《自然产物杂志》近日刊发埃默里大学研究团队的一项方法学研究。研究人员提出一套快速分析框架，用于追踪人体摄入植物来源自然产物后，其多种化学成分在体内发生的生物转化过程，并以此获得代谢产物的整体视图。

作为测试案例，论文聚焦于人体肝细胞在体外条件下对克拉托姆（Mitragyna speciosa）植物化学物质的代谢转化。研究团队开发了基于高分辨率质谱与分子网络映射的自动化方法，以更系统地呈现前体化合物与其代谢产物之间的关系。论文共同资深作者之一、埃默里医学院及人类健康研究中心皮肤科教授卡桑德拉·夸维（Cassandra Quave）表示，该分子映射方法可用于追踪人体代谢如何重塑植物化学复杂性。第一作者、埃默里兰尼研究生院分子与系统药理学博士生威廉·克兰德尔（William Crandall）称，该技术并非仅关注单一化合物，而是展示数十种化合物同时被代谢的过程。共同资深作者、埃默里医学院教授迪恩·琼斯（Dean Jones）则表示，过去可能需要数年完成的流程如今可在数天内完成。

研究团队指出，该简化方法可用于营养与膳食补充剂研究，并为在更贴近传统使用方式（例如将叶片泡茶饮用）的情境下，标准化并深化对自然产物效应的理解提供起点。

研究团队与技术路径

论文介绍称，该工作结合了不同领域的资源与专长。夸维从事民族植物学研究，建立了包含3000多种植物提取物的自然产物库并记录其传统用途，其团队也曾研究部分自然产物对危险病原体（包括抗生素耐药细菌）的作用机制。琼斯为肺病、过敏、重症监护及睡眠医学部医学教授，同时担任埃默里临床生物标志物实验室主任，长期从事高分辨率代谢组学技术在营养与环境因素对健康影响研究中的应用。

以克拉托姆为例：样本差异与“化学指纹”

论文指出，约一半现代药物起源于自然产物，但植物单一物种可能产生数百甚至数千种化学物质，使研究复杂度显著上升。克兰德尔团队选择克拉托姆作为测试对象，原因是该植物及其活性成分已有较多研究基础。

克拉托姆为咖啡科植物，原产东南亚，在草药医学中被用于提神与止痛，传统用法包括咀嚼叶片或泡水饮用。现代研究分离出其两种主要精神活性成分：生物碱米曲宁和7-羟基米曲宁，具有类阿片效应。

在美国，克拉托姆叶及其活性成分被制成提取物、药丸、胶囊和悬浮液等产品销售。根据美国食品药品监督管理局（FDA）的表述，克拉托姆常被用于自我治疗疼痛、咳嗽、腹泻、焦虑和抑郁、阿片类药物使用障碍及戒断症状等。与此同时，使用报告的副作用包括失眠、镇静、幻觉、混乱，甚至罕见的死亡案例。美国缉毒局将克拉托姆列为“关注药物和化学品”，FDA也警告消费者勿使用克拉托姆，称其存在严重不良事件风险，包括肝毒性、癫痫发作和物质使用障碍。另据美国药物滥用与精神健康服务管理局《国家药物使用与健康调查》，2021年估计有170万名12岁及以上美国人使用克拉托姆。

在实验设计上，研究人员分别将不同植物样本的克拉托姆叶用热水浸泡制成类似茶的混合物，并蒸发得到粉末提取物。随后使用高分辨率质谱对提取物进行化学表征，并进一步采用串联质谱通过离子碎裂模式判断结构相似性，以获得可用于数据库匹配的分子“指纹”。研究结果显示，不同植物提取物呈现三种截然不同的化学特征。

肝细胞孵育与分子网络自动化分析

研究人员将每种提取物加入人体肝细胞的体外制备物中孵育，以允许生物转化发生。论文指出，肝细胞常用于代谢产物研究，因为肝脏是摄入物质代谢的主要器官。与传统还原论研究单一化合物不同，该研究考察了肝酶与每种提取物中约100种化合物的同时相互作用，并产生数十种代谢产物。研究团队对代谢样品进行重复质谱分析，以获得生物转化过程的“前后”对照数据。

在数据处理方面，克兰德尔使用现有软件将生物转化数据可视化为分子网络，并以Python开发工具对复杂网络图进行自动化分析。论文称，该网络用于显示前体化合物与代谢产物之间的对应关系，并设置多层验证标准以提高准确性，包括化学式明确性、基于碎裂模式的功能判定，以及化学信号强度用于衡量样品中含量。

主要发现与后续方向

研究团队表示，该多层次分子网络提供了对克拉托姆叶中化学物质及其代谢产物的整体视角。克拉托姆分析结果显示，一些被认为重要的生物活性化合物可在肝脏代谢过程中生成，即便其本身并不直接存在于植物中；同时，三种化学特征不同的提取物也产生了不同的代谢产物。夸维认为，这有助于解释类似克拉托姆的植物产品在不同配方与使用者之间可能出现多变且有时不可预测的效应。

论文指出，尽管本次研究以克拉托姆为例，该分析框架可为研究多种自然产物的潜在益处与毒性提供基础。克兰德尔提出，未来希望建立数据库，绘制各类自然产物的前体化合物与代谢产物图谱，以作为进一步动物模型研究及最终人体临床研究的基础。

论文合著者包括：埃默里研究生雅克琳·温伯格（Jacqueline Weinberg）和格兰特·辛格（Grant Singer）；埃默里化学系科学家刘肯；埃默里研究助理李春明；以及埃默里生物化学荣誉教授爱德华·摩根（Edward Morgan）。