基于UPLC-Q-TOF-MS代謝組學和MALDI-MSI技術，研究木蘭皮（Magnolia Officinalis Cortex）在出汗處理過程中化學成分的動態變化
《Talanta》：Dynamic Changes In Chemical Components During Sweating Processing Of Magnolia Officinalis Cortex Based On UPLC-Q-TOF-MS Metabolomics And MALDI-MSI
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空間代謝組學揭示厚樸汗制過程中化學成分動態變化及空間分布規律，發現25個代謝差異物，并證實syringic acid-4-O-α-L-rhamnopyranoside轉化為magnolol/honokiol的關鍵路徑。
張瑞媛|李琳|宋瑤|雷一成|孟振清|李一樂|嚴曉宇|龐慧文|陳晨|傅朝梅|劉芳
成都中醫藥大學藥學院/現代中藥產業學院，四川省中藥種質資源創新與高效利用重點實驗室，中國成都611137
摘要
木蘭皮（MOC）來源于Magnolia officinalis Rehd. et Wils.的干燥樹皮，常用于臨床治療各種胃腸道疾病。所謂的“發汗處理”賦予了MOC獨特的化學性質和特定的臨床療效。盡管先前的研究已經證實發汗可以改變MOC的化學成分從而影響其藥理作用，但目前關于MOC在發汗處理過程中動態化學變化的研究仍然較少。本研究采用空間代謝組學結合UPLC-Q-TOF-MS和MALDI-MSI的方法，分析了MOC在動態發汗處理過程中的化學成分、轉化機制及原位空間分布。不同發汗處理時間下的MOC成分包括36種木脂素、33種酚苷和酚酸、36種生物堿等。觀察到木脂素、生物堿、苷類酚和苯乙烷類苷等化合物的明顯動態變化，并鑒定出25個代謝差異標志物以區分原始MOC和發汗處理后的MOC。通過HPLC定量分析了（R）-木蘭堿、丁香苷、（S）-木蘭酚、木蘭苷B、木蘭酚和厚樸酚等化合物。MALDI-MSI技術可視化了原始MOC及其發汗處理產物的動態化學變化。有趣的是，在MOC的發汗處理過程中，丁香酸-4-O-α-L-鼠李糖苷可能轉化為木蘭酚或厚樸酚。總之，基于UPLC-Q-TOF-MS、MALDI-MSI和定量分析的空間代謝組學方法能夠有效表征MOC在發汗處理過程中的化學成分動態變化。該方法的廣泛應用將有助于監測和控制MOC及其他中藥的質量。
引言
木蘭皮（MOC）由Magnolia officinalis Rehd. et Wils.或M. officinalis var. biloba Rehd. et Wils.（木蘭科）的干燥樹干皮、根皮和枝皮制成，在中文中稱為“厚樸”。它最早記載于《神農本草經》，被歸類為“中等品質”的中藥。MOC以其燥濕、化痰、降氣消脹的功效而聞名[1]。現代藥理學研究表明，MOC具有多種生物活性，包括抗菌、抗炎、抗腫瘤和抗氧化作用。特別是其促進胃腸蠕動和緩解胃腸運動障礙的作用是其關鍵的藥理效應，支持其在慢性腹瀉、腸梗阻、胃輕癱和胃十二指腸潰瘍等臨床應用[2]、[3]。
為確保MOC的宏觀特征、質量和臨床療效，傳統加工方法要求對其進行發汗處理[4]、[5]。這種獨特的發汗處理方法可追溯至《本草經集注》：“Magnolia officinalis產自建平和儀度（今四川東部和湖北西部），品質最好的品種質地極厚且果肉呈紫色”。所有版本的《中國藥典》均規定MOC必須經過發汗處理，直至內表面變為紫棕色或棕褐色，這表明發汗處理是保障其地理來源和療效的關鍵步驟。大量研究發現，發汗處理可以改變MOC的某些化學成分[6]、[7]，從而減少刺激性并增強藥理作用，如抗炎[8]、[9]、改善胃腸功能障礙[10]、調節腸應激綜合征和抗氧化[11]等，這些都對MOC的藥材質量具有重要影響。然而，以往的研究主要集中在處理前后MOC成分的變化上，而每個處理階段發生的動態變化尚未得到充分闡明。同時，傳統的定性或定量分析方法難以直觀地展示植物在發汗處理過程中代謝物的空間分布。因此，開發一種獲取MOC發汗處理過程中代謝物空間分布信息的方法具有重要的科學價值。
質譜成像是一種基于質譜分析的分子成像技術，可實現多點檢測、多維數據采集和樣品可視化[12]、[13]。該技術能夠同時檢測并繪制多個分子的時空分布圖，通過專門的成像軟件對光譜數據進行可視化分析[14]、[15]。因此，質譜成像技術作為一種強大的代謝組學平臺，能夠快速、同時地對多種化合物進行高靈敏度、高選擇性和優異分離性能的定性分析，廣泛應用于化學成分研究、質量控制以及草藥加工過程中的化學變化表征[16]。基質輔助激光解吸電離質譜成像（MALDI-MSI）通過檢測切片表面的分子離子來獲取化學信息，通過成像軟件生成分子成像圖譜，快速定位切片內的分子[17]、[18]。MALDI-MSI操作簡單、分辨率高且具有原位分析能力，非常適合表征藥用植物組織中代謝物的空間分布，是中醫藥領域的一項突破性技術。該技術能夠對草藥材料中的代謝物進行原位分析，為揭示特定組織區域中不同化合物的合成和代謝途徑、植物生長和代謝模式以及植物與環境的相互作用機制提供基礎[13]、[19]。
本研究采用超高效液相色譜-四極桿飛行時間質譜（UPLC-Q-TOF-MS）、MALDI-MSI和高效液相色譜（HPLC）的代謝組學技術，研究了MOC在發汗處理（原始、煮沸、堆積和發汗）過程中的化學成分動態變化、化學轉化機制及原位空間分布，旨在揭示MOC發汗處理的動態化學機制，并為評估草藥加工階段的代謝組學提供參考。
材料與試劑
LC-MS級乙腈和甲醇購自Fisher Chemical（美國匹茲堡）。磷酸和甲酸購自成都科隆化工有限公司（中國四川）。超純水由Milli-Q超純水處理系統（Millipore，美國）制備。參考標準品包括丁香酸（批號：DSTDL005701，HPLC≥98%）、咖啡酸（批號：DSTDK001301，HPLC≥98%）、綠原酸（批號：DST221010-021，HPLC≥98%）、（R）-木蘭堿（批號：DST220519-014）等。
原始MOC及發汗處理產物的代謝物鑒定
隨著發汗處理的進行，MOC的顏色逐漸變深（圖1A）。對原始MOC樣品（原始樣品，A組）、煮沸2分鐘的樣品（煮沸樣品，B組）、堆積1天的樣品（堆積1天樣品，C1組）、堆積6天的樣品（堆積6天樣品，C6組）以及堆積12天的樣品（發汗樣品，D組）進行了UPLC-Q-TOF-MS的定性分析，結果如圖1C和補充圖S1所示。
結論
本研究采用基于UPLC-Q-TOF-MS的代謝組學方法、MALDI-MSI的可視化技術和HPLC的定量分析方法，研究了MOC在發汗處理過程中的化學成分動態變化。首先，UPLC-Q-TOF-MS鑒定了不同發汗處理時間下的MOC成分，包括36種木脂素、33種酚苷和酚酸、36種生物堿等。隨后，PCA和PLS-DA的結果全面揭示了這些成分的變化。
作者貢獻聲明
孟振清：撰寫 – 審稿與編輯。
李一樂：撰寫 – 審稿與編輯。
嚴曉宇：方法學研究。
龐慧文：撰寫 – 審稿與編輯。
陳晨：撰寫 – 審稿與編輯。
傅朝梅：撰寫 – 審稿與編輯。
劉芳：撰寫 – 審稿與編輯。
張瑞媛：撰寫 – 初稿撰寫，正式分析。
李琳：數據管理。
宋瑤：數據管理。
雷一成：方法學研究
數據可用性
本研究中的原始數據已包含在文章中，如需進一步信息，請聯系相應作者。
創新性聲明
本研究開發了一種結合UPLC-Q-TOF-MS和MALDI-MSI的代謝組學方法，并進行定量分析，以表征原始MOC及其加工產物在不同時間點的化學變化。結果表明，丁香酸-4-O-α-L-鼠李糖苷可能轉化為木蘭酚和厚樸酚，這可能是MOC發汗處理過程中的關鍵轉化途徑。
資助來源
本研究得到了四川省自然科學基金（2026NSFSC0621）、四川省中醫藥管理局研究項目（25MSZX547）以及國家自然科學基金（U21A20409）的聯合資助。利益沖突聲明
作者聲明沒有已知的財務利益或個人關系可能影響本文的研究結果。致謝
作者感謝成都中醫藥大學中醫藥創新研究所的傅興先生，以及成都中醫藥大學四川省中藥種質資源創新與高效利用重點實驗室的嚴曉宇女士和王迪先生的技術支持。同時，衷心感謝澳門中醫藥中心的王勝鵬先生和袁琴博士的支持。
