chim Acta. 83 (4), 739-747 (2000).
  26. Zhang, A., Sun, H., Yan, G., Wang, X. Recent developments and emerging trends of mass spectrometry for herbal ingredients analysis. TrAC Trends Anal Chem. 94, 70-76 (2017).
  27. Vukics, V., Guttman, A. Structural characterization of flavonoid glycosides by multi-stage mass spectrometry. Mass Spectr Rev. 29 (1), 1-16 (2010).
  28. Cortese, M., Gigliobianco, M. R., Magnoni, F., Censi, R., Di Martino, P. Compensate for or minimize matrix effects? Strategies for overcoming matrix effects in liquid chromatography-mass spectrometry technique: a tutorial review. Molecules. 25 (13), 3047(2020).
  29. Gerothanassis, I. P., Troganis, A., Exarchou, V., Barbarossou, K. Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy: basic principles and phenomena, and their applications to chemistry, biology and medicine. Che Edu Res Pract. 3 (2), 229-252 (2002).
  30. Kumar, N., Jaitak, V. Recent advancement in NMR based plant metabolomics: techniques, tools, and analytical approaches. Crit Rev Anal Chem. 56 (1), 1-25 (2026).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Теги

Китайские растительные соединенияультраэффективная жидкостная хроматографиямногостадийная фрагментациявывод молекулярной структурыбиоактивные малые молекулы
Технический подход к структурному анализу неизвестного соединения в пероральной жидкости Хуосян Чжэнци на основе масс-спектрометрии линейной ионной ловушки
Связаться с нами
Порекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия использования

Политики

© 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.