「质谱成像大讲堂」iMScopeQT助力仙人掌中致幻剂空间分布研究

导读

近日，厦门海关所属机场海关在入境旅客行李中查获12株多肉植物，为强致幻性仙人掌乌羽玉，这也是该海关首次查获该类植物。仙人掌乌羽玉的种子、花球可提取有强致幻性的麦司卡林，如误食会造成头晕腹痛，可令人长时间产生幻觉、精神错乱，严重的甚至威胁生命。此事件引发了社会上广泛关注和热议。

图1. 乌羽玉仙人掌（图片来源于专家团队）

司法鉴定科学研究院法医毒物化学研究室向平团队与岛津分析中心携手合作，应用成像质谱显微镜可视化麦司卡林在仙人掌中的空间分布，发现麦司卡林在天然植物中的分布，集中在植株的活性分生组织、表皮组织和突出部分。然而，人工掺入麦司卡林的翠冠玉仙人掌，在空间分布上则没有这种差异（据悉，国际贩毒团伙可能通过将普通仙人掌花浸泡麦司卡林晶体溶液后，逃避管制非法运输麦司卡林）。利用这种分布模式的差异可以区分天然合成麦司卡林的花以及人为添加麦司卡林的花。相关合作成果发表在国际知名学术期刊《Frontiers in Plant Science》上。

图2. 文章期刊截图

关于麦司卡林

仙人掌科包括各种各样的多肉植物，这些植物原产于美洲大陆，但已被引入几乎所有其他大陆，主要用于观赏目的。几种仙人掌，包括圣佩德罗仙人掌（Trichocereus pachanoi）和乌羽玉仙人掌（Lophophora williamsii），含有一种叫做麦司卡林(β-3,4,5-三甲氧基苯乙胺)的致幻生物碱。然而，与这些植物同属的其他物种不含麦司卡林，例如翠冠玉仙人掌（Lophophora diffusa）。

麦司卡林是一种5-羟色胺受体激动剂，对5-HT1A和5-HT2A/B/C 5-羟色胺受体具有亲和力，主要作用于5-HT2C受体。在植物生长过程中，麦司卡林被认为起到防止食草动物啃食的作用。对人体而言，麦司卡林中毒会产生类似精神病的症状，包括情绪和感官知觉的变化、思维和视觉障碍、触觉受损、联觉和各种幻觉等。与传统药物如冰毒(约70%)相比，麦司卡林产品的剂量相对较小(百万分之一)。这使得麦司卡林更容易运输，而不会被传统的禁毒机构没收。   

麦司卡林在中国被列为受管制的I类精神药物，国际不法商贩可能通过将普通园艺仙人掌品种浸泡在溶解的麦司卡林溶液中，逃避管制，达到非法运输毒品的目的。就禁毒工作而言，追查和打击麦司卡林的来源比查获的物品是否含有毒品更重要。了解这些药物是自然产生的还是人为添加到植物中的，可以帮助确定调查的方向。

分析利器

l 质谱采集

样品使用岛津成像质谱显微镜iMScope QT进行质谱采集，该仪器包括光学显微镜、大气压MALDI源的质谱成像前端和高分辨四极杆-飞行时间（Q-TOF）质谱仪。

图3. 岛津新一代成像质谱显微镜iMScope QT

l 数据分析

质谱数据使用岛津IMAGEREVEAL MS软件进行分析，允许的质量误差范围设置为5 ppm，以排除与目标离子相邻的离子的干扰。IMAGEREVEAL MS专为成像设计，提供化合物成像分析、差异分析、定量分析等功能，满足质谱成像数据分析的需要。

研究结果快览

通过对L. williamsii（乌羽玉仙人掌）花的花瓣、萼片、雄蕊和雌蕊的MALDI-MSI分析发现，麦司卡林(m/z 234.10952，[M+Na]+)主要集中在花瓣的茎部(靠近花托)以及萼片的尖端区域(远离花托)(图5 F-H)。在雌蕊和雄蕊中，花柱中的麦司卡林含量高于柱头(图5 I-K)。

图5. 乌羽玉仙人掌中麦司卡林的质谱成像图

使用IMAGEREVEAL MS软件对L. williamsii花瓣中麦司卡林的含量进行感兴趣区域(ROI)半定量分析，每个ROI的值表示MALDI-MSI分析产生的麦司卡林在给定区域的平均质谱信号的相对强度(图6 A-B)。茎部区域的平均ROI为285.73，尖部平均ROI为19.81。用同样的方法获得人工喷洒麦司卡林标准品的L.diffusa（翠冠玉仙人掌）花瓣中的MALDI-MSI数据（图6 D-E），花瓣中麦司卡林分布相对均匀，ROI均值偏差为26.0，极差为67.40。未喷洒麦司卡林标准品的L.diffusa花瓣未检测到麦司卡林信号(图6C)。

图6. 正离子模式下不同花瓣样品MALDI-MSI的光学成像、

麦司卡林(m/z 234.10952，[M + Na]+)的MS成像以及ROI半定量分析

选取维管束较为集中的地下茎，对地下茎的组织切片进行MALDI-MSI分析（图7）。维管束和非维管束区域各自共选择7个相同大小的ROI(每个ROI包含250像素)来计算质谱信号相对强度。维管束区域的平均相对强度值为1444.51±236.63，非维管束区域的平均强度值为632.21±68.18。维管束ROI区域的相对信号强度显著高于非维管束区域(独立样本T检验，P<0.05)。

图7. 乌羽玉仙人掌地下茎切片中麦司卡林的MALDI-MSI分析

结语

本研究应用岛津成像质谱显微镜iMScope QT分析了麦司卡林在天然植株L. williamsii中的空间分布，发现麦司卡林在维管束富集的区域含量较多，而在人工处理植株L. diffusa中的分布无明显差异。应用IMAGEREVEAL MS的ROI半定量分析功能，还可以对不同区域中的麦司卡林的相对强度进行定量分析。本文的研究结果表明可以通过化合物的空间分析来区分天然或人工模仿的植物产品，充分体现了基于成像质谱显微镜技术的质谱成像分析在植物研究中的潜力。

撰稿人：顿俊玲

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