苦參的主要成分及質譜裂解規律研究進展

熊樂樂，張靜，鄧維

江西省藥品檢驗檢測研究院，國家藥品監督管理局中成藥質量評價重點實驗室，江西省藥品與醫療器械質量工程技術研究中心，江西 南昌 330029

苦參是豆科槐屬植物苦參Sophora flavescensAit.的干燥根，具有清熱燥濕、殺蟲、利尿功效。臨床被廣泛用于濕熱引起的病癥，如內服可治療熱痢、便血、黃疸尿閉等，外用常用于皮膚病及婦科疾病［1］，藥用價值高、療效顯著。現代藥理學研究表明，苦參主要活性成分有生物堿類、黃酮類、三萜皂苷類、酚酸類等，其中苦參堿類和黃酮苷類是最主要的活性成分，具有抗炎、抗腫瘤、抗菌、抗心律失常、利尿、調節免疫、保肝、鎮痛等多種藥理活性，具有非常廣泛的藥用價值［1-2］。因此，對苦參進行深入的化學成分分析，有助于闡釋發揮藥效的活性成分，并為新藥的研發提供基礎。

高效液相色譜串聯質譜法常用于中藥等復雜成分的分析鑒定，如超高效液相色譜串聯四級桿飛行時間質譜法（UHPLC-QTOF）和超高效液相色譜串聯四極桿靜電場軌道阱質譜法（UHPLC-QE），該方法可提供豐富的結構信息，結合靈敏度高、分辨率高、分析速度快等優點，可實現復雜基質中多成分的高效分離分析，成為中藥復雜成分分析的主要方法之一［3］。質譜分析不僅可以提供精確的分子量信息，還可以提供豐富的碎片離子信息，通過碎片離子的裂解途徑可推測化合物所含官能團，進而可推測化合物的結構信息。本文旨在探討苦參的主要活性成分組成及質譜裂解規律，為進一步研究苦參的物質組成基礎提供參考依據。

1 主要成分

1.1 生物堿類

生物堿是目前苦參中分離鑒定的主要化合物，苦參中鑒定的生物堿絕大部分屬于喹諾里西啶類，還包括少量的哌啶類。喹諾里西啶類生物堿按骨架結構可細分為四種類型，即苦參堿型、金雀花堿型、臭豆堿型和羽扇豆堿，母核結構見圖1［1］。現代藥理學研究表明，苦參堿提取物具有抗炎、抗病原微生物、抗過敏、抗腫瘤及調節免疫等多種藥理活性［2］，目前苦參中共分離鑒定了65 個生物堿化合物［1,4］，其中苦參堿型鑒定了41 個化合物，代表性化合物有苦參堿、氧化苦參堿、槐定堿、槐果堿、氧化槐果堿、槐胺堿等；金雀花堿型共鑒定了6 個化合物，分別是金雀花堿、N-甲基金雀花堿、菱葉黃花堿、N-丁基金雀花堿、氧化氮甲基金雀花堿和kushenine；臭豆堿鑒定了8 個，分別是臭豆堿、贗靛葉堿、野決明堿、白羽扇豆堿、5，6-去氫白羽扇豆堿、5-羥基白羽扇豆堿、7-羥基白羽扇豆堿，氧化白羽扇豆堿；羽扇豆堿型鑒定了1 個，即羽扇豆堿；苦參堿二聚體發現了6 個化合物，其他生物堿鑒定了3 個化合物。代表性生物堿信息詳見表1。

圖1 苦參中主要生物堿的母核結構：A.苦參堿型；B.金雀花堿型；C.臭豆堿型；D.羽扇豆堿型

表1 苦參中主要生物堿的化合物信息

1.2 黃酮類

黃酮類也是苦參中的主要成分之一，具有抗菌、抗病毒、抗腫瘤、抗心律失常、抗糖尿病等多種活性［1］。目前苦參中共發現并鑒定了165 個黃酮類化合物。按結構可分為11 類，主要為二氫黃酮類（55個）、異黃酮類（31 個）、黃酮醇類（18 個）和二氫黃酮醇類（18 個），此外，還包括15 個紫檀烷類、10 個查爾酮類、10 個黃酮二聚體、3 個黃酮類似物、2 個黃酮、2 個高異黃酮類和1 個二氫異黃酮類［1］。苦參中主要的黃酮母核結構如圖2 所示。二氫黃酮類是苦參中最主要的黃酮化合物，A 環和C 環中C5和C7 位置容易被甲氧基或羥基取代，C8 位置常被異戊烯基取代，C6 位置一般無取代基，與之相連的B 環上C2’、C4’和C5’易發生甲氧基或羥基取代，C4’還會產生含氧糖苷鍵取代。異黃酮類在C5位置易發生羥基取代，C7 位置易發生甲氧基或含氧糖苷鍵取代，C6 和C8 位置一般無取代基，B 環中C3’和C4’易發生將羥基或甲氧基取代。黃酮醇類C5 和C7 位置容易發生甲氧基或羥基取代，C3 位羥基易發生糖苷鍵取代，C 環中C4’易發生羥基取代。二氫黃酮醇C5 位置易發生甲氧基取代，C7 位置容易發生羥基取代，C8 位置常被異戊烯基取代，C 環中C2’易發生羥基或甲氧基取代，C4’易發生羥基取代。苦參中代表性黃酮化合物見表2。

圖2 苦參中主要黃酮的母核結構：A.二氫黃酮類；B.異黃酮類；C.黃酮醇類；D.二氫黃酮醇類

表2 苦參中代表性黃酮的化合物信息

1.3 三萜及三萜皂苷類

萜類成分具有較強的藥理活性，通常具有抗癌、抗病毒、降血糖等多種活性，是中藥的提取物重要活性成分之一［28］。苦參中目前分離鑒定了10 個三萜類化合物，三萜類主要有羽扇豆醇、羽扇豆烯酮、β-香樹脂醇、軟木三萜酮，三萜皂苷類主要有大豆皂苷Ⅰ及槐黃酮苷Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，代表性結構，見圖3。

圖3 三萜類（A）與三萜皂苷類（B）代表性結構式

1.4 二苯甲酰類

有研究表明二苯甲酰類化合物對人體羧酸酯酶具有潛在抑制作用，能夠調節機體生物活性，也是有機合成的重要組成成分［29-30］。苦參中提取到了17 種二苯甲酰類化合物［1］，包括槐二苯甲苷A～F、槐二苯甲苷J～L、槐葉皂苷A、B、G、H、I 等，代表性結構見圖4。

圖4 二苯甲酰類代表性結構式

1.5 其他成分

除了上述主要四大類成分，苦參中還分離鑒定了4 個苯丙素類［31］、10 個酚酸類［20］、4 個香豆素類、2 個苯醌類、4 個甾體類［1］等。

2 苦參生物堿類質譜裂解規律

現代質譜技術廣泛應用于生物堿的結構解析，趙琴琴等［10］采用HPLC 串聯多級質譜法，對苦參中生物堿類成分進行多級質譜解析，總結了金雀花型、臭豆堿型生物堿的質譜裂解特征，為完善苦參生物堿的質譜裂解規律分析提供參考。李曉娜等［32］采用了高效液相色譜串聯四極桿-靜電場軌道阱高分辨質譜法（HPLC-Q-Exactive MS），對苦參中化學成分進行快速鑒定解析，初步鑒定了16 個生物堿化合物，33 個黃酮類化合物，其中12 個異戊二烯黃酮類和3 個生物堿類化合物在苦參中被首次鑒定出來。通過對已知生物堿和黃酮類成分的質譜裂解特點進行歸納和總結，可對未知化合物進行結構解析，為新化合物的發現提供依據。本文主要對苦參中生物堿的質譜裂解規律進行歸納總結，為生物堿的質譜鑒定提供參考。

2.1 苦參堿型生物堿

苦參堿型生物堿包括非氧化苦參堿型和N-氧化苦參堿型，通常指非氧化苦參堿型，N-氧化苦參堿是在非氧化苦參堿的1 號N 原子氧化形成N →O鍵，兩者均易發生典型的C 環質譜裂解［33-35］。非氧化苦參堿以苦參堿為例，其裂解途徑如圖5 所示［34］。苦參堿在正離子模式下一級質譜易生成［M+H］+峰，質荷比m/z 249，母離子中性丟失一分子H2，產生［M+H-H2］+碎片離子，m/z 247，在此基礎上，C環N16-C17 和C7-C11 發生斷裂，產生豐度較強的m/z 148 和150 的特征碎片離子，m/z 148 通常為基峰。C環上C5-C17 鍵和C7-C11 鍵也會發生斷裂，產生m/z 136 的碎片離子。N-氧化苦參堿與非氧化苦參堿的裂解途徑相似，C 環裂解也會產生m/z 148 和150 的特征碎片離子，但氧化苦參堿型由于N1 原子被氧化，易中性丟失H2O 或丟失羥基自由基離子，分別產生［M+H-H2O］+和［M+H-OH］+.離子，即對應m/z 248 和m/z 247 碎片離子，為N-氧化苦參堿的個特征裂解碎片峰，氧化苦參堿的裂解途徑見圖6［33,35］。因此可通過判斷母離子是否產生失水離子或羥基自由基離子來區分氧化苦參堿型和非氧化苦參堿型。

圖5 苦參堿的質譜裂解途徑Ⅰ

圖6 氧化苦參堿的質譜裂解途徑Ⅰ

除了上述提出的典型C 環裂解途徑外，WU等［36］對苦參堿型生物堿的質譜裂解提出了一種新的裂解方式，即四中心氫重排模式。以苦參堿為例，裂解途徑見圖7。苦參堿的［M+H］+離子，通過質子傳遞，N1-C6 鍵斷開，質子傳遞至N1，又從N1 傳遞至C7 位H，最后C6 與C7 形成雙鍵，形成C6-N1-H-C7 四中心氫重拍，C2-N1-H-C3 也會產生四中心氫重拍，N1-C2 鍵斷開，C2 與C3 形成雙鍵，最終形成A 環、B 環開環的中間體離子。該中間體離子會中性丟失NH3、CH3NH2、C2H5NH2產生相應的m/z 232、218、204 系列離子；以m/z 204 為母離子，中性丟失一分子CH2CH2，產生m/z 176 離子，繼續丟失一分子CO，產生m/z 148 離子；D 環開環產生m/z 179 離子，繼續丟失CH2NH 分子，產生m/z 150 離子。苦參堿在兩種裂解途徑下均能產生m/z 150 和148 離子，但對應的結構卻不同，四中心氫重排的裂解模式下碎片離子更豐富，但僅有文獻WU 等［36］介紹了這種裂解途徑，其他文獻幾乎無報道，目前文獻中苦參堿均以C 環開環裂解的模式為主。

圖7 苦參堿的質譜裂解途徑Ⅱ

綜上，兩種裂解模式下均能產生m/z 150 和148 典型碎片離子，其特點是能穩定出現且豐度高，因此可作為苦參堿型生物堿的特征鑒別離子。在質譜鑒定中可通過設置特征產物離子監測模式，特征性地篩選出苦參堿型生物堿［34］。

2.2 金雀花堿型生物堿

金雀花堿型生物堿在B 環和C 環易產生質譜裂解，C 環裂解是典型的裂解途徑，金雀花堿和N-甲基金雀花堿的裂解途徑如圖所示（圖8-9）。金雀花堿C 環裂解在C7-C13 鍵和C9-C11 鍵發生斷裂，產生m/z 148 的特征碎片離子，m/z 148 離子繼續中性丟失一分子CO，產生m/z 120 碎片離子；N-甲基金雀花堿C 環裂解產生146 碎片離子，B 環裂解發生在C6-C7 和C9-C10 鍵斷裂，產生m/z 108 的碎片離子［10］。m/z 148 和146 是金雀花堿型母核的典型碎片離子，可作為篩選出金雀花堿型生物堿的判斷依據。AB 環碎片到底是m/z 146 還是m/z 148離子，可能與N12 位的取代基有關。

圖8 金雀花堿的質譜裂解途徑

圖9 N-甲基金雀花堿的質譜裂解途徑

2.3 臭豆堿型生物堿成分

臭豆堿型生物堿裂解方式與金雀花堿有相同的裂解途徑，C 環易發生質譜裂解。臭豆堿的質譜裂解途徑見圖10，C 環裂解，C7-C17 和C9-C11 鍵斷裂，產生m/z 148 的特征碎片離子，與金雀花堿型的裂解特征易混淆，但金雀花堿型骨架由A、B、C 三個六元環組成，臭豆堿在此基礎上還存在一個D 環六元環，C 環裂解導致D 環也會產生相應的碎片離子，臭豆堿D 環無取代基，則會產生m/z 98 的D 環特征碎片離子，以m/z 98 離子為母離子，觸發三級質譜，發生RDA 裂解，生成m/z 70 的碎片離子。若D 環有取代，則會根據取代基的不同產生系列碎片離子，以贗靛葉堿為例（見圖11），D 環C13 位發生-OH取代，易中性丟失一分子H2O，產生m/z 243 的碎片離子，繼續發生C 環裂解，產生m/z 96 的D 環碎片離子；此外，贗靛葉堿也會直接C 環裂解，產生m/z 146 碎片離子和m/z 114 的D 環碎片離子［10］。

圖10 臭豆堿的質譜裂解途徑

圖11 贗靛葉堿的質譜裂解途徑

綜上，臭豆堿型生物堿的裂解途徑會產生特征碎片離子m/z 148 或146，還會產生一系列對應的D環碎片離子m/z 114、98、96、70 等偶數碎片離子，碎片離子較金雀花堿型更豐富。

3 結語

苦參作為臨床廣泛使用的藥用植物，富含生物堿、黃酮及三萜皂苷類等活性成分，其中生物堿類因其豐富的藥理活性受到廣泛研究。目前苦參中共發現了六十多種生物堿化合物，按骨架結構可細分為苦參堿型、金雀花堿型、臭豆堿型和羽扇豆堿型。苦參堿型生物堿是最主要的骨架類型，在電噴霧解離條件下主要發生C 環裂解，產生m/z 150、148 的特征碎片離子；氧化苦參堿型質譜裂解易中性丟失水分子或羥基自由基離子。此外，有研究顯示苦參堿型在誘導碰撞解離條件下會發生四中心氫重排導致A、B 環裂解，中性丟失氨、甲胺、乙胺分子產生豐富的碎片離子。金雀花堿型主要發生C 環裂解，C7-C13 鍵和C9-C11 鍵斷裂，產生m/z 148、146的特征AB 環碎片離子，金雀花堿母核結構簡單，碎片離子相對較少。臭豆堿型生物堿質譜裂解與金雀花堿型類似，C 環裂解發生在C7-C17 和C9-C11鍵，除了產生相同的m/z 148、146 的AB 環碎片離子，還會產生豐富的質荷比為偶數的D 環碎片離子。羽扇豆堿型生物堿化合物種類較少，相應的質譜研究也較少。根據已報道的代表性化學成分，并結合現代質譜技術對苦參的化學成分進行深入研究，為苦參的開發利用提供參考。