小质谱应用速递 | 上海中医药大学杨莉团队最新科研成果——吡咯里西啶生物碱的现场快速检测
为了快速高效识别含有吡咯里西啶生物碱（PAs）的中药，预防因误食相关产品而导致的健康风险，上海中医药大学中药研究所杨莉研究员团队在Analyst上发表文章《Rapid On-site Identification of Pyrrolizidine Alkaloids in Herbal Medicines Using Miniature Mass Spectrometry》，文中开发了一种新的现场快速分析方法——微管纸喷雾-微型质谱技术（PCS-mini MS，清谱科技Cell便携式质谱分析系统），实现了天然植物中的PAs的快速高效检测（图1），并建立了包含34种PAs的数据库用于靶向筛查。该方法为规范中药市场提供了一种便捷、精确的检测手段，能够快速识别有害植物，降低因误食含PAs中药而引发的健康风险。该技术未来有望广泛用于中草药市场监管和临床应用中。
图1. 用PCS-mini MS分析中药中PAs的实验流程
结果与讨论
PCS-mini MS条件优化
通过实验优化，确定在正离子模式下对目标物PAs进行质谱扫描分析、喷雾电压为4500 V、扫速为1、喷雾溶剂为含0.1%甲酸的乙腈。
PCS-mini MS分析三七(Panax notoginseng)和菊三七(Gynura japonica)
三七（图2A）与菊三七（图2B）的根部相似，经常导致患者意外误用，从而导致严重的肝窦阻塞综合征（HSOS）。利用PCS-mini MS分别对5批三七和菊三七样品进行分析，MS1谱图如图2C所示，在菊三七中可明显检测到10个代表性PAs的[M+H]+离子峰，相反，在三七中并未检测到。采用MS2模式进一步检测菊三七中的千里光菲灵碱（图2D）和千里光菲灵碱N-氧化物（图2E）。而三七的MS2谱图未显示特征性的PAs片段。
以上结果表明可以根据两种植物的谱图差异对二者进行可靠的区分。PCS-mini MS方法不仅在药物市场监管上有潜在的应用，也有望在未来协助医护人员确定先前的PAs暴露情况，并帮助诊断由PAs引起的HSOS。
图2. 三七和菊三七的中药和粉末照片（A、B）和MS1谱图（C）；菊三七中千里光菲灵碱（D）和千里光菲灵碱N-氧化物（E）的MS2谱图。
PCS-mini MS分析千里光(Senecio scandens)和欧洲千里光(Senecio vulgaris)
另一对经常被混淆的中药是千里光（图3A）和欧洲千里光（图3B）。阿多尼弗林碱是千里光中存在的特征性PAs，但由于其浓度低，MS1谱图中的m/z 366峰不明显（图3C）。使用MS3扫描可以进一步确认该结构（图3D）。而欧洲千里光中含有更多的PAs，在MS1谱图中可以清楚地看到许多特征性的PAs母离子（图3C）。在MS2模式下可明显检测到欧洲千里光中千里光碱的特征片段（图3E）。PCS-mini MS结果与之前的报道一致。
以上结果表明，这两种药材可通过鉴定其特征性PAs来快速进行区分。
图3. 千里光和欧洲千里光的中药和粉末照片（A、B）和MS1谱图（C）；千里光中阿多尼弗林碱的MS3谱图（D）和欧洲千里光中千里光碱的MS2谱图（E）。
PAs数据库的建立与应用
为了满足实际应用需求，使非专业技术人员也能快速操作，本研究建立了一个涵盖34种肝损伤PAs的数据库。
不同类型PAs的质谱裂解模式不同（图4A），分别对34种PAs的质谱参数进行了优化，确定其最佳的质谱扫描模式（MS2或MS3）及CID能量。34种PAs的质谱参数如表1所示，LOD范围为0.5-2 ng/mL。
通过分析碎片离子谱图，PCS-mini MS可有效区分3种PAs的同分异构体（图4B-D），展示出该方法在分析复杂中药混合物方面强大的分离能力。
将该数据库加载到PCS开发试剂盒的芯片中，可以实现含PAs产品的高效现场检测，包括中药及其制剂，为确保临床药物的安全性提供了有效工具。此外，基于mini-MS建立的数据库，在患者提供的药酒样品中检测到多种PAs，为HSOS等疾病的早期诊断提供了有力的技术支持。
图4. （A）三种不同类型PAs的碎片特征；（B）阿多尼弗林碱的MS3谱图；（C）芝麻菜叶千里光碱N-氧化物的MS2谱图；（D）克氏千里光碱的MS2谱图。
表1. PCS-mini MS分析34种PAs的质谱参数
HPLC-MS分析
与HPLC-MS分析结果进行对比，验证了PCS-mini MS方法的准确性和可靠性。相比HPLC-MS，PCS-mini MS不需要复杂的样品预处理，非常适合快速现场检测和和实时监测，因此在便携性、易操作性和检测速度各方面均具有显著优势。
绿色度比较
采用3种评估工具比较了PCS-mini MS与HPLC-MS的绿色度（表2）。相较于HPLC-MS，PCS-mini MS所需有机溶剂更少（仅200 μL）、试剂盒可回收且分析时间极短，因此更加环保绿色。
表2. PCS-mini MS与HPLC-MS绿色度比较
结论
本研究开发了一种快速的现场PCS-mini MS方法，并建立了涵盖34种PAs的数据库，能够快速识别含有PAs的中药。该方法绿色环保、用户友好，允许非专业技术人员轻松操作，并采用机器决策替代人工判断来检测PAs。PCS mini-MS方法不仅可以为中药产品的市场监管提供技术支持，在预防和诊断PAs引起的肝损伤方面也具有重大的临床意义。