高分辨质谱时代:Orbitrap在中药研究中的应用与突破

2026-05-12 15:30:07, 飞飞 赛默飞色谱与质谱分析


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吴珊湖

Orbitrap 技术发展至今,凭借超高分辨率、卓越灵敏度以及一系列创新“黑科技”,早已实力“圈粉”全球科研圈。如今,平均每30分钟就有一篇相关研究发表,它也逐渐成为科学家冲击前沿成果、实现突破性发现的重要利器。

那么,在中药研究领域,这项“顶配质谱技术”又带来了哪些新的可能?


今天,我们就从近两年发表的相关研究出发,一起看看 Orbitrap 技术是如何助力中药研究不断实现新突破的👇。


华中科技大学团队

卵巢早衰(premature ovarian insufficiency,POI)是指40岁前卵巢功能衰退,导致月经异常、不孕等问题,如果不及时发现和干预,不仅影响生育,还可能导致提早绝经、骨质疏松、心血管疾病等健康风险。现有激素替代治疗虽可缓解症状,但难以恢复卵巢储备和生育能力,且长期使用存在血栓风险,因此亟需更安全有效的治疗策略。

中医认为本病与“肾主生殖、血瘀致衰”相关,补肾活血法应用广泛。补肾活血方(BHR)由熟地黄、黄芪、当归等十味药组成,配方中熟地黄、山茱萸滋补肾精,黄芪、当归益气活血,菟丝子温阳益精,川芎、牡丹皮活血祛瘀,茯苓、山药健脾渗湿,白芍养血柔肝,多味协同,共奏补肾填精、活血祛瘀之效,与现代“改善卵巢血流、抑制氧化应激、调节免疫”之理念高度契合。BHR临床用于月经异常及卵巢储备下降,已证实可提高获卵数和活产率,但其作用机制尚不明确。

华中科技大学团队研究结合Orbitrap静电场轨道阱高分辨质谱、网络药理学、转录组学及实验研究,发现BHR通过激活PI3K/Akt通路,抑制颗粒细胞铁死亡和凋亡,从而改善环磷酰胺诱导的POI小鼠卵巢功能,为其临床应用提供了新的证据。


部分结果摘取如下:

补肾活血方的化学成分分析

研究者采用超高效液相色谱-四极杆-静电场轨道阱高分辨质谱(UHPLC-Orbitrap Exploris 120)技术对BHR水提醇沉制剂进行成分鉴定,共检出944种化学成分,主要包括萜类、黄酮类、酚类、生物碱、芳香族化合物、苯丙素类、脂肪酰类、木脂素类、环烯醚萜类和醌类等。其中,槲皮素、熊果酸、表儿茶素、没食子酸、染料木素等被证实具有抗氧化、抗凋亡、调节雌激素受体及改善卵巢微环境等多重生物活性,推测为BHR发挥药效的潜在关键物质基础

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浙江中医药大学团队

糖尿病骨质疏松(DOP)是糖尿病常见的慢性并发症之一,临床主要表现为骨量减少、骨结构受损及骨折风险升高。持续高血糖可通过氧化应激、晚期糖基化终产物积累及慢性炎症反应,抑制成骨细胞功能并增强破骨细胞活性,导致骨形成减少、骨吸收增加。目前西医多采用降糖与抗骨质疏松联合治疗,但仍存在不良反应较多、费用较高及依从性不足等问题。

中医认为本病与“肾主骨生髓、肝主筋藏血”相关,属“消渴并发骨痿”,治疗以滋阴补肾、填精益髓为主。熟地黄配伍山茱萸为常用经典药对,在相关疾病防治中应用广泛,但其具体作用机制仍有待阐明。

浙江中医药大学团队以链脲佐菌素诱导的1型糖尿病骨质疏松大鼠和高糖损伤MC3T3-E1成骨细胞为为模型,结合Orbitrap静电场轨道阱高分辨质谱、影像学、网络药理学及分子生物学技术,发现该药对可通过调控PI3K/AKT信号通路发挥作用,为中医药干预该类疾病提供了实验依据。


部分结果摘取如下:

熟地黄、山茱萸药对的化学成分分析

利用超高效液相色谱-四极杆-静电场轨道阱高分辨质谱(UPLC-Q-Exactive-MS)共鉴定出56个化合物。网络药理学进一步筛选出口服生物利用度(OB)>30%、类药性(DL)>0.18的17个活性成分,并结合文献报道补充6个具有明确抗糖尿病或抗骨质疏松作用的化合物,最终锁定山茱萸苷、羟基芫花素、毛蕊花苷、梓醇、松果菊苷等为潜在关键活性成分,为后续机制研究奠定基础。

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中国反兴奋剂中心团队

中成药因其“天然、安全”的特点,被广泛用于运动人群的日常保健和疾病辅助治疗。然而,多项研究表明,部分中药原料中天然存在世界反兴奋剂机构禁用物质,如麻黄中的麻黄碱、马钱子中的士的宁以及罂粟壳中的吗啡等,这使得运动员在不知情的情况下摄入中成药时存在较高的“误服兴奋剂”风险。在此背景下,建立一种高通量、广覆盖的筛查方法,对中成药中的潜在违禁成分进行快速检测,具有重要意义。

本研究基于超高效液相色谱-四极杆Orbitrap高分辨质谱(UHPLC-Q-Orbitrap HRMS),构建了一种针对中成药中兴奋剂成分的综合筛查方法。通过优化乙腈提取、色谱分离及正负离子同时切换检测条件,实现了对303种禁用物质(涵盖合成代谢类、β₂受体激动剂、兴奋剂、麻醉剂等12类物质)的同时检测。该方法在23分钟内即可完成一次分析,具有高分辨率、高灵敏度以及数据可追溯的特点,适用于不同剂型(液体、固体、半固体及油性制剂)的中成药样品检测。

在方法学验证方面,结果显示该方法整体性能良好:超过95%的目标物检测限低于50 ng/g(或ng/mL),能够满足痕量检测需求;不同剂型样品的回收率总体处于可接受范围,且日间精密度良好。尽管存在一定基质效应(尤其在油性样品中表现更明显),但通过高分辨质谱和二级碎片信息的结合,仍可实现较高的定性准确性。

在实际应用中,研究团队对100份市售中成药样品进行了检测,结果令人警醒:去甲乌药碱检出率高达54%,麻黄碱为42%,此外还检测到士的宁(11%)和吗啡(2%)。这表明中成药中含有潜在兴奋剂成分的现象较为普遍,尤其是去甲乌药碱和麻黄碱等物质,对运动员构成较高的兴奋剂违规风险。

总体来看,该研究建立的UHPLC-Q-Orbitrap HRMS方法实现了对中成药中多类兴奋剂的高通量综合筛查,具有快速、灵敏、可靠的优势,可为兴奋剂检测实验室及运动员用药安全评估提供有力技术支撑。同时,研究结果也再次提示:即使是“天然来源”的中成药,也并非完全无风险,运动员在使用相关产品时仍需保持高度谨慎。


部分结果摘取如下:

Orbitrap高分辨质谱全扫描/dd-MS2扫描模式助力专属性的提升

在样品中疑似检测到卡非多(carphedon),保留时间为4.38分钟(a1),与添加了参考物质的阳性质控样本(QCP)相比(b1),保留时间相差0.06分钟。该差异符合验收标准(ΔRT ≤ 0.1分钟),表明该样品可疑。然而,在相同的采集时间下,样品和QCP的二级质谱碎片离子存在明显差异,因此排除疑似检出。

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参考文献:

【1】 Huang, Yanjing , et al. "Integrating network pharmacology and transcriptomics reveals that Bushen Huoxue recipe ameliorates ferroptosis and apoptosis in granulosa cells by regulating PI3K/Akt signaling pathway in premature ovarian insufficiency mice." Journal of Ethnopharmacology 351.000(2025).

【2】 Hu, Si Jing , et al. "Network pharmacology analysis uncovers the mechanism of Shudihuang-Shanzhuyu herb pair in prevention and treatment of diabetic osteoporosis via PI3K/AKT pathway." Journal of Ethnopharmacology (2025):345. 

【3】 Q.Fei, Y.Feng, J.Wang, et al., “Comprehensive Screening of Multiple Prohibited Substances in Chinese Traditional Patent Medicine by UHPLC-Q-Orbitrap HRMS,” Drug Testing and Analysis17, no. 11 (2025): 2178–2209, https://doi.org/10.1002/dta.3929.

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