1、 2010年 5月 第 8卷 第 3期Chin J Nat Med May2010 Vol. 8 No. 3 167中藥多維譜效關系研究思路探討李云飛 , 程翼宇 , 范驍輝 *浙江大學藥物信息學研究所 , 杭州 310058【 摘 要 】 針對化學組成復雜的中藥 , 提出研究中藥多維譜效關系。運用現代分離分析技術獲取多維化學特征 譜圖信息 , 從細胞、 整體動物和臨床試驗等不同層面上獲取藥效信息 , 采用多維信息處理技術 , 辨析中藥多維譜效關 系 , 進而建立基于譜效相關性的中藥多維藥效指紋圖譜 , 推動中藥質量分析技術的創新發展。【 關鍵詞 】 中藥質量分析 ; 譜效關系 ; 多元指紋圖

2、譜 ; 多源指紋圖譜【 中圖分類號 】 R917 【 文獻標識號 】 A 【 文章編號 】 1672-3651(201003-0167-04doi: 10.3724/SP. J. 1009.2010.00167建立符合中醫藥特點的中藥質量分析與評價 技術 , 是推進中藥現代化和國際化發展的關鍵任務 之一。由于中藥的化學組成十分復雜 , 檢測中藥一 個或幾個化學成分含量難以準確評價中藥質量優 劣 , 因此以往的中藥質量檢測方法實現不了根據 “ 量 ” 達到控制 “ 質 ” 的目的。化學指紋圖譜分析技術 (chemical fingerprinting因其能夠表征中藥的整體 特征性 , 引起了業內

3、研究人員的廣泛重視 1-2。 這一 方法已被 WHO 、 美國 FDA 和中國 SFDA 等認同并 用于評價植物藥或中藥質量的批次間穩定性 3-5。 目 前 , 中藥指紋圖譜檢測一般由指紋圖譜獲取和相似 度計算兩部分組成 , 與藥效指標無直接關聯。指紋 圖譜相似度能夠表征中藥主要化學成分的整體波 動情況 , 但并不能確切反映中藥產品藥效 , 即不能 用化學計量學相似度來評判中藥質量好壞。因此 , 現行色譜指紋圖譜技術僅能評價各生產批次中藥 產品化學組成的穩定性 , 而難以用于評判中藥產品 質量優劣。眾所周知 , 中藥療效取決于其內含的藥效物質 , 中藥化學特征譜與其藥效間存在相關性。因此 ,

4、近 幾年研究人員開始將化學指紋圖譜與中藥藥效相 關聯 , 通過譜 -效關系 (spectrum-effect relationship【 收稿日期 】 2010-04-01【 基金項目 】 浙江省杰出青年團隊項目 (No. R2080693 【 *通訊作者 】 范驍輝:副研究員 , 浙江大學藥物信息學研究所副所長 , Tel: E-mail:fanxhzju. edu. cn研究 , 尋找與藥效相關的指紋峰或成分群 , 以期建 立能反映中藥內在質量的藥效指紋圖譜 , 從而通過 檢測中藥化學指紋圖譜來評價中藥產品質量。 因此 , 將色譜指紋圖譜與藥效評價相結合 ,

5、發展藥效指紋 圖譜檢測技術已成中藥質量分析技術領域的前沿 研究方向。迄今為止 , 國內多個單位科研人員已在中藥譜 效關系研究領域進行了有益探索。 如錢俊等 6-7分別 運用 HPLC 和 GC 方法研究了加味四妙丸有效部位 群中指紋圖譜共有峰與組方藥材有效部位及藥效 的相關性 , 表征加味四妙丸有效部位群藥效物質基 礎。許良等 8用多元線性回歸分析法分析森登湯化 學數據和抗炎鎮痛藥理數據 , 根據蒙藥森登湯的譜 效關系 , 辨識森登湯的藥效物質基礎。郭承軍等 9以小鼠流感模型為對象 , 研究金銀花抗流感病毒作 用的譜效關系及藥效物質基礎。 盧紅梅等 10在魚腥 草注射液指紋圖譜研究的基礎上 ,

6、 對其抗炎作用進 行研究 , 建立了能體現療效的中藥藥效組分指紋圖 譜。 劉榮華 11等研究了山楂葉 HPLC 指紋圖譜與其 抗大鼠中性粒細胞 (PMN呼吸爆發活性之間的相互 關系。建立了一種融化學分析與生物活性評價為一 體的綜合質量評價體系。 薛飛群等 12通過測定中藥復方-103提取物抗球蟲活性及建立相關的指紋 圖譜 , 利用數理統計學手段研究中藥復方化學指紋圖譜中所含信息與藥效之間的關系 , 結果顯示指紋 圖譜中某些特征峰與其抗球蟲活性之間存在著顯 著的相關性。孔維軍等 13研究發現 , 左金丸及類方 李云飛,等 / 2010, 8(3: 167 170 168 Chin J Nat M

7、ed May 2010 Vol. 8 No.32010年 5月 第 8卷 第 3期水提液的特征指紋圖譜與大腸桿菌生長代謝的生 物熱活性存在良好的相關性 , 方中吳茱萸次堿、鹽 酸巴馬汀、鹽酸小檗堿的含量差異是導致其生物熱 活性不同的主要原因。 林立等 14運用數理統計方法 將藥理數據和 HPLC 圖譜中各色譜峰面積相關聯 , 研究了瀉白散 HPLC 圖譜中各峰與其藥理作用的相 關性。 竇志華等 15研究了復方五仁醇膠囊及藥材的 含藥血清指紋圖譜 , 同時考察了其對 CCL 4 誘導損 傷的肝細胞增值 (MTT法 及丙氨酸氨基轉移酶 (ALT泄漏的影響 , 通過譜效關系分析 , 闡明復方 五仁醇

8、膠囊保肝作用的藥效物質基礎。沈嵐等 16對芍藥甘草各效應組分 8組不同配比給藥后大鼠血 清的胃底肌條解痙實驗 , 獲得各組抑制率 , 將其與 各組血清 HPLC 指紋圖譜進行相關研究 , 發現芍藥 甘草復方大鼠給藥后的解痙活性成分。中藥譜效關系研究的基礎是獲取準確的 “ 譜 ” 和 “ 效 ” 信息。由于許多中藥產品的化學組成相當復 雜 , 且各類藥效成分之間理化性質差異較大 , 作用 靶點和作用途徑也不盡相同 , 因此如何獲取能全面 反映中藥化學組成的 “ 譜 ” 和反映中藥療效的 “ 效 ” 是 中藥譜效關系研究的關鍵點。當中藥化學物質體系 比較復雜時 , 單張化學指紋圖譜往往難以完整地反

9、 映出中藥產品的化學組成特征 4-5, 如果僅根據單 張指紋圖譜進行譜效關系研究 , 雖可簡化問題 , 但 可能出現譜效不對應情況 , 無法建立藥效指紋圖 譜。筆者在國家 “ 十五 ” 科技攻關項目研究中發現 , 單張 HPLC 譜圖無法完整地表征出復方丹參滴丸的 化學組成特征 , 為此提出了 “ 多元指紋圖譜 ” (mul-tiple fingerprinting技術概念 , 開發了基于信息融合 的多元指紋圖譜相似度計算方法 17, 分別建立了丹 參酚酸類成分和三七皂苷類成分的 HPLC 指紋圖譜 , 并據此構建了復方丹參滴丸多元 HPLC 指紋圖譜18。 作為多元指紋圖譜技術理念的自然延伸

10、 , “ 多源指紋圖譜 ”(multi-resource fingerprinting被提出 , 并 與 多 元 指 紋 圖 譜 共 同 組 成 “ 多 維 指 紋 圖 譜 ” (multi-dimensional fingerprinting技術體系。與多元 指紋圖譜技術相比 , 多源指紋圖譜更側重使用不同 儀器分析方法 (檢測器 來獲取樣品化學信息 , 通過 綜合多種儀器分析方法 , 建立信源不同、信息互補 的多張指紋圖譜 , 以便完整地表征復雜物質體系的 整體化學特征。因此 , 通過多維譜效關系研究 , 有 望解決化學組成復雜中藥的質量分析難題。 如圖 1所示 , 中藥多維譜效關系研究主

11、要包括 多維指紋圖譜獲取 (含認證與驗證 、多指標藥效檢 測和多維譜效關系辨識。1 多維指紋圖譜獲取、認證與驗證方法研究前已述及 , 中藥多維譜效關系研究的關鍵是獲 取多維指紋圖譜。近年來 , 已有一些研究者對多元 或多源指紋圖譜進行了探索研究。 如 Qi LW等利用 DAD 和 ELSD 檢測器 , 同時分析了中藥黃芪 19及 含黃芪中藥制劑 20中的黃酮類成分和皂苷類成分。 Yi L等利用多種檢測器串聯 , 分析了中藥復方 “ 當 歸補血湯 ” 中的黃酮類、皂苷類、有機酸類和揮發 油類物質 21。 Li YP等 22利用 HPLC-DAD 和 GC-MS 分析了中藥紅毛七中不同類型的生物堿

12、。目前這類 研究大多關注于如何獲取多張色譜指紋圖譜 , 而沒 有涉及其他方面研究 , 如認證方法 (即證明所獲得 的色譜圖具有指紋性 、驗證方法 (即儀器分析方法 的方法學驗證 以及多張譜圖的比對計算方法研 究等。樣本 制 備化 學 分 析藥 效 檢 測譜 效 關 系 辨 識圖 1 中藥多維譜效關系研究示意圖研究建立中藥多維指紋圖譜 , 需要綜合多學科 李云飛,等 /2010, 8(3: 167 1702010年 5月 第 8卷 第 3期 Chin J Nat Med May 2010 Vol. 8 No. 3 169技術手段 , 特別是對不同樣品預處理方法進行比較 研究 , 以便盡可能地發揮

13、各張譜圖信息互補的優勢 以及減少各譜圖的信息重疊。另外 , 與常規的單張 指紋圖譜技術相比 , 如何保證多維指紋圖譜所獲取 的信息是樣品中具有代表性的特征成分是多源指 紋圖譜研究的另一難點。2多指標藥效檢測方法研究如何建立即能達到一定通量 , 又符合和體現中 醫藥理論 (如君臣佐使 的多指標藥效檢測方法 , 是 中藥多維譜效關系研究的關鍵環節。筆者認為 , 應 當根據中藥產品臨床適應癥和所涉及的相關作用 靶位或靶點 , 從整體、器官、細胞和分子生物學等 不同層次和水平開展藥理學研究 , 尋找能夠較準確 反映中藥藥效及功能主治 , 并具備快速、準確、樣 品用量小的活性篩選指標 , 建立中藥體內外

14、多指標 藥效檢測方法。為提高藥效檢測的通量 , 可以引入 系統生物學等研究手段 , 探索建立基于體外細胞模 型 (in vitro 甚至計算模型 (in sillico 的多指標藥效檢 測方法 , 并采用整體動物模型 (in vivo 對譜效關系 辨識結果進行驗證。3多維譜效關系辨識方法研究中藥多維譜效關系研究的核心內容是辨識多 維譜效關系。 從譜效相關性出發構建藥效指紋圖譜 , 關鍵在于確定與藥效相關的色譜指紋峰 (即藥效指 紋峰 。 若將色譜指紋峰和藥效指標分別視為自變量 與因變量 , 則辨認藥效指紋峰可視為篩選與因變量 呈相關關系的自變量。因此 , 可使用逐步回歸分析 等算法來建立藥效指

15、紋圖譜。筆者認為 , 通過對中 藥多維化學特征譜與藥效間相互關系進行定量數 學描述 , 可探索中藥化學特征譜與藥效間的相隨變 化規律 , 辨識出藥效指紋峰 , 從而建立中藥藥效指 紋圖譜。所涉及的建模方法包括多元線性回歸、偏 最小二乘回歸、人工神經網絡和支持向量機等 ; 其 中藥譜效關系模型可以是隱式或顯式的 , 模型的自 變量既可以是譜圖中所有譜峰 , 也可以是辨識得到 的藥效組分峰。需要指出 , 中藥多維譜效關系辨識 的難點還在于 , 對于來自不同途徑的多張子圖 , 選 擇 何 種 方 法計 算 權 重 , 如 何 剔 除 其中 的 冗 余 信 息等。藥 效 指 紋 圖譜 檢 測 技 術已

16、 成 為 中 藥質 量 分 析領域的重要研究方向。本文提出 , 通過分別獲 取多維化學特征譜圖信息和藥效信息 , 建立基于 譜效相關性的中藥多維藥效指紋圖譜 , 用于評價中 藥產品質量。與現有的相關研究思路相比 , 多維藥 效指紋圖譜技術能更全面和完整地表征中藥的化 學組成特征及其與藥效相關性 , 充分反映中藥產品 內在質量 , 有望解決化學組成復雜中藥的質量分析 難題。參 考 文 獻1 Cheng YY, Chen MJ, Tong WD. An approach to comparative analysis of chromatographic fingerprints for assu

17、ring the quality of botanical drugsJ. J Chem Inf Comput Sci, 2003, 43(3: 1068-1076.2 Cheng YY, Chen MJ, Welsh WJ. Fractal fingerprinting of chromatographic profiles based on wavelet analysis and its application to characterize the quality grade of me-dicinal herbsJ. J Chem Inf Comput Sci, 2003, 43(6

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25、and four main saponins by high-performance liquid chromatography coupled with diode array and evaporative light scattering detectorsJ. J Chro-matogr A, 2006, 1134(1-2: 162-169.20 Qi LW, Yu QT, Yi L, et al. Simultaneous determination of 15marker constituents in various Radix Astragali preparations by

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27、ng detector and mass spectrometryJ. Anal Bioanal Chem, 2007, 389(2: 571-580.22 Li YP, Hu Z, He L. An approach to develop binary chroma-tographic fingerprints of the total alkaloids from Caulophyl-lum robustum by high performance liquid chromatogra-phy/diode array detector and gas chromatography/mass spectrometryJ. J Pharm Biomed Anal, 2007, 43(5: 1667-1672.A Strategy for Multidimensional Spectrum-effect Relation-ship of Traditional Chinese MedicineLI Yun-Fei, CHENG Yi-Yu, FAN Xiao-Hui*Pharmaceutical Informatics Institute, Zhejiang University, Hangzhou 310058, ChinaABSTRA