基于UHPLC-Q-Exactive轨道阱质谱（MS）与分子网络技术的Polygonaatum kingianum Collett & Hemsl.中化学成分的快速鉴定

《Journal of Chromatography B》：Rapid identification of chemical components in Polygonatum kingianum Collett & Hemsl. BASED on UHPLC-Q-Exactive orbitrap MS coupled with molecular networking

Polygonatum kingianum 的化学成分通过 UHPLC-Q-Exactive Orbitrap MS 和分子网络技术鉴定，发现 153 种成分（含 118 种新化合物），涵盖皂苷、多糖、黄酮等，为药效物质基础和资源开发提供依据。

　　

李青|李凯琳|杨佳彤|蔡文|杨慧青|高博文|蔡伟

包头医学院药学院，中国包头 014000

摘要

Polygonatum kingianum Collett & Hemsl.（PK）是一种既可用作药物又可食用的植物，在传统医学中以其补充元气、滋养阴液、润肺和益肾的功效而闻名。先前的研究表明，其化学成分包括甾体皂苷、多糖和黄酮类化合物。然而，关于PK的化学成分仍知之甚少。因此，建立一种系统的方法来识别和表征其化学成分至关重要。在本研究中，通过UHPLC-Q-Exactive Orbitrap MS结合分子网络技术，共鉴定出153种化学成分，其中包括37种肽、26种有机酸、20种皂苷、19种黄酮类化合物、7种氨基酸、7种核苷酸、7种脂质以及其他类别的物质。这一分析发现了PK中的118种新化合物，为科学探索PK的药理活性基础及其资源开发和应用奠定了基础。

引言

Polygonatum kingianum Collett & Hemsl.（PK）是一种多年生药用草本植物，主要分布在中国云南、贵州和广西省份，是《中国药典》中正式记载的薯蓣属植物之一[1]。作为传统中药，PK的根茎具有滋养阴液、润肺、健脾和补充元气的功效，在治疗糖尿病、免疫缺陷和与衰老相关的疾病方面具有独特的潜力[2]、[3]。现代药理学研究表明，PK含有丰富的生物活性成分，如甾体皂苷、多糖、黄酮类化合物和酚酸，这些成分通过多靶点机制对代谢过程、炎症反应和氧化应激具有调节作用[4]。Spire-leaved Polygonatum sibiricum是PK的一个变种，在淮化地区的侗族社区中广泛栽培和使用。尽管该变种具有重要的生产和传统价值，但直到最近的研究才对其进行科学探索。它具有独特的形态特征：根茎呈亚圆柱形或念珠状膨大，表面有不规则的菱形突起；叶片呈狭披针形，花序呈轮生排列。中国科学院植物研究所（IBCAS）的分类鉴定确认该变种为Polygonatum kingianum Collett & Hemsl>。

超高性能液相色谱与四极场轨道阱高分辨率质谱联用（UHPLC-Q-Exactive Orbitrap MS）技术结合了高效色谱分离和精确的质量谱检测。该技术能够获得准确的分子量、多级碎片离子和分子式，特别适用于天然产物成分的分析和鉴定[5]、[6]。全球天然产物社交分子网络（GNPS，https://gnps.ucsd.edu/）是一个基于云的开放访问工具，通过MS/MS光谱相似性比较自动将结构相关的天然产物聚类成可视化网络[7]、[8]。GNPS支持自动化注释和数据共享，有助于快速阐明传统药物中的结构修饰和代谢关联。因此，为了全面深入地研究PK的化学成分，本研究采用了UHPLC-Q-Exactive Orbitrap MS结合分子网络技术，对其根、茎和叶中的化学成分进行快速、高效和可视化的分析和鉴定，为种质评估、质量标准化以及PK作为药用资源的进一步开发提供了理论基础。

仪器和材料

UHPLC-MS分析使用的是Thermo Electron公司（德国不来梅）生产的Q-Exactive Focus Orbitrap MS质谱仪，与Thermo Fisher Scientific公司（美国加利福尼亚州）生产的Dionex Ultimate 3000 RS液相色谱系统相连，并通过Thermo Fisher Scientific公司的电喷雾离子化（ESI）源进行检测。超声波清洗器购自昆山超声波仪器有限公司（中国昆山），电子天平（AUY120）则来自岛津公司。

分析方法

首先，使用UHPLC-Q-Exactive Orbitrap质谱仪对样品提取物进行高分辨率质谱分析，随后利用Compound Discoverer 3.0和Xcalibur 4.2软件平台进行处理。然后将原始质谱数据转换为mzML格式并上传到分子网络平台。通过MS/MS光谱相似性匹配算法对化合物进行聚类和可视化处理。

讨论

Polygonatum kingianum Collett & Hemsl.是一种广受认可的药用和食用植物，已被证明具有多种生物活性，在市场上具有巨大潜力[25]、[26]。多糖是其最受研究的生物活性成分，具有免疫调节、抗氧化和降血糖作用，构成了其药理活性的基础[27]、[28]。除了多糖外，P. kingianum还含有多种其他成分

结论

本研究开发了一种高效快速的分析方法，采用UHPLC-Q-Exactive Orbitrap MS结合分子网络技术对PK中的化学成分进行了全面的定性分析。基于保留时间、准离子峰和碎片化模式，共鉴定出153种化合物，包括37种肽、26种有机酸、20种皂苷、19种黄酮类化合物、7种氨基酸、7种核苷酸、7种脂质以及其他类别的物质。其中，118种化合物是首次在PK中报道的

作者贡献声明

李青：撰写初稿、实验设计、数据管理、概念构建。李凯琳：结果验证、正式分析。杨佳彤：实验设计、正式分析、数据管理。蔡文：软件操作、资源获取。杨慧青：结果验证、数据管理。高博文：撰写、审稿与编辑、监督、概念构建。蔡伟：撰写、审稿与编辑、结果验证、概念构建。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。