通过LC-MS/MS和DESI-MSI技术，对小鼠体内莱茵酚（rhein）的药代动力学和组织分布特征进行了综合研究，并探讨了该物质对肝脏和肾脏内源性代谢的调节作用
《Microchemical Journal》：Integrated pharmacokinetic and tissue-distribution profiling of rhein in mice, and its modulation of endogenous metabolism in liver and kidney revealed by LC-MS/MS and DESI-MSI
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本研究通过LC-MS/MS与DESI-MSI联用技术，首次系统解析了口服芦荟大黄素在肝、肾组织中的时空异质分布特征及其代谢重塑效应，揭示了其通过调控氨基酸、碳水化合物及磷脂代谢途径发挥肝肾保护作用的新机制。
秦申|张龙辉|徐楚婷|傅国胜|冯秦英|王永利|赵超群|马文娜|徐红|刘伟|胡静
上海中医药大学附属第七人民医院肾病科，中国上海200137
摘要
茜素是一种蒽醌衍生物，现代研究已证实其具有显著的生物活性和临床潜力。然而，其在体内的时空分布模式仍不甚清楚。本研究采用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）与解吸电喷雾离子化质谱成像（DESI-MSI）空间代谢组学相结合的方法，评估了茜素在肝脏和肾脏组织中的时空异质性分布特征及其代谢重塑效应。通过建立经过验证的LC-MS/MS定量系统，我们分析了茜素在血浆、肝脏和肾脏样本中的分布情况。药代动力学分析显示，茜素在0.17小时内迅速达到峰值浓度，随后在肝脏中代谢，并最终通过肾脏排出体外。进一步利用DESI-MSI绘制茜素及其内源性代谢物的空间分布图，发现茜素最初主要集中于肾皮质，随后逐渐在皮质和髓质区域积累。相关代谢途径研究表明，茜素影响了肝脏和肾脏组织中的氨基酸、碳水化合物代谢途径及磷脂代谢。此外，与脂质代谢相关的代表性mRNA表明，口服茜素可能影响脂质代谢。本研究为阐明天然产物的组织分布特征及其作用机制提供了新的框架。
引言
天然产物（NPs）是全球药物发现的重要资源[1]。中医理论认为，天然来源的化学物质因其分子结构而具有强大的治疗效果[2]。事实上，目前临床使用的小分子药物中有一半以上直接或间接来源于天然产物[3]。其中，茜素作为一种蒽醌化合物，表现出显著的生物活性和广泛的临床应用价值。用于治疗骨关节炎的一线药物迪卡瑞辛（Diacerein）就是从茜素开发而来的[4]。此外，茜素还被广泛应用于肺炎[5]、关节炎[6]以及屏障功能障碍[7]的治疗。最近的药理学研究还发现，茜素通过抗纤维化、降脂和抗炎作用保护肝脏和肾脏[8]。在鼠模型中，含有茜素的夏禹 decoction 显著减轻了四氯化碳诱导的肝纤维化[9]。茜素还能缓解四氯化碳（CCl4）引起的肝纤维化、甲氨蝶呤引起的慢性肝损伤[10]，并通过降低肝脏脂质和炎症有效逆转非酒精性脂肪肝病[11]。同样，富含茜素的溪心 decoction 也能减轻db/db糖尿病小鼠的肾纤维化[12]。尽管茜素对肝脏和肾脏的保护作用已有充分文献记载，但其精确的分子机制仍不明确，因此阐明其体内的药代动力学和组织分布至关重要。药代代谢组学技术能够捕获内源性代谢物和其他暴露标志物[13]，已成为现代药物发现和解析中药多药理作用的关键技术[14]。为了理解茜素的作用机制，必须明确其在体内的药代动力学特征和组织内的空间分布情况。虽然已有关于茜素在血浆及肝脏和肾脏中分布的报道[15]，但传统检测方法缺乏代谢可视化所需的空间分辨率，无法揭示组织微分布及代谢的时空动态[16]。
质谱成像（MSI）通过提供无标记、高分辨率的分子图谱，快速推动了代谢组学、脂质组学和蛋白质组学的发展，尤其适用于复杂的中药研究[17]。结合化学计量学方法，MSI可以直接在组织内识别潜在的药效学和毒理学生物标志物，探索中药的治疗和毒性机制[18]。当与全局代谢组学工作流程整合时，这些空间数据可加速药物发现、再利用和相互作用研究[19]。目前，多组学与空间MSI技术的结合已成为研究某些疾病药物治疗机制的新趋势。例如，陈等人（2024年）利用基于MSI的空间代谢组学和肝脏特异性转录组学，分析了Eclipta eclipta的生物活性成分如何重新编程脂质代谢并预防非酒精性脂肪肝病（NAFLD）[20]；韩等人（2025年）将高通量UPLC-MS/MS与MSI驱动的代谢组学技术结合，实现了黄葵胶囊中核心生物标志物和活性成分在肾脏组织中的精确定位[21]。MSI与多组学分析的结合有助于识别潜在的药物靶点，并提供关于分子机制的新见解。
传统质谱预处理过程会破坏样品的原始结构，导致空间信息丢失。LC-MS/MS虽然能对组织中的分析物进行高精度绝对定量，但无法解析空间分布信息。相比之下，DESI-MSI可以实现原位空间定位。MSI只需将组织切片固定在玻璃载玻片上进行原位检测。然而，DESI-MSI也有一定局限性，更适合极性适中的小分子分析，因为这些物质在DESI条件下能有效离子化。对于高极性或大分子分析物（如肽和蛋白质），DESI的信号灵敏度会降低，从而限制了该方法的应用。目前已有关于茜素暴露的研究报告，但缺乏原位可视化数据。因此，本研究的创新之处在于将DESI-MSI空间代谢组学与LC-MS定量药代动力学相结合，系统地揭示了茜素在肝脏和肾脏中的空间和时间异质性分布及其代谢重塑效应。进一步建立了LC-MS/MS定量验证系统，用于分析小鼠口服茜素后血浆、肝脏和肾脏组织中的茜素浓度。利用DESI-MSI技术分析了茜素代谢物在肾脏皮质/髓质和肝脏小叶中的空间动态。结合内源性代谢物，有助于探索潜在的代谢机制和途径。该研究策略如图1A所示，为研究天然产物的组织分布和作用机制提供了新范式。
化学物质和试剂
茜素购自大连美仑生物科技有限公司（中国大连）。高效液相色谱（HPLC）级甲醇、乙腈和甲酸购自Fisher Scientific（美国圣克拉拉）。超纯水由杭州娃哈哈集团有限公司提供（中国杭州）。亮氨酸脑啡肽购自Waters Corporation（美国米尔福德）。甲酸钠和903? Protein Saver Cards购自Merck（美国新泽西）。
共使用35只雄性C57 BL/6 J小鼠
生物样品经过蛋白质沉淀处理，血浆样品用甲醇处理。色谱条件优化为6分钟梯度，流动相为0.1%甲酸水溶液和乙腈（B）。质谱参数（如锥孔电压CV）经过优化以达到最大响应（见表S2）。
图1B展示了口服茜素后收集的血浆代表性MRM色谱图
总之，本研究通过整合LC-MS/MS和DESI-MSI技术，成功开发并验证了一种分析茜素及其代谢物的方法。药代动力学分析表明，茜素迅速进入全身循环，在肝脏中代谢，随后通过肾脏排出。空间分布图显示，茜素最初主要集中于肾皮质，随后逐渐在皮质和髓质区域积累。
秦申：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，验证，方法学，实验设计，数据分析。
张龙辉：实验设计，数据分析。
徐楚婷：实验设计，数据分析。
傅国胜：实验设计，数据分析。
冯秦英：实验设计，数据分析。
王永利：数据分析。
赵超群：数据分析。
马文娜：数据分析。
徐红：撰写 – 审稿与编辑，监督，项目管理，数据分析。
刘伟：撰写
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
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