高通量吡咯里西啶生物碱质谱库的构建及其在食品安全检测中的应用研究

《Scientific Data》：Development of a High-Resolution Tandem Mass Spectral Library for Pyrrolizidine Alkaloids (PASL)

本刊推荐：为解决植物毒素吡咯里西啶生物碱（PAs）检测中参考谱图匮乏的难题，研究团队开发了首个高分辨率轨道阱质谱库PASL。该库包含102种PAs的165张MS/MS谱图，涵盖欧盟法规关注的35种PAs，通过分子网络技术验证其在复杂基质中的注释能力，为食品安全领域非靶向分析提供重要技术支撑。

　　

在全球食品安全问题日益严峻的背景下，植物源性毒素正成为不可忽视的风险因素。随着植物基饮食风尚的兴起和气候变化影响加剧，一类名为吡咯里西啶生物碱（PAs）的天然毒素近年来引发广泛关注。这类由菊科、紫草科等植物产生的次生代谢物，不仅具有肝毒性、致癌性等健康风险，更因其可能通过污染草药、茶叶等日常食品进入人类食物链而备受警惕。欧盟已出台法规对35种PAs实施限量管控，但现有检测技术却面临参考物质匮乏、异构体区分困难等挑战。

由于PAs化学结构的特殊性——由烯烃碱基（necine base）与烯酸（necic acid）酯化形成单酯、双酯或大环酯结构，且存在大量立体异构体，传统靶向分析方法难以覆盖所有潜在风险物质。而非靶向分析虽能全面筛查，却受限于公共质谱库中PA参考谱图的严重缺失。目前商业标准品仅覆盖约15%的已知PAs，且价格昂贵，这极大阻碍了相关研究的深入开展。

为解决这一技术瓶颈，由瓦赫宁根大学与研究中心领衔的国际团队在《Scientific Data》发表了首个专注于PAs的高分辨率质谱库PASL。该研究整合79种商业标准品、5种合成化合物及18种植物提取物注释产物，构建包含102种PAs的165张二级质谱图库，系统性覆盖所有主要结构类型。尤为重要的是，库中收录了欧盟法规涉及的35种PAs中的31种，显著提升了监管需求的覆盖度。

研究方法核心包括：采用超高效液相色谱-高分辨质谱（UHPLC-HRMS）平台，以 Orbitrap IQ-X 质谱仪在正离子模式下采集数据；通过MSMSChooser工作流提取并验证谱图质量；利用分子网络（MN）和特征分子网络（FBMN）技术进行库验证；选择欧洲天芥菜（Heliotropium europaeum）和千里光属植物（Jacobaea gnaphalioides）作为实际样本验证应用效果。

技术验证策略

研究团队通过三重验证确保库的可靠性：首先构建经典分子网络展示PASL的结构多样性聚类特征；其次将PASL与GNPS既有库比对，发现原有库中仅32种PAs有高分辨谱图，且16种欧盟管控PAs完全缺失；最后通过植物提取物实证分析，验证库在实际样品中的注释能力。

经典分子网络分析

如图3所示，PAs按结构类别呈现明显聚类规律：大环酯类（MC12）、单酯类（ME）等各自成簇，且游离碱与N-氧化物实现分离。值得注意的是，具有奥托宁碱（otonecine）骨架的PAs独立成簇，体现了结构差异导致的谱图特异性。这种聚类特性为未知PA的结构推测提供了重要线索。

植物样本验证结果

在欧洲天芥菜分析中（图4），PASL成功注释16种PAs，其中11种为GNPS原库未覆盖物质。分子网络清晰显示乙酰化双酯类PAs的聚类特征，并发现多个可能的新型PA类似物节点。千里光属植物分析（图5）则成功鉴定19种PAs，包括其特有的大环酯类成分，与文献报道高度一致。两组实验均证明PASL可显著提升复杂基质中PA注释的准确性与覆盖度。

研究同时指出技术局限性：由于立体异构体MS/MS谱图高度相似，仅凭质谱难以区分部分差向异构体，需结合保留时间或离子淌度等技术辅助鉴定。为此，作者在补充材料中提供了所有化合物的保留时间与正确立体构型信息，为精准鉴定提供关键参数。

该质谱库已通过GNPS平台（CCMSLIB00014205782-CCMSLIB00014205946）和MassIVE（MSV000098010）全面公开，包含完整的元数据与分析方法描述。作为目前最全面的PA专用质谱资源，PASL不仅填补了公共数据库的重要空白，更通过整合分子网络等计算策略，为食品安全监测、植物化学研究等领域提供了强大的技术支撑。其开源特性将加速PA检测方法的标准化进程，助力全球食品安全保障体系的完善。值得一提的是，本研究也是对2025年3月逝世的共同作者Patrick P.J. Mulder博士在植物毒素研究领域卓越贡献的重要纪念。