板藍根（Isatidis Radix）為十字花科菘藍屬植物菘藍（Isatis indigotica Fortune）的干燥根，具有清熱、解毒、涼血、利咽等功效。作為清熱解毒類的代表藥物，板藍根與廣泛用于各類感冒的預(yù)防和治療，在嚴重急性呼吸綜合征（SARS）、甲型H1N1流感等疾病的防治中發(fā)揮了積極作用。新型冠狀病毒肺炎（COVID-19）爆發(fā)以來，各版《診療方案》和“三藥三方”中也不乏板藍根的身影。板藍根的抗病毒抗炎藥效顯著，但化學成分復(fù)雜，質(zhì)量評價難度較高，因而一直是國內(nèi)外研究的熱點。

 

目前研究學者已經(jīng)從板藍根中分離得到近400個化合物，綜合文獻報道主要可歸納為生物堿、含硫化合物、苯丙素、核苷、氨基酸、有機酸、酚、黃酮、蒽醌、萜、醇、醛、酮、腈、酯、糖、甾醇、肽、鞘脂等19大類。研究藥用植物化學成分的空間分布，有助于了解其形態(tài)學結(jié)構(gòu)和功能。盡管板藍根的化學成分研究已經(jīng)十分深入，但其分子空間分布鮮見報道。質(zhì)譜成像（mass spectrometry imaging，MSI）技術(shù)是近年新興的分子成像技術(shù)，通過直接測定樣品表面的離子信號獲得其空間分布信息，具有非靶向、無需標記和多成分同時檢測的優(yōu)勢。與光學圖像采集技術(shù)結(jié)合后，既可觀察到高分辨率的形態(tài)圖像，又可對特定的分子進行鑒定和可視化分布分析，在生命科學領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用前景。本文首次采用高分辨質(zhì)譜成像技術(shù)對板藍根化學成分的空間分布進行分析。利用大氣壓基質(zhì)輔助激光解吸電離-離子阱-飛行時間質(zhì)譜（atmospheric pressure matrix assisted laser desorption combined with ion trap-time-of-flight mass spectrometry，AP-MALDI-IT-TOF/MS）掃描不同產(chǎn)地藥材橫切面，鑒定所含化合物，并觀察化合物空間分布模式和富集位置，結(jié)合偏最小二乘回歸（partial least squares regression，PLSR）算法，對不同樣品進行分類。研究思路見圖1。

 

1. iMScope TRIO 成像質(zhì)譜顯微鏡測試條件

 

質(zhì)譜成像技術(shù)在植物、動物、人體組織中的內(nèi)源性成分和藥物代謝組分的可視化檢測方面發(fā)展迅猛，但在中藥分析領(lǐng)域的應(yīng)用才剛開始起步，且多用于新鮮采集的原植物或中藥材。而真正用于市場流通和臨床應(yīng)用的中藥材為干品，制備滿足MSI測試需要的切片比較困難，故相關(guān)研究鮮見報道。在制備板藍根干品冰凍切片時，其干燥、堅硬、易碎的結(jié)構(gòu)帶來了極大的挑戰(zhàn)，故對冷凍切片的厚度、溫度，切片固定方式，基質(zhì)種類和添加方式等進行了詳細的優(yōu)化。板藍根藥材經(jīng)明膠包裹冷凍后，先用雙面碳導(dǎo)電膠貼牢后，再用冰凍切片機切制40 μm的組織切片，分別噴涂2, 5-DHAP溶液和1, 5-DAN溶液作為正、負離子的基質(zhì)。主要質(zhì)譜條件如下：激光照射直徑：40 μm，像素間隔80 μm，掃描范圍：m/z 100-500，m/z 500-1000。

 

2. 板藍根中化合物的AP-MALDI-IT-TOF MSI可視化分布

 

根據(jù)離子的準確質(zhì)荷比、同位素豐度比，與對照品和液質(zhì)一、二級數(shù)據(jù)比對，并結(jié)合文獻檢索和數(shù)據(jù)庫搜查，初步鑒定了多個化合物類別118個質(zhì)譜峰（見圖2）。成像質(zhì)譜顯微鏡將光學顯微鏡和質(zhì)譜儀的優(yōu)勢整合，既可觀察到形態(tài)圖像，又可對分子進行鑒定和可視化分布分析，在軟件上可簡便且高精度地重疊觀察光學顯微鏡圖像與質(zhì)譜分析圖像，詳細解析感興趣區(qū)域。本文采用AP-MALDI-IT-TOF MSI技術(shù)首次揭示了板藍根中化合物的空間分布， 圖3和 圖4展示了板藍根橫切面的木栓層、皮層、韌皮部、形成層、木質(zhì)部及部分化合物在特定空間區(qū)域的分布。綜合分析，板藍根中化合物大多富集于營養(yǎng)儲存的組織韌皮部，與之相比，水分輸送組織木質(zhì)部中集中分布的成分較少。

 

3. PLSR法區(qū)分不同產(chǎn)地板藍根藥材

 

將4個產(chǎn)地的各3批板藍根藥材分別劃分到4個組。以樣品橫切面的AP-MALIDI-IT-TOF MSI數(shù)據(jù)為Y值，組別為X值，在正、負離子模式和m/z 100-500、m/z 500-1000兩個掃描范圍內(nèi)，分別建立PLSR回歸模型。由圖5可見，在4個模型中，樣品規(guī)格的預(yù)測值和實際值均呈現(xiàn)良好的相關(guān)關(guān)系，說明采用PLSR法可對不同產(chǎn)地的板藍根進行準確的區(qū)分。