《Microchemical Journal》：Microregional metabolite mapping in
Platycodon grandiflorum root by integrated UPLC-orbitrap-MS and AFADESI-MSI
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UPLC-MS和AFADESI-MSI技术分析了Platycodon grandiflorum根部的代谢物。
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UPLC-MS和AFADESI-MSI技术分析了Platycodon grandiflorum根部的代谢物。
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LC-MS鉴定出根部不同微区域间53种差异代谢物。
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空间成像技术证实了外层组织中三萜皂苷的富集。
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皂苷的分布为根部加工提供了组织学参考。
引言
Platycodon grandiflorum（Jacq.）A. DC. 是一种可食用且具有药用价值的根茎，在东亚地区广泛用于膳食、营养补充剂和治疗方面[1][2][3]。它含有多种次级代谢物，包括三萜皂苷、酚酸、黄酮类化合物和氨基酸衍生物[4][5][6][7]。其中，如platycodin D和platycodin D3等三萜皂苷被认为是该物种的特征成分和重要化学标志物[8][9]。
以往关于P. grandiflorum的研究主要集中在整个根部的分析、地理变异或加工过程中的成分变化[10][11][12][13]上。然而，根部组织在解剖结构上是分区的，不能简单地假设其化学成分是均匀的[14][15]。在横切面上，中部区域主要由木质部和髓组成，而外围区域则主要由周皮、韧皮部和形成层构成[16]。这种组织层次结构可能导致代谢物的局部积累，尤其是生物活性成分[17]。因此，解析微区域的化学异质性对于质量评价以及了解采后加工如何影响化学完整性至关重要。
基于质谱的代谢组学为复杂的植物样本提供了广泛的化学覆盖范围和可靠的注释[18][19][20][21][22]。然而，基于提取物的分析会破坏组织结构并丢失空间信息，使得无法在完整的根部切片中定位代谢物[23]。这一限制可以通过质谱成像技术来解决，该技术可以在不添加标记的情况下进行原位可视化，同时保持解剖结构[24][25][26]。在可用的成像技术中，AFADESI-MSI因其相对温和的操作条件和最小的样本预处理要求而非常适合用于植物组织[27][28]。
尽管已有几项LC-MS研究报道了P. grandiflorum根部不同部位的化学差异，但大多数研究仍基于提取物，因此提供的空间信息有限[29][30][31]。结合高分辨率非靶向代谢组学与微区域水平的原位成像的综合工作流程仍然很少。这种方法有助于将组织解剖结构与特定区域的代谢物分布联系起来，并明确不同化学成分的根部分区对材料整体质量的贡献。
本研究结合了基于UPLC-Orbitrap-MS的非靶向代谢组学和AFADESI-MSI技术，来表征P. grandiflorum根部的微区域化学组成。根部被解剖学地划分为中央区和外围区，并通过多变量和单变量统计分析比较了它们的代谢物谱型。通过AFADESI-MSI将LC-MS鉴定出的差异代谢物映射到完整的组织切片上，以验证区域间的一致性。该研究为P. grandiflorum根部的组织解析提供了分析视角，并对质量评估和加工优化提供了启示。
章节摘录
化学品、试剂和植物材料
LC-MS级别的甲醇和乙腈购自Merck（德国），色谱级甲酸来自上海阿拉丁生化科技有限公司。超纯水通过Milli-Q纯化系统制得。用于组织包埋的羧甲基纤维素、真实参考标准品（platycodin D、platycodin D3、deapioplatycodin D3、platycodin D2、deapioplatycodin D、 caffeic acid、chlorogenic acid、eriodictyol、apigenin、catechin和luteolin）等也均已准备齐全。
为了分析Platycodon grandiflorum根部中组织依赖的化学异质性，使用UPLC-Orbitrap-MS在正离子和负离子模式下对中心（C）区与外围（P）区进行了分析。两个区域的总离子色谱图虽然峰分布相似，但信号强度和特征成分存在明显差异，表明这些解剖学上不同的组织在成分上有显著差异（图2，图S1）。
本研究采用UPLC-Orbitrap-MS和AFADESI-MSI相结合的方法，表征了P. grandiflorum根部的微区域特异性化学组成。UPLC-Orbitrap-MS鉴定出154种代谢物，并确定了中心区与外围区之间的53种差异代谢物，其中皂苷和有机酸是主要的区分类群。AFADESI-MSI进一步在原位验证了这些差异标记物，表明特征性的三萜皂苷主要分布在特定区域。
在本研究的准备过程中，作者使用了ChatGPT来提升语言表达和纠正语法错误。作者对输出内容进行了必要的审阅和编辑，并对发表文章的内容承担全部责任。
Bai-xiang Cai：撰写–审核与编辑、方法学设计、数据分析。 Meng-ting Xu：撰写–初稿编写、实验设计、数据分析。 Meng-xuan Wang：验证、方法学设计。 Ju-tao Wang：验证、方法学设计。 Juan Chen：验证、方法学设计。 Ling Zhang：撰写–审核与编辑、项目管理、方法学设计。 Yang Yu：撰写–审核与编辑、项目管理、资金筹集、概念构思。
作者声明不存在任何可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
本工作得到了安徽省中医药管理局中医化学高水平重点学科开放基金（HKDCCM2024012）和安徽省教育厅自然科学 research program（2025AHGXZK40340、2023AH050775、2023AH050737）的支持。
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