仿刺參皂苷類化合物的電噴霧負離子質譜裂解規律研究

于林芳,徐 杰,陳士國,薛 勇,王靜鳳,李兆杰,薛長湖

(中國海洋大學,食品科學與工程學院,山東青島 266003)

仿刺參皂苷類化合物的電噴霧負離子質譜裂解規律研究

于林芳,徐 杰,陳士國,薛 勇,王靜鳳,李兆杰,薛長湖

(中國海洋大學,食品科學與工程學院,山東青島 266003)

采用電噴霧-四極桿-飛行時間質譜(ESI-Q-TOF MS)在負離子檢測方式下,對仿刺參中4種皂苷類成分的裂解途徑進行研究。通過 ESI-MS產生的[M-H]-獲得相應化合物的相對分子質量信息,對[MH]-進行碰撞誘導解離(CID)獲得相應化合物的裂解途徑信息。研究發現,4種皂苷化合物的 ESI-MS/MS裂解規律相同,首先斷裂苷元上的18(20)內酯鍵,然后連續丟失糖鏈的末端單糖,最后生成苷元的特征碎片離子m/z423,這些特征有助于皂苷類化合物的結構解析。

仿刺參;皂苷;質譜;裂解規律

海參皂苷是棘皮動物海參體內所特有的一類三萜皂苷,由苷元和寡糖鏈兩部分組成,苷元均為羊毛甾烷的衍生物,寡糖鏈一般由2～6個單糖組成,常見的單糖有木糖(Xyl)、奎諾糖(Qui)、葡萄糖(Glc)、甲基葡萄糖(MeGlc)和甲基木糖(MeXyl),其化學結構較復雜,且呈現多樣性[1]。研究表明,海參皂苷具有抗真菌、抗病毒、細胞毒活性、免疫調節等廣泛的藥理活性[2-6]。仿刺參(A postichopus japonicusSelenka)在食用海參中品質最好,具有較高的食用和藥用價值[7],因此,對仿刺參體內皂苷的結構研究具有重要意義。

由于皂苷類化合物具有極性大、難揮發、相對分子質量大等特點,因此分離純化及結構測定具有一定的難度。目前,已有文獻[8-10]報道采用質譜技術對皂苷類結構的研究,但對海參皂苷的質譜研究鮮有報道。本工作探討仿刺參體內皂苷類成分的質譜裂解規律,應用電噴霧負離子模式對分離得到的皂苷單體進行二級質譜研究,分析討論4種皂苷的主要特征碎片離子,發現并總結裂解規律,為進一步研究其他具有相似結構的皂苷類化合物提供依據。

1 試驗部分

1.1 主要儀器與裝置

Ultima GLOBAL Q-TOF質譜儀:美國Waters公司產品,配有電噴霧離子源(ESI)及Masslynx 4.1工作站。

1.2 主要材料與試劑

海參皂苷 (holotoxinA1、holotoxinB1、holotoxin A和cladoloside B):由本實驗室從仿刺參中提取制備并純化,其化學結構式示于圖1;乙腈(色譜純):美國 Muskegon公司產品;超純水:美國Millipore公司產品。

1.3 試驗條件

電噴霧離子化,負離子模式檢測,毛細管電壓3.0 kV,錐孔電壓35 V,碰撞誘導解離(CID)能量50 eV,離子源溫度80℃,干燥氣溫度150℃,質量掃描范圍m/z200～2 000,霧化氣(N2)流速15 L/h,干燥氣(N2)流速250 L/h,碰撞氣為氬氣,直接進樣法進樣。

圖1 4種皂苷的化學結構式Fig.1 Chemical structures of four triterpene glycosides

2 結果與討論

2.1 一級質譜分析

4種皂苷結構相似,僅糖鏈上的單糖組成及數量有差別,在電噴霧質譜中均以[M-H]-準分子離子形式存在,幾乎沒有碎片離子,易于確定化合物的相對分子質量。4種皂苷的一級質譜圖示于圖2。

2.2 二級質譜裂解規律分析

為了研究分子結構與裂解途徑之間的關系,分別對4種皂苷類化合物的[M-H]-準分子離子峰進行CID分析。由于4種化合物具有基本骨架相同、結構相似的特點,通過比較結構信息和質譜信息,發現它們在軟電離狀態下均存在中性丟失和一系列糖苷鍵斷裂的裂解碎片。

圖2 4種皂苷的負離子ESI-MS圖Fig.2 ESI-MS spectra of four triterpene glycosides in negative mode

2.2.1 Holotoxin A1的二級質譜分析 Holotoxin A1的準分子離子[M-H]-為m/z1 391,通過適當調整碰撞解離電壓,在一定氣體碰撞能量下進一步碎裂,生成一系列糖苷鍵斷裂產生的碎片離子,holotoxin A1的二級質譜及裂解模式示于圖3。在MS/MS譜圖中,m/z1 347離子為[M-H]-失去44 u產生的碎片,推測可能為苷元上18(20)內酯鍵斷裂后,丟失中性CO2片段生成的。該離子首先碎裂失去β糖鏈末端的MeGlc(176)和 Xyl(132),生成碎片離子m/z1 171(Y3β)和m/z1 039(Y2β);進一步丟失α糖鏈末端的MeGlc(176)和 Glc(162),生成碎片離子m/z863(D2β-1α)和m/z701(D2β-2α);繼續丟失 Qui(146)和 Xyl(132)后,生成m/z555(D1β-2α)離子和苷元的特征碎片離子m/z423(Y0),這也證實了中性CO2的丟失發生在苷元上。圖3a中未歸屬的碎片峰由其他次要的糖鏈斷裂模式生成,由于主要斷裂方式的碎片峰豐度較高,其他碎片峰并不影響判斷,因此沒有進一步歸屬。

2.2.2 Holotoxin B1的二級質譜分析 Holotoxin B1與holotoxin A1結構上的區別僅在于α糖鏈末端的單糖,選定holotoxin B1的準分子離子峰m/z1 378進行碰撞,其主要二級裂解途徑與holotoxin A1相同,示于圖4。首先斷裂苷元上的18(20)內酯鍵,生成豐度較高的m/z1 333離子,該離子先丟失β糖鏈末端的MeGlc(176)和 Xyl(132),生 成m/z1 157(Y3β) 和m/z1 025(Y2β)離子;再連續丟失α糖鏈末端的2個Glc(162),生成與holotoxin A1相同的m/z863(D2β-1α)和m/z701(D2β-2α)離子 ;最終丟失 Qui(146)和 Xyl(132)后,生成m/z423(Y0)的特征苷元碎片。圖4中也有其他次要的糖鏈裂解途徑生成的碎片峰,可見,雖然糖苷鍵斷裂方式多樣,但β糖鏈末端的MeGlc更易于斷裂丟失,因此該裂解方式生成的碎片峰豐度均較高。

2.2.3 Holotoxin A的二級質譜分析 在一定的氣體碰撞能量下,對holotoxin A的準分子離子m/z1 421進行CID碎裂,其二級質譜圖示于圖5。m/z1 421離子也首先斷裂苷元上的18(20)內酯鍵,生成m/z1 377離子,由于α和β糖鏈末端均為MeGlc(176)和 Glc(162),斷裂生成的碎片離子相同,根據2.2.1和2.2.2的結果,推測m/z1 377離子首先丟失β糖鏈末端的MeGlc(176)和 Glc(162),生成m/z1 201(Y3β)和m/z1 039(Y2β)離子 ;再丟失α糖鏈末端的 MeGlc(176)和 Glc(162),生成m/z863(D2β-1α)和m/z701(D2β-2α)離子 ;最后丟失 Qui(146)和 Xyl(132),生成m/z423(Y0)的特征苷元碎片。由于α和β糖鏈末端的2個單糖相同,斷裂生成的碎片離子相同,因此該MS/MS譜圖比較簡單,其他碎片峰較少。

圖3 Holotoxin A1的二級質譜圖(a)及裂解模式圖(b)Fig.3 ESI-MS/MS spectra of holotoxin A1(a)and fragmentation pattern(b)

圖4 Holotoxin B1的二級質譜圖Fig.4 ESI-MS/MS spectra of holotoxin B1

圖5 Holotoxin A的二級質譜圖Fig.5 ESI-MS/MS spectra of holotoxin A

2.2.4 Cladoloside B的二級質譜分析 Cladoloside B的糖鏈由5個單糖組成,選定cladoloside B的準分子離子峰m/z1 215進行碰撞,其二級質譜示于圖 6。該離子斷裂苷元上的18(20)內酯鍵丟失中性CO2片段,生成豐度較高的m/z1 171離子;然后失去β糖鏈末端的MeGlc(176)和 Xyl(132),生成m/z995(Y3β)和m/z863(Y2β)離子;再丟失α糖鏈末端的 Glc(162),生成m/z701(D2β-1α)離子 ;最后丟失 Qui(146)和 Xyl(132),生成m/z423(Y0)的特征苷元碎片,裂解模式與前3種皂苷相同。

圖6 Cladoloside B的二級質譜圖Fig.6 ESI-MS/MS spectra of cladoloside B

3 結論

采用電噴霧飛行時間質譜法對仿刺參中4種皂苷類化合物的質譜裂解途徑進行研究,分析了主要的特征碎片離子、裂解模式及相應的ESI-MS/MS圖譜特征。4種皂苷類化合物的裂解途徑相似,均首先丟失中性分子CO2,然后丟失β糖鏈末端的2個單糖,再丟失α糖鏈末端的單糖,最后依次丟失 Qui和 Xyl,生成m/z423的苷元片段。這些碎片特征將為具有相似結構特征的皂苷類化合物苷元及糖鏈的結構解析提供重要依據。

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Study on the Fragmentation Pathways of Triterpene Glycosides from Apostichopus japonicus Selenka by Negative Electrospray Ionization Mass Spectrometry

YU Lin-fang,XU Jie,CHEN Shi-guo,XUE Yong,WANGJing-feng,LI Zhao-jie,XUE Chang-hu
(College ofFood Science and Technology,Ocean University of China,Qingdao266003,China)

The fragmentation pathways of four triterpene glycosides fromA postichopus japonicusSelenka were investigated in negative ion mode by ESI-Q-TOF MS.The[M-H]-ions were observed by ESI-MS,from which the molecular weights were obtained.The collision induced dissociation(CID)data of the[M-H]-ions provide fragmentation pathways of the triterpene glycosides.Results show that four compounds have the same fragmentation pathway.The cleavage is initiated by a loss of 18(20)-lactone residue from the aglycon,then consecutively loses monosaccharide residue of sugar chain,and finally yields a signature ion peak atm/z423.These characteristic fragmentations will be helpful in identifying the structures of triterpene glycosides.

A postichopus japonicusSelenka;triterpene glycosides;mass spectrometry;fragmentation pathways

薛長湖(1964～),男(漢族),江蘇興化人,從事水產品加工、水產化學研究。E-mail:xuech@ouc.edu.cn

O 657.63

A

1004-2997(2011)02-0077-05

2010-05-07;

2010-07-22

國家自然科學基金(31000795),海洋公益性行業科研專項(201105029),國際科技合作項目(2010DFA31330)資助

于林芳(1985～),女(漢族),山東煙臺人,碩士研究生,從事天然產物提取純化研究。E-mail:yulinfang77@yahoo.cn