基于LC-MS的代谢组学结合化学计量学方法，用于识别用于区分Arnebia euchroma与Arnebia benthamii的化学标记物

《Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis》：LC-MS-based metabolomics combined with chemometrics for revealing chemical markers used to discriminate Arnebia euchroma from Arnebia benthamii

阿反应与伪品鉴别研究中，LC-MS代谢组学结合化学计量学成功鉴定6种差异化合物（β-羟基异戊酰虾青素等），建立HPLC定量方法，为道地药材质量评价提供科学依据。

　　本研究聚焦于一种广泛应用于中医的药材——茜草（Arnebiae Radix，AR），其主要来源于植物 *Arnebia euchroma*（AE）和 *Arnebia guttata*（AG），两者均属于紫草科。在传统医学中，茜草被赋予多种治疗功效，如清热凉血、活血解毒、透疹消斑等，常用于治疗血热毒盛导致的皮肤病、烧伤、麻疹等症状。此外，由于其富含色素，茜草也被广泛应用于化妆品和纺织业等非医疗领域。然而，随着市场需求的不断增长和野生资源的日益枯竭，茜草的市场供应逐渐紧张，价格不断攀升。这种供需失衡促使一些不法商贩将形态相似但药理和经济价值较低的 *Arnebia benthamii*（AB）作为替代品混入市场，严重影响了药材的品质和疗效，同时也对患者的健康和消费者权益构成潜在威胁。

AB 虽然在外观上与 AE 非常相似，但其化学成分和药理活性却存在显著差异。AB 的市场价值远低于 AE，因此在经济利益的驱动下，被广泛用作 AE 的掺假品。然而，目前尚无科学证据表明 AB 具有与 AE 相同的治疗效果，这使得其作为掺假品的风险进一步加大。为应对这一问题，科学界已经尝试多种分析方法，如 DNA 条形码技术、高效液相色谱（HPLC）和近红外光谱（NIR）等，以区分 AE 和 AB。尽管这些方法在一定程度上提高了鉴别能力，但对两者化学成分差异的深入研究仍显不足，限制了对茜草质量评价体系的建立和优化。

基于此，本研究采用基于液相色谱-质谱联用技术（LC-MS）的代谢组学方法，结合化学计量学分析，旨在全面揭示 AE 和 AB 之间的化学成分差异，并建立可靠的化学标记物以实现两者的精准鉴别。代谢组学作为一门高通量的分析技术，能够系统地分析生物体内所有小分子代谢物的组成和变化，为中药质量控制和真实性鉴别提供了全新的视角。与传统的化学分析方法相比，代谢组学不仅能够识别多种化合物，还能通过多维数据处理揭示复杂的代谢模式，从而为中药的标准化和现代化提供科学依据。

研究中，共收集了 14 批 AE 样本和 7 批 AB 样本，并通过超高效液相色谱-四级杆-高分辨轨道阱质谱（UHPLC-QE-Orbitrap-MS）对这些样本的代谢物进行了全面分析。该技术以其高灵敏度、高分辨率和高特异性著称，能够有效分离和鉴定复杂样品中的多种代谢物。通过数据处理和化学计量学分析，研究团队成功识别出 93 种化学成分，包括 51 种萘醌及其衍生物、13 种酚类化合物及其衍生物、22 种有机酸、5 种黄酮类化合物以及 2 种其他化合物。值得注意的是，尽管 AE 和 AB 在化学成分类别分布上相似，但它们的化学组成在具体化合物种类和含量上存在显著差异。

为了进一步筛选出能够有效区分 AE 和 AB 的关键化学标记物，研究团队采用了无监督的主成分分析（PCA）和有监督的正交偏最小二乘-判别分析（OPLS-DA）等统计方法。这些方法能够从海量代谢数据中提取出最具代表性的化合物，从而揭示 AE 和 AB 之间的代谢差异。通过这些分析，研究团队最终确认了六种化学标记物，包括 β-羟基异缬草酸、乙酰紫草素、β-乙酰氧基异缬草酸、异丁酰紫草素、β,β’-二甲基丙烯酸和异缬草酸。这些化合物在 AE 中的含量分别为 0.01% 至 0.07%、0.05% 至 1.50%、0.13% 至 0.59%、0.08% 至 0.79%、0.42% 至 1.84% 以及 1.28% 至 3.82%，其总含量范围为 3.20% 至 6.93%。而在 AB 中，这些化合物的含量则显著低于 AE，分别为 0.01% 至 0.03%、0.03% 至 0.14%、0.06% 至 0.26%、0.03% 至 0.15%、0.04% 至 0.94% 以及 0.18% 至 1.10%，总含量范围为 0.36% 至 2.43%。这些标记物在 AE 中的累积含量明显高于 AB，表明它们在区分两者方面具有高度的特异性。

为了验证这些标记物的区分能力，研究团队进一步开发了一种经过验证的高效液相色谱（HPLC）方法，用于准确测定 AE 和 AB 中这些标记物的含量。HPLC 方法以其高精度和重复性著称，能够对复杂样品中的目标化合物进行定量分析。通过该方法，研究团队不仅确认了这些标记物在 AE 和 AB 中的含量差异，还建立了可靠的定量标准，为后续的茜草质量评估提供了科学依据。

本研究的结果表明，通过代谢组学和化学计量学的结合，可以有效识别出 AE 和 AB 之间的关键化学差异，并为两者的精准鉴别提供了一套完整的分析方法。这些化学标记物的发现不仅有助于提高茜草的质量控制水平，还为中药的标准化和现代化提供了重要的技术支持。此外，研究还揭示了 AE 和 AB 在化学成分上的系统性差异，为深入探讨紫草科植物的化学分类学特征奠定了基础。

在中药领域，质量控制和真实性鉴别一直是研究的重点。由于中药多为天然产物，其化学成分往往具有高度的复杂性和多样性，传统的单一成分分析方法难以全面反映药材的整体特性。因此，代谢组学作为一种系统性分析手段，能够全面捕捉药材中的代谢物信息，为质量评估提供更加科学和全面的依据。近年来，代谢组学在中药研究中的应用逐渐增多，例如通过未靶向代谢组学技术识别出多种质量标记物，用于评估不同产地的药材质量。此外，研究团队还利用多种代谢组学平台，如 UPLC-Q-TOF-MS、GC-MS 和 LC-2ECD 等，成功区分了不同产地的药材，为中药的产地溯源和质量控制提供了新的思路。

本研究不仅填补了 AE 和 AB 之间化学成分差异的空白，还为中药质量评价体系的构建提供了重要的参考。通过建立一套基于代谢组学的化学标记物筛选和定量分析方法，可以有效提高中药的鉴别能力，减少掺假风险，保障中药的安全性和有效性。同时，该研究也为其他中药材的真实性鉴别提供了可借鉴的模式，即通过系统性的代谢组学分析，结合化学计量学方法，识别出关键的化学标记物，并建立相应的定量标准，从而实现对中药材的精准识别和质量评估。

在实际应用中，这些化学标记物的发现可以为中药生产企业和监管部门提供有力的工具。通过定期检测这些标记物的含量，可以有效监控药材的质量，确保其符合既定的标准。此外，这些标记物还可以用于药材的产地溯源，帮助消费者了解药材的来源和真实性，提高市场透明度。对于中药的国际化发展而言，这些研究成果也有助于提升中药在全球范围内的认可度和竞争力。

本研究的意义不仅限于 AE 和 AB 的鉴别，更在于其对中药质量控制方法的创新。传统的中药质量控制往往依赖于单一成分的测定，而代谢组学方法能够提供更全面的化学信息，有助于建立更加科学和系统的质量评价体系。此外，该研究还强调了化学计量学在代谢组学中的重要性，表明通过合理的数据处理和统计分析，可以从复杂的代谢数据中提取出关键信息，从而提高分析的准确性和可靠性。

总之，本研究通过代谢组学和化学计量学的结合，成功识别出 AE 和 AB 之间的关键化学差异，并建立了可靠的定量分析方法。这些成果不仅有助于提高茜草的质量控制水平，还为中药的标准化和现代化提供了重要的科学支持。未来，随着代谢组学技术的不断发展和应用，相信会有更多类似的中药材获得精准的化学标记物，从而推动中药行业的高质量发展。