基于UPLC-Q-TOF-MS代谢组学和MALDI-MSI技术，研究木兰皮（Magnolia Officinalis Cortex）在出汗处理过程中化学成分的动态变化

《Talanta》：Dynamic Changes In Chemical Components During Sweating Processing Of Magnolia Officinalis Cortex Based On UPLC-Q-TOF-MS Metabolomics And MALDI-MSI

空间代谢组学揭示厚朴汗制过程中化学成分动态变化及空间分布规律，发现25个代谢差异物，并证实syringic acid-4-O-α-L-rhamnopyranoside转化为magnolol/honokiol的关键路径。

　　

张瑞媛|李琳|宋瑶|雷一成|孟振清|李一乐|严晓宇|庞慧文|陈晨|傅朝梅|刘芳

成都中医药大学药学院/现代中药产业学院，四川省中药种质资源创新与高效利用重点实验室，中国成都611137

摘要

木兰皮（MOC）来源于Magnolia officinalis Rehd. et Wils.的干燥树皮，常用于临床治疗各种胃肠道疾病。所谓的“发汗处理”赋予了MOC独特的化学性质和特定的临床疗效。尽管先前的研究已经证实发汗可以改变MOC的化学成分从而影响其药理作用，但目前关于MOC在发汗处理过程中动态化学变化的研究仍然较少。本研究采用空间代谢组学结合UPLC-Q-TOF-MS和MALDI-MSI的方法，分析了MOC在动态发汗处理过程中的化学成分、转化机制及原位空间分布。不同发汗处理时间下的MOC成分包括36种木脂素、33种酚苷和酚酸、36种生物碱等。观察到木脂素、生物碱、苷类酚和苯乙烷类苷等化合物的明显动态变化，并鉴定出25个代谢差异标志物以区分原始MOC和发汗处理后的MOC。通过HPLC定量分析了（R）-木兰碱、丁香苷、（S）-木兰酚、木兰苷B、木兰酚和厚朴酚等化合物。MALDI-MSI技术可视化了原始MOC及其发汗处理产物的动态化学变化。有趣的是，在MOC的发汗处理过程中，丁香酸-4-O-α-L-鼠李糖苷可能转化为木兰酚或厚朴酚。总之，基于UPLC-Q-TOF-MS、MALDI-MSI和定量分析的空间代谢组学方法能够有效表征MOC在发汗处理过程中的化学成分动态变化。该方法的广泛应用将有助于监测和控制MOC及其他中药的质量。

引言

木兰皮（MOC）由Magnolia officinalis Rehd. et Wils.或M. officinalis var. biloba Rehd. et Wils.（木兰科）的干燥树干皮、根皮和枝皮制成，在中文中称为“厚朴”。它最早记载于《神农本草经》，被归类为“中等品质”的中药。MOC以其燥湿、化痰、降气消胀的功效而闻名[1]。现代药理学研究表明，MOC具有多种生物活性，包括抗菌、抗炎、抗肿瘤和抗氧化作用。特别是其促进胃肠蠕动和缓解胃肠运动障碍的作用是其关键的药理效应，支持其在慢性腹泻、肠梗阻、胃轻瘫和胃十二指肠溃疡等临床应用[2]、[3]。

为确保MOC的宏观特征、质量和临床疗效，传统加工方法要求对其进行发汗处理[4]、[5]。这种独特的发汗处理方法可追溯至《本草经集注》：“Magnolia officinalis产自建平和仪度（今四川东部和湖北西部），品质最好的品种质地极厚且果肉呈紫色”。所有版本的《中国药典》均规定MOC必须经过发汗处理，直至内表面变为紫棕色或棕褐色，这表明发汗处理是保障其地理来源和疗效的关键步骤。大量研究发现，发汗处理可以改变MOC的某些化学成分[6]、[7]，从而减少刺激性并增强药理作用，如抗炎[8]、[9]、改善胃肠功能障碍[10]、调节肠应激综合征和抗氧化[11]等，这些都对MOC的药材质量具有重要影响。然而，以往的研究主要集中在处理前后MOC成分的变化上，而每个处理阶段发生的动态变化尚未得到充分阐明。同时，传统的定性或定量分析方法难以直观地展示植物在发汗处理过程中代谢物的空间分布。因此，开发一种获取MOC发汗处理过程中代谢物空间分布信息的方法具有重要的科学价值。

质谱成像是一种基于质谱分析的分子成像技术，可实现多点检测、多维数据采集和样品可视化[12]、[13]。该技术能够同时检测并绘制多个分子的时空分布图，通过专门的成像软件对光谱数据进行可视化分析[14]、[15]。因此，质谱成像技术作为一种强大的代谢组学平台，能够快速、同时地对多种化合物进行高灵敏度、高选择性和优异分离性能的定性分析，广泛应用于化学成分研究、质量控制以及草药加工过程中的化学变化表征[16]。基质辅助激光解吸电离质谱成像（MALDI-MSI）通过检测切片表面的分子离子来获取化学信息，通过成像软件生成分子成像图谱，快速定位切片内的分子[17]、[18]。MALDI-MSI操作简单、分辨率高且具有原位分析能力，非常适合表征药用植物组织中代谢物的空间分布，是中医药领域的一项突破性技术。该技术能够对草药材料中的代谢物进行原位分析，为揭示特定组织区域中不同化合物的合成和代谢途径、植物生长和代谢模式以及植物与环境的相互作用机制提供基础[13]、[19]。

本研究采用超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱（UPLC-Q-TOF-MS）、MALDI-MSI和高效液相色谱（HPLC）的代谢组学技术，研究了MOC在发汗处理（原始、煮沸、堆积和发汗）过程中的化学成分动态变化、化学转化机制及原位空间分布，旨在揭示MOC发汗处理的动态化学机制，并为评估草药加工阶段的代谢组学提供参考。

材料与试剂

LC-MS级乙腈和甲醇购自Fisher Chemical（美国匹兹堡）。磷酸和甲酸购自成都科隆化工有限公司（中国四川）。超纯水由Milli-Q超纯水处理系统（Millipore，美国）制备。参考标准品包括丁香酸（批号：DSTDL005701，HPLC≥98%）、咖啡酸（批号：DSTDK001301，HPLC≥98%）、绿原酸（批号：DST221010-021，HPLC≥98%）、（R）-木兰碱（批号：DST220519-014）等。

原始MOC及发汗处理产物的代谢物鉴定

随着发汗处理的进行，MOC的颜色逐渐变深（图1A）。对原始MOC样品（原始样品，A组）、煮沸2分钟的样品（煮沸样品，B组）、堆积1天的样品（堆积1天样品，C1组）、堆积6天的样品（堆积6天样品，C6组）以及堆积12天的样品（发汗样品，D组）进行了UPLC-Q-TOF-MS的定性分析，结果如图1C和补充图S1所示。

结论

本研究采用基于UPLC-Q-TOF-MS的代谢组学方法、MALDI-MSI的可视化技术和HPLC的定量分析方法，研究了MOC在发汗处理过程中的化学成分动态变化。首先，UPLC-Q-TOF-MS鉴定了不同发汗处理时间下的MOC成分，包括36种木脂素、33种酚苷和酚酸、36种生物碱等。随后，PCA和PLS-DA的结果全面揭示了这些成分的变化。

作者贡献声明

孟振清：撰写 – 审稿与编辑。李一乐：撰写 – 审稿与编辑。严晓宇：方法学研究。庞慧文：撰写 – 审稿与编辑。陈晨：撰写 – 审稿与编辑。傅朝梅：撰写 – 审稿与编辑。刘芳：撰写 – 审稿与编辑。张瑞媛：撰写 – 初稿撰写，正式分析。李琳：数据管理。宋瑶：数据管理。雷一成：方法学研究

数据可用性

本研究中的原始数据已包含在文章中，如需进一步信息，请联系相应作者。

创新性声明

本研究开发了一种结合UPLC-Q-TOF-MS和MALDI-MSI的代谢组学方法，并进行定量分析，以表征原始MOC及其加工产物在不同时间点的化学变化。结果表明，丁香酸-4-O-α-L-鼠李糖苷可能转化为木兰酚和厚朴酚，这可能是MOC发汗处理过程中的关键转化途径。

资助来源

本研究得到了四川省自然科学基金（2026NSFSC0621）、四川省中医药管理局研究项目（25MSZX547）以及国家自然科学基金（U21A20409）的联合资助。

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。

致谢

作者感谢成都中医药大学中医药创新研究所的傅兴先生，以及成都中医药大学四川省中药种质资源创新与高效利用重点实验室的严晓宇女士和王迪先生的技术支持。同时，衷心感谢澳门中医药中心的王胜鹏先生和袁琴博士的支持。