苦参的主要成分及质谱裂解规律研究进展

熊乐乐，张静，邓维

江西省药品检验检测研究院，国家药品监督管理局中成药质量评价重点实验室，江西省药品与医疗器械质量工程技术研究中心，江西 南昌 330029

苦参是豆科槐属植物苦参Sophora flavescensAit.的干燥根，具有清热燥湿、杀虫、利尿功效。临床被广泛用于湿热引起的病症，如内服可治疗热痢、便血、黄疸尿闭等，外用常用于皮肤病及妇科疾病［1］，药用价值高、疗效显著。现代药理学研究表明，苦参主要活性成分有生物碱类、黄酮类、三萜皂苷类、酚酸类等，其中苦参碱类和黄酮苷类是最主要的活性成分，具有抗炎、抗肿瘤、抗菌、抗心律失常、利尿、调节免疫、保肝、镇痛等多种药理活性，具有非常广泛的药用价值［1-2］。因此，对苦参进行深入的化学成分分析，有助于阐释发挥药效的活性成分，并为新药的研发提供基础。

高效液相色谱串联质谱法常用于中药等复杂成分的分析鉴定，如超高效液相色谱串联四级杆飞行时间质谱法（UHPLC-QTOF）和超高效液相色谱串联四极杆静电场轨道阱质谱法（UHPLC-QE），该方法可提供丰富的结构信息，结合灵敏度高、分辨率高、分析速度快等优点，可实现复杂基质中多成分的高效分离分析，成为中药复杂成分分析的主要方法之一［3］。质谱分析不仅可以提供精确的分子量信息，还可以提供丰富的碎片离子信息，通过碎片离子的裂解途径可推测化合物所含官能团，进而可推测化合物的结构信息。本文旨在探讨苦参的主要活性成分组成及质谱裂解规律，为进一步研究苦参的物质组成基础提供参考依据。

1 主要成分

1.1 生物碱类

生物碱是目前苦参中分离鉴定的主要化合物，苦参中鉴定的生物碱绝大部分属于喹诺里西啶类，还包括少量的哌啶类。喹诺里西啶类生物碱按骨架结构可细分为四种类型，即苦参碱型、金雀花碱型、臭豆碱型和羽扇豆碱，母核结构见图1［1］。现代药理学研究表明，苦参碱提取物具有抗炎、抗病原微生物、抗过敏、抗肿瘤及调节免疫等多种药理活性［2］，目前苦参中共分离鉴定了65 个生物碱化合物［1,4］，其中苦参碱型鉴定了41 个化合物，代表性化合物有苦参碱、氧化苦参碱、槐定碱、槐果碱、氧化槐果碱、槐胺碱等；金雀花碱型共鉴定了6 个化合物，分别是金雀花碱、N-甲基金雀花碱、菱叶黄花碱、N-丁基金雀花碱、氧化氮甲基金雀花碱和kushenine；臭豆碱鉴定了8 个，分别是臭豆碱、赝靛叶碱、野决明碱、白羽扇豆碱、5，6-去氢白羽扇豆碱、5-羟基白羽扇豆碱、7-羟基白羽扇豆碱，氧化白羽扇豆碱；羽扇豆碱型鉴定了1 个，即羽扇豆碱；苦参碱二聚体发现了6 个化合物，其他生物碱鉴定了3 个化合物。代表性生物碱信息详见表1。

图1 苦参中主要生物碱的母核结构：A.苦参碱型；B.金雀花碱型；C.臭豆碱型；D.羽扇豆碱型

表1 苦参中主要生物碱的化合物信息

1.2 黄酮类

黄酮类也是苦参中的主要成分之一，具有抗菌、抗病毒、抗肿瘤、抗心律失常、抗糖尿病等多种活性［1］。目前苦参中共发现并鉴定了165 个黄酮类化合物。按结构可分为11 类，主要为二氢黄酮类（55个）、异黄酮类（31 个）、黄酮醇类（18 个）和二氢黄酮醇类（18 个），此外，还包括15 个紫檀烷类、10 个查尔酮类、10 个黄酮二聚体、3 个黄酮类似物、2 个黄酮、2 个高异黄酮类和1 个二氢异黄酮类［1］。苦参中主要的黄酮母核结构如图2 所示。二氢黄酮类是苦参中最主要的黄酮化合物，A 环和C 环中C5和C7 位置容易被甲氧基或羟基取代，C8 位置常被异戊烯基取代，C6 位置一般无取代基，与之相连的B 环上C2’、C4’和C5’易发生甲氧基或羟基取代，C4’还会产生含氧糖苷键取代。异黄酮类在C5位置易发生羟基取代，C7 位置易发生甲氧基或含氧糖苷键取代，C6 和C8 位置一般无取代基，B 环中C3’和C4’易发生将羟基或甲氧基取代。黄酮醇类C5 和C7 位置容易发生甲氧基或羟基取代，C3 位羟基易发生糖苷键取代，C 环中C4’易发生羟基取代。二氢黄酮醇C5 位置易发生甲氧基取代，C7 位置容易发生羟基取代，C8 位置常被异戊烯基取代，C 环中C2’易发生羟基或甲氧基取代，C4’易发生羟基取代。苦参中代表性黄酮化合物见表2。

图2 苦参中主要黄酮的母核结构：A.二氢黄酮类；B.异黄酮类；C.黄酮醇类；D.二氢黄酮醇类

表2 苦参中代表性黄酮的化合物信息

1.3 三萜及三萜皂苷类

萜类成分具有较强的药理活性，通常具有抗癌、抗病毒、降血糖等多种活性，是中药的提取物重要活性成分之一［28］。苦参中目前分离鉴定了10 个三萜类化合物，三萜类主要有羽扇豆醇、羽扇豆烯酮、β-香树脂醇、软木三萜酮，三萜皂苷类主要有大豆皂苷Ⅰ及槐黄酮苷Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，代表性结构，见图3。

图3 三萜类（A）与三萜皂苷类（B）代表性结构式

1.4 二苯甲酰类

有研究表明二苯甲酰类化合物对人体羧酸酯酶具有潜在抑制作用，能够调节机体生物活性，也是有机合成的重要组成成分［29-30］。苦参中提取到了17 种二苯甲酰类化合物［1］，包括槐二苯甲苷A～F、槐二苯甲苷J～L、槐叶皂苷A、B、G、H、I 等，代表性结构见图4。

图4 二苯甲酰类代表性结构式

1.5 其他成分

除了上述主要四大类成分，苦参中还分离鉴定了4 个苯丙素类［31］、10 个酚酸类［20］、4 个香豆素类、2 个苯醌类、4 个甾体类［1］等。

2 苦参生物碱类质谱裂解规律

现代质谱技术广泛应用于生物碱的结构解析，赵琴琴等［10］采用HPLC 串联多级质谱法，对苦参中生物碱类成分进行多级质谱解析，总结了金雀花型、臭豆碱型生物碱的质谱裂解特征，为完善苦参生物碱的质谱裂解规律分析提供参考。李晓娜等［32］采用了高效液相色谱串联四极杆-静电场轨道阱高分辨质谱法（HPLC-Q-Exactive MS），对苦参中化学成分进行快速鉴定解析，初步鉴定了16 个生物碱化合物，33 个黄酮类化合物，其中12 个异戊二烯黄酮类和3 个生物碱类化合物在苦参中被首次鉴定出来。通过对已知生物碱和黄酮类成分的质谱裂解特点进行归纳和总结，可对未知化合物进行结构解析，为新化合物的发现提供依据。本文主要对苦参中生物碱的质谱裂解规律进行归纳总结，为生物碱的质谱鉴定提供参考。

2.1 苦参碱型生物碱

苦参碱型生物碱包括非氧化苦参碱型和N-氧化苦参碱型，通常指非氧化苦参碱型，N-氧化苦参碱是在非氧化苦参碱的1 号N 原子氧化形成N →O键，两者均易发生典型的C 环质谱裂解［33-35］。非氧化苦参碱以苦参碱为例，其裂解途径如图5 所示［34］。苦参碱在正离子模式下一级质谱易生成［M+H］+峰，质荷比m/z 249，母离子中性丢失一分子H2，产生［M+H-H2］+碎片离子，m/z 247，在此基础上，C环N16-C17 和C7-C11 发生断裂，产生丰度较强的m/z 148 和150 的特征碎片离子，m/z 148 通常为基峰。C环上C5-C17 键和C7-C11 键也会发生断裂，产生m/z 136 的碎片离子。N-氧化苦参碱与非氧化苦参碱的裂解途径相似，C 环裂解也会产生m/z 148 和150 的特征碎片离子，但氧化苦参碱型由于N1 原子被氧化，易中性丢失H2O 或丢失羟基自由基离子，分别产生［M+H-H2O］+和［M+H-OH］+.离子，即对应m/z 248 和m/z 247 碎片离子，为N-氧化苦参碱的个特征裂解碎片峰，氧化苦参碱的裂解途径见图6［33,35］。因此可通过判断母离子是否产生失水离子或羟基自由基离子来区分氧化苦参碱型和非氧化苦参碱型。

图5 苦参碱的质谱裂解途径Ⅰ

图6 氧化苦参碱的质谱裂解途径Ⅰ

除了上述提出的典型C 环裂解途径外，WU等［36］对苦参碱型生物碱的质谱裂解提出了一种新的裂解方式，即四中心氢重排模式。以苦参碱为例，裂解途径见图7。苦参碱的［M+H］+离子，通过质子传递，N1-C6 键断开，质子传递至N1，又从N1 传递至C7 位H，最后C6 与C7 形成双键，形成C6-N1-H-C7 四中心氢重拍，C2-N1-H-C3 也会产生四中心氢重拍，N1-C2 键断开，C2 与C3 形成双键，最终形成A 环、B 环开环的中间体离子。该中间体离子会中性丢失NH3、CH3NH2、C2H5NH2产生相应的m/z 232、218、204 系列离子；以m/z 204 为母离子，中性丢失一分子CH2CH2，产生m/z 176 离子，继续丢失一分子CO，产生m/z 148 离子；D 环开环产生m/z 179 离子，继续丢失CH2NH 分子，产生m/z 150 离子。苦参碱在两种裂解途径下均能产生m/z 150 和148 离子，但对应的结构却不同，四中心氢重排的裂解模式下碎片离子更丰富，但仅有文献WU 等［36］介绍了这种裂解途径，其他文献几乎无报道，目前文献中苦参碱均以C 环开环裂解的模式为主。

图7 苦参碱的质谱裂解途径Ⅱ

综上，两种裂解模式下均能产生m/z 150 和148 典型碎片离子，其特点是能稳定出现且丰度高，因此可作为苦参碱型生物碱的特征鉴别离子。在质谱鉴定中可通过设置特征产物离子监测模式，特征性地筛选出苦参碱型生物碱［34］。

2.2 金雀花碱型生物碱

金雀花碱型生物碱在B 环和C 环易产生质谱裂解，C 环裂解是典型的裂解途径，金雀花碱和N-甲基金雀花碱的裂解途径如图所示（图8-9）。金雀花碱C 环裂解在C7-C13 键和C9-C11 键发生断裂，产生m/z 148 的特征碎片离子，m/z 148 离子继续中性丢失一分子CO，产生m/z 120 碎片离子；N-甲基金雀花碱C 环裂解产生146 碎片离子，B 环裂解发生在C6-C7 和C9-C10 键断裂，产生m/z 108 的碎片离子［10］。m/z 148 和146 是金雀花碱型母核的典型碎片离子，可作为筛选出金雀花碱型生物碱的判断依据。AB 环碎片到底是m/z 146 还是m/z 148离子，可能与N12 位的取代基有关。

图8 金雀花碱的质谱裂解途径

图9 N-甲基金雀花碱的质谱裂解途径

2.3 臭豆碱型生物碱成分

臭豆碱型生物碱裂解方式与金雀花碱有相同的裂解途径，C 环易发生质谱裂解。臭豆碱的质谱裂解途径见图10，C 环裂解，C7-C17 和C9-C11 键断裂，产生m/z 148 的特征碎片离子，与金雀花碱型的裂解特征易混淆，但金雀花碱型骨架由A、B、C 三个六元环组成，臭豆碱在此基础上还存在一个D 环六元环，C 环裂解导致D 环也会产生相应的碎片离子，臭豆碱D 环无取代基，则会产生m/z 98 的D 环特征碎片离子，以m/z 98 离子为母离子，触发三级质谱，发生RDA 裂解，生成m/z 70 的碎片离子。若D 环有取代，则会根据取代基的不同产生系列碎片离子，以赝靛叶碱为例（见图11），D 环C13 位发生-OH取代，易中性丢失一分子H2O，产生m/z 243 的碎片离子，继续发生C 环裂解，产生m/z 96 的D 环碎片离子；此外，赝靛叶碱也会直接C 环裂解，产生m/z 146 碎片离子和m/z 114 的D 环碎片离子［10］。

图10 臭豆碱的质谱裂解途径

图11 赝靛叶碱的质谱裂解途径

综上，臭豆碱型生物碱的裂解途径会产生特征碎片离子m/z 148 或146，还会产生一系列对应的D环碎片离子m/z 114、98、96、70 等偶数碎片离子，碎片离子较金雀花碱型更丰富。

3 结语

苦参作为临床广泛使用的药用植物，富含生物碱、黄酮及三萜皂苷类等活性成分，其中生物碱类因其丰富的药理活性受到广泛研究。目前苦参中共发现了六十多种生物碱化合物，按骨架结构可细分为苦参碱型、金雀花碱型、臭豆碱型和羽扇豆碱型。苦参碱型生物碱是最主要的骨架类型，在电喷雾解离条件下主要发生C 环裂解，产生m/z 150、148 的特征碎片离子；氧化苦参碱型质谱裂解易中性丢失水分子或羟基自由基离子。此外，有研究显示苦参碱型在诱导碰撞解离条件下会发生四中心氢重排导致A、B 环裂解，中性丢失氨、甲胺、乙胺分子产生丰富的碎片离子。金雀花碱型主要发生C 环裂解，C7-C13 键和C9-C11 键断裂，产生m/z 148、146的特征AB 环碎片离子，金雀花碱母核结构简单，碎片离子相对较少。臭豆碱型生物碱质谱裂解与金雀花碱型类似，C 环裂解发生在C7-C17 和C9-C11键，除了产生相同的m/z 148、146 的AB 环碎片离子，还会产生丰富的质荷比为偶数的D 环碎片离子。羽扇豆碱型生物碱化合物种类较少，相应的质谱研究也较少。根据已报道的代表性化学成分，并结合现代质谱技术对苦参的化学成分进行深入研究，为苦参的开发利用提供参考。