自古以来，草药便在人类对抗疾病的斗争中扮演了重要角色，其治疗范围涵盖了瘟疫、心脑血管疾病等多种病症。随着时间的推移，草药的价值逐渐在全球范围内得到重视和深入研究，人们对于其安全性、疗效及作用机制的科学认知也在不断深化。草药之所以能够发挥治疗作用，关键在于其所含有的生物活性天然产物，例如青蒿中的抗疟成分青蒿素，以及罂粟中的镇痛成分吗啡。这些天然产物的发现和应用，不仅彰显了草药的巨大潜力，也为现代医学提供了宝贵的启示和资源。传统的色谱和光谱技术虽然在分析草药成分方面具有重要价值，但它们往往要求繁琐的样品预处理过程，并且在同时鉴定和定量多种天然产物时面临挑战。因此，草药研究中迫切需要一种无需复杂的样品分离或纯化、简单快速且准确的分析检测方法。
近日，威尼斯9499登录入口生命分析化学国家重点实验室黄硕课题组通过原创开发的单个苯硼酸修饰的异质耻垢分枝杆菌膜蛋白A（MspA）孔道（MspA-90PBA），首次实现了复杂草药中天然产物丹酚酸的纳米孔分析，且无需复杂的样品预处理。在中药里，丹参常被用于治疗心脑血管疾病。丹酚酸B则是丹参中最为丰富且具有生物活性的代表性丹酚酸。因此，作者首先以丹参中的天然产物——丹酚酸B（SalB）为例，进行了纳米孔的直接传感，并展示了丹酚酸B与PBA适配器之间的不同结合模式（图1）。
图1: 基于MspA-90PBA的丹酚酸B传感
随后，该传感器实现了八种常见丹酚酸的完全区分与同时检测，包括咖啡酸（CA），原儿茶酸（PCA），原儿茶醛（PA），丹参素（SAA），迷迭香酸（RA），紫草酸（LSA），丹酚酸A（SalA）和丹酚酸B（SalB），机器学习识别准确率达99.0%。最后，作者开发了基于简单水提法的天然草药中丹酚酸的检测方法，即通过超纯水溶解草药中的丹酚酸，并借助机器学习算法辅助纳米孔对八种模型丹酚酸进行鉴定和定量分析，以此准确测定了丹参、迷迭香和夏枯草中丹酚酸的含量（图2）。此传感器还能够与便携式设备结合，为野外和极端环境中的中草药研究提供便利。而且，通过更换不同的化学适配器，该纳米孔传感器的应用范围可以得以拓展，能够适应更多种类的草药样品。上述结果充分证实了利用工程化MspA纳米孔进行天然产物丹酚酸检测的巨大潜力，为草药成分分析及天然产物鉴定等领域带来新的动力。
图2: 天然草药中丹酚酸的快速分析
该工作以“Nanopore analysis of salvianolic acids in herbal medicines”为题，于2024年3月5日发表在《Nature Communications》（文章链接： https://www.nature.com/articles/s41467-024-45543-1，DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-024-45543-1）。威尼斯9499登录入口博士生樊萍萍为该论文的第一作者，博士生张善雨为等同第一作者，威尼斯9499登录入口黄硕教授为论文通讯作者。此项研究得到了生命分析化学国家重点实验室以及威尼斯9499登录入口化学和生物医药创新研究院（ChemBIC）的重要支持，国家自然科学基金（项目编号：22225405，31972917）、科技部国家重点研发计划课题（项目编号：2022YFA1304602）中央高校基本科研业务费资助项目（项目编号：020514380257）、江苏省高层次创业创新人才引进计划（个人、团体计划）、江苏省自然科学基金（项目编号：BK20200009）、威尼斯9499登录入口卓越计划（项目编号：ZYJH004）等经费支持。