中药分析与组学研究（转）

古代中医

生命科学的重要研究工具——盛龙生教授眼中的Agilent 1100 LC/MSD TOF

《生物技术世界》第2005-06期   　 日期:2005-8-12

本刊记者 文建平

5 月12日，一个风和日丽、阳光灿烂的日子，在国家教育部现代中药重点实验室（筹）——中国药科大学安捷伦科技有限公司示范实验室，面对记者而坐的是中国药科大学分析测试中心盛龙生教授，国内药物分析和色谱/质谱分析专家。清癯、健谈而又彬彬有礼的盛教授指点着工作台上一套外形精美的仪器，就分析测试技术在药物研究中的作用接受了记者的采访。

　　这是一套安捷伦公司在2002年推出的的液相色谱/质谱联用仪Agilent 1100 LC/MSD TOF，2004年才进入中国市场的新型仪器。Agilent 1100 LC/MSD及LC/MSDTrap早已进入中国市场，国内许多从事生命科学、药物研究、食品安全及环境保护等研究单位及有关企业均已购置，中国科学院、军事医学科学院、中国医学科学院、农业部、国家环保总局、中国兴奋剂检测中心及北京大学、清华大学、中国药科大学等许多著名高校都先后成为安捷伦的用户。新的LC/MSD TOF有什么特点呢？且听盛龙生教授一一为记者道来。



任意组合的高压液相色谱仪

　　Agilent 1100 LC/MSD TOF由高效液相色谱仪、飞行时间质谱仪和数据分析系统组成。LC/MSD TOF的高效液相色谱仪部分是组合设备，可以根据需要任意组合。可配备全自动进样器，柱恒温箱及各种检测器。高效液相色谱仪有常规的、高通量的、微量的及制备型的，还可组合成二维色谱。

　　毛细管液相色谱仪适合于生物样品，特别是蛋白质组学和代谢组学的研究。蛋白质组学研究比较复杂，一个样品中有成千上万种蛋白，酶解后混合物中的肽组分就更多，常用二维毛细管色谱分离。代谢组学研究也需要分离非常复杂的样品，也用毛细管色谱法来分离。毛细管色谱的分离效果好，需要的样品量也比较少，但消耗时间长。



性能优越的质谱仪



　　安捷伦有三种不同类型的质谱仪，这三种质谱仪这里的实验室都有，他们分别是飞行时间质谱、离子阱和四极质谱仪，离子阱有多级质谱功能，适合做目标化合物的定性和蛋白质组学研究。四极质谱仪用于常规定性定量，定量的线性和灵敏度好。飞行时间质谱的优点是高分辨，可以进行准确质量测定，得到化合物准确的分子量。



　　测定了成分的准确分子量后，就可以计算其可能的分子式，知道分子式就可知道这个化合物有多少个环和双键。此外，同位素丰度比对分析未知化合物是非常重要的参数。对于未知化合物，如果推定的分子式的理论同位素丰度比和实验测得的同位素丰度比相同的话，通常可对这个化合物进行确证。



　　Agilent 1100 LC/MSD TOF飞行时间质谱的质量测定数据达小数点后第四位，常规测定误差百万分之二左右。这是因为仪器的关键部件，如飞行管道、高压电源和数据检测采集系统采用了新技术之故。这种仪器可用于复杂样品中成分的在线鉴定。



　　盛教授告诉记者：“如果用液相色谱/质谱联用技术从中药中发现一个化合物，它的分子量、分子式是未曾报道过的，这有可能是新发现化合物。此时，应用制备色谱将其分离出来，确证其结构。如果确实是新化合物，应试验其生物活性。现在，这是国内外日益重视的研究和发现新药的一条途径。”



　　质谱分析首先要把样品转化为离子，然后分离分析这些离子。现代离子化技术有三种，分别是电喷雾离子化（ESI）、大气压化学离子化（APCI）和基质辅助激光解吸离子化（MALDI）。电喷雾离子化（ESI）应用范围广，适合极性大、分子量大的化合物如蛋白质的离子化；大气压化学离子化（APCI）适合极性比较小的化合物如酮类、醚类化合物的离子化；基质辅助激光解吸离子化（MALDI）适合生物大分子化合物的分析，也可用于小分子化合物的分析。电喷雾离子化（ESI）和基质辅助激光解吸离子化（MALDI）的发明者都获得了诺贝尔奖，而且都是用生物大分子做的研究。安捷伦的TOF MS系统可与这3种技术中的任何一种配合，应用范围很广，这也是安捷伦1100 TOF MS仪器赢得用户喜爱的原因之一。



　　目前，生产飞行时间质谱仪的厂家为数不多，安捷伦销售的飞行时间质谱仪没有串联质谱功能，但使用简便，价格低，质量测量范围宽。这种仪器测定的质荷比（质量与电荷的比值）可达20,000。因为电喷雾离子化可使蛋白质带多电荷，通常每1,000分子量就带一个电荷，所以用质量范围有限的常规质谱仪可以做分子量很大的蛋白质的分析。但是，要在生理条件下研究蛋白质，则需要用质量测定范围宽的仪器。当然，用LC/MSD TOF做小分子的分析更是方便。据闻，安捷伦也开发出了串联仪器QTOF，今年可能推向市场。



　　安捷伦开发LC/MSD TOF的初衷主要是瞄准制药工业的小分子，但实际上大小分子都可分析，而且定性定量都可以做。几年以前，安捷伦将LC/MSD及Trap推向市场之时，恰逢蛋白质组学研究如火如荼之际，如今中药和天然药物研究及代谢组学又蓬勃兴起，LC/MSD TOF产品的上市，为复杂体系的研究增添了新武器。



药物研究的“眼睛”



　　作为中国从事药学教学和研究最为著名的大学，分析测试仪器在其中起什么作用呢？面对记者的疑问，盛教授笑着告诉记者：“你别看这些冷冰冰的仪器，在药物研究各个方面都少不了他们，他们就像是药物研究的‘眼睛’，药物的研究与开发，包括药物在动物和人体中的药代动力学、代谢物的研究要靠他们，药物的生产、临床也要靠他们。透过这双眼睛，可以鉴别真伪优劣，确定新化合物的结构，研究中药药效物质基础。”　　



　　近十年来，银杏的研究比较热，特别是在德国，银杏制剂和专利很多。早几年前，中国药科大学的研究人员用安捷伦的低分辨LC/MSD在银杏提取物中分离出3种新化合物，并大量制备出来，其中两个化合物已经确证了结构，并已申请专利，还开发成功一个二类中药新药。这说明先进的分析分离技术在天然药物研究中可起很大作用，过去花很多的时间和精力做不到的，现在有了先进技术，很快就做到了。盛教授等希望用1100 LC/MSD TOF继续深入研究中药，为中药现代化多做一些工作。



　　盛教授告诉记者，他的一个博士生在做三七皂苷的研究，三七皂苷中许多成分和人参皂苷一样，但有些特殊成分，基本结构和人参一样，官能团却不一样。从三七原药材的指纹图谱到三七皂苷的成分鉴定，从主要成分的定量分析到三七总皂苷中主要成分的动物药代动力学研究及三七特征成分三七皂苷R1的动物代谢物研究。三七总皂苷中有约四十种成分，关键是找到那些起作用和活性高的成分。他们正在研究靶细胞与中药的有效部位的相互作用，以快速筛选有效成分。

传统的筛选药物的方法是把所有的成分分离出来，一个个去试验，现在他们采取用靶细胞筛选药物——盛教授形象地称之为“钓鱼”（Fishing）的方法。例如，在生理条件下，把血小板在中药混合物中放置一段时间，然后再分析中药混合物中的成分，少了的必然是结合到靶细胞去了，这些成分可能是抗凝血或止血的成分（三七有抗凝血和止血双向作用）。他们还将与血小板结合的有效成分释放出来，用LC/MSD TOF确证其结构。



中药分析与组学研究



　　从事药物研究几十年，今天的盛龙生教授对中药成分分析及代谢组学研究非常感兴趣，中国药科大学有关研究部门正在开展代谢组学研究，主要从事与药学研究，尤其是和中药有关的代谢组学研究。盛龙生教授计划使用毛细管LC/MSD TOF及基质辅助激光解吸离子化/飞行时间质谱MALDI/MSD TOF来做代谢组学研究，MALDI/TOF MS的优点是分析速度快。



　　按照中医的观点，人体生病，就是人体的内部生理和代谢的平衡遭到破坏。代谢组学和中医一样，把人体当作一个整体来看待，病变就是人体平衡发生了变化，通过监测代谢组的变化来监测疾病的变化，可寻找疾病的源头。中药服用后，能调节肌体内部平衡，从而达到治病的目的。因此，需要监测代谢组和蛋白质组的变化。蛋白质组学研究相当复杂，费用昂贵。代谢组学研究的是各种物质的代谢终端，测定对象是小分子化合物，故相对方便、可行。通过代谢组学的研究可能找到生物标记物（Biomarker）。中药有效成分跟靶细胞相互作用不仅可能引起靶细胞内代谢组的变化，还可能引起整个机体的代谢组变化，研究细胞和整个机体的代谢组学，有可能搞清楚中药的作用机制。



　　盛教授致力于将色谱/质谱联用等技术应用到中药的研究中，做一些与中药现代化相关的工作。他们计划从原药材开始，到有效部位的指纹图谱、成分鉴定、主成分定量，制剂研制、制剂主成分的药代动力学、代谢物研究、与靶细胞的相互作用及代谢组学研究等，“从头到脚（from fingerprint to footprint）”进行系统研究。这是一条困难重重之路，是巨大的挑战，需要几代人长期奋斗。但是，盛教授有几十年从事药物分析的经验，有一个高水平的研究团队，有安捷伦高端设备的鼎力之助，记者相信，他们能够也一定会迈向成功。



　　听完盛龙生教授清晰平和而又不乏热情的叙述，在惊异于安捷伦产品高品质的同时，记者又不得不为他们的简便好用而叹服。哥德曾经说自然是最伟大的一部书，在他每一页的字句中都能读到最深奥的信息。生命更是一部非常复杂的书，探索生命是一个伟大而光荣的历程，是充满困难和险阻的艰难之旅，科学家迫切需要更高效率、更多功能的研究工具。记者寄望像安捷伦这样杰出的生命科学与化学分析设备商能研制出更为先进的设备，为生命解密、造福人类作出新的贡献。■。




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