非線性化學(xué)指紋圖譜技術(shù)對藥用植物不同部位質(zhì)量的評價①

羅時旋，李守君，滕　楊，張艷秋，李　莉，武靜茹

(1.佳木斯大學(xué)附屬第二醫(yī)院藥劑科，黑龍江 佳木斯 154002；2.佳木斯大學(xué)藥學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007)

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非線性化學(xué)指紋圖譜技術(shù)對藥用植物不同部位質(zhì)量的評價①

羅時旋1，李守君2，滕楊2，張艷秋1，李莉1，武靜茹1

(1.佳木斯大學(xué)附屬第二醫(yī)院藥劑科，黑龍江 佳木斯 154002；2.佳木斯大學(xué)藥學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007)

摘要：目的：利用非線性化學(xué)指紋圖譜對藥用植物不同部位進(jìn)行質(zhì)量評價。方法：采用H+-Mn2+-CH3COCH3- BrO3-為振蕩體系，以待測藥用植物為反應(yīng)底物，應(yīng)用電化學(xué)工作站記錄化學(xué)振蕩體系中的電位(E)隨時間(t)的變化，獲得藥用植物非線性化學(xué)指紋圖譜，運(yùn)用聚類分析和指紋圖譜的特征參數(shù)誘導(dǎo)時間對藥用植物不同部位進(jìn)行質(zhì)量評價。結(jié)果：絕大多數(shù)藥用植物不同部位的非線性化學(xué)指紋圖譜差別顯著，特征參數(shù)明顯不同，只有棉團(tuán)鐵線蓮的根和葉，毛景天的莖和葉在化學(xué)成份和含量的積累上有一定的親緣性，在臨床入藥時可考慮擴(kuò)大他們的藥用部位。結(jié)論：非線性化學(xué)指紋圖譜技術(shù)是一種很好地評價藥用植物不同部位質(zhì)量的方法。

關(guān)鍵詞：非線性化學(xué)指紋圖譜；藥用植物不同部位；質(zhì)量評價

草藥是一個復(fù)雜的多組分體系，其藥效是多種成分協(xié)同作用的結(jié)果[1]。傳統(tǒng)指紋圖譜技術(shù)并不能體現(xiàn)草藥的這一整體特征，中藥非線性化學(xué)指紋圖譜技術(shù)作為草藥指紋圖譜的一個新的組成部分,較好地解決了草藥體系綜合因素的表征問題, 是一項較為理想的技術(shù)[2~5]。目前臨床中使用的草藥往往取自植物某一部位，非藥用部位常被丟棄，造成藥用植物資源極大浪費(fèi)。同一基源的中藥，因其藥用部位的不同，不僅導(dǎo)致其藥力的差異，而且還導(dǎo)致其性味歸經(jīng)的大相徑庭，這也是中醫(yī)選擇有效部位入藥的原因所在，但有些植物的不同部位常含有相同或相似的有效成分和生理活性，只是含量多少和藥效強(qiáng)弱的差異[6]。近年來，學(xué)者們已開始研究一些藥用植物的非藥用部位，但均是以某一種或幾種化學(xué)成分為指標(biāo)來考察不同部位的質(zhì)量[7,8]，并不能反映藥材整體的質(zhì)量。本文利用非線性化學(xué)指紋圖譜技術(shù)并從臨床應(yīng)用角度對藥材不同部位的質(zhì)量進(jìn)行了評價，一方面為藥材選擇有效部位入藥提供佐證，另一方面試圖擴(kuò)大草藥的藥用部位。

1材料與方法

1.1儀器與試劑

HK-2A超級恒溫水浴(寧波海曙天恒儀器廠)、217型飽和甘汞電極(上海精密科學(xué)儀器有限公司)、213型鉑電極(上海精密科學(xué)儀器有限公司)、LK2005電化學(xué)工作站(天津市蘭力科化學(xué)電子高科技有限公司)。H2SO4、KBrO3、CH3COCH3、MnSO4(均為分析純用二次蒸餾水配制)；齒葉花旗桿、翻白委陵菜、尖萼耬斗菜、藜蘆、棉團(tuán)鐵線蓮、玉竹、葉底珠、興安杜鵑、芍藥等采自佳木斯四豐山(由佳木斯大學(xué)藥學(xué)院宗希明高級實驗師鑒定別)。

1.2實驗方法

將草藥烘干至恒重，粉碎，過120目篩。準(zhǔn)確稱取中草藥粉末1.000g加入玻璃反應(yīng)器中，分別加入H2SO4(1mol/L)、MnSO4(0.02mol/L)、丙酮(0.6mol/L)溶液各10mL，溫度控制在(37±0.2)℃，攪拌速度為500r/min，15min后加入10mL KBrO3(0.2mol/L)，以KBrO3滴加時開始計時。用以217飽和甘汞電極作參比電極，213型鉑電極作指示電極，由電化學(xué)工作站記錄電化學(xué)振蕩體系中電位(E)隨時間(t)的變化。

1.3統(tǒng)計學(xué)方法

采用MATLAB對數(shù)據(jù)聚類分析。

2結(jié)果

2.1重復(fù)性實驗

按照實驗方法對兔毛蒿平行測定5次，測得非線性化學(xué)指紋圖譜的相似度均大于98.0%，不同圖譜的誘導(dǎo)時間、振蕩壽命、最高電位、最大振幅、平衡電位等特征參數(shù)的RSD%均小于2.0%，說明實驗的重復(fù)性良好。

2.2特異性考察

按照實驗方法，分別測定紫花地榆、唐松草和蓬子菜的非線性化學(xué)指紋圖譜，由圖1可知三種草藥非線性化學(xué)指紋圖譜的振蕩波形差異性明顯，特征參數(shù)有顯著差異，可見非線性化學(xué)指紋圖譜具有專屬性、特征性和指紋性。

2.3藥用植物不同部位質(zhì)量的評價

將不同部位的草藥按照上述實驗條件測定得到一系列非線性化學(xué)指紋圖譜，見圖2~14。可見，非線性化學(xué)指紋圖譜的直觀性很強(qiáng)，同種藥用植物不同部位的指紋圖譜呈現(xiàn)不同的形狀, 差異明顯。只有少數(shù)幾種藥材如，翻白萎陵菜、藜蘆、葉底珠、毛景天等振蕩圖形相似。

2.3.1藥用植物不同部位活性成分對非線性化學(xué)指紋圖譜的影響

化學(xué)振蕩體系是對外來化學(xué)物質(zhì)十分敏感的體系。許多化學(xué)物質(zhì), 如微量元素、氨基酸、維生素、生物堿、酮、醚、萜等等, 對非線性化學(xué)指紋圖譜的特征參數(shù), 如誘導(dǎo)時間、振蕩周期和振蕩壽命等能產(chǎn)生很大的影響。藥用植物不同部位, 往往含有上述不同的化學(xué)物質(zhì)乃至未知的化學(xué)物質(zhì)，當(dāng)將其加入到振蕩體系時, 對誘導(dǎo)和振蕩反應(yīng)各過程產(chǎn)生的干擾或與體系中各反應(yīng)物或中間體發(fā)生的作用不同, 引起誘導(dǎo)和振蕩反應(yīng)各種特征信息的變化不同, 故獲得的指紋圖譜的形狀或信息參數(shù)不同。一般情況下中藥活性成分的含量隨化學(xué)成分的含量增高而增高, 而非線性化學(xué)指紋圖譜含有豐富的成分定量信息，其中誘導(dǎo)時間、振蕩周期、振蕩壽命和最大振幅等定量信息與中藥活性成分的整體含量呈良好的線性關(guān)系[9]。

圖1　紫花地榆(A)、唐松草(B)、蓬子菜(C)的非線性化學(xué)指紋圖譜　　　　　　　圖2　興安杜鵑莖(A)葉(B)

圖3棉團(tuán)鐵線蓮莖(A)根(B) 圖4玉竹根(A)和葉(B) 圖5翻白委陵菜根(A)莖(B)葉(C)

圖6尖萼斗耬菜莖(A)和葉(B) 圖7芍藥根(A)和葉(B) 圖8藜蘆根(A)莖(B)葉(C)

圖9齒葉花旗桿根(A)和葉(B) 圖10葉底珠莖(A)和葉(B) 圖11槐葉(A)和槐花(B)

圖12毛景天根(A)莖(B)和葉(C) 圖13色木槭果實(A)莖(B)和葉(C)圖14紫椴花(A)和葉(B)

以藜蘆為例，所得誘導(dǎo)時間對底物質(zhì)量的關(guān)系如圖15所示，經(jīng)線性回歸分析的線性方程Y=-1949.8X+2669，R=0.9972，可見，增加底物的質(zhì)量促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行，使反應(yīng)速率加快，誘導(dǎo)時間變小。因此，非線性化學(xué)指紋圖譜中誘導(dǎo)時間是分析草藥活性成分的含量, 乃至評價草藥質(zhì)量首選的定量指標(biāo)或評價參數(shù)。由此我們可以根據(jù)誘導(dǎo)時間的長短來確定草藥活性成分的高低。

圖15誘導(dǎo)時間與質(zhì)量的線性關(guān)系

2.3.2聚類分析及活性成分含量比較

將30個樣本非線性化學(xué)指紋圖譜的特征參數(shù)進(jìn)行處理，結(jié)果以平均歐式距離為相似性測度、采用組間連接法“l(fā)inkage”為分組原則，應(yīng)用MATLAB對數(shù)據(jù)聚類分析，見圖16。

圖16不同部位非線性化學(xué)指紋圖譜特征參數(shù)聚類分析

30種樣品聚為四類，絕大部分藥用植物的不同部位并沒有聚為同一類，只有毛景天、翻白委陵菜、葉底珠、棉團(tuán)鐵線蓮等各部位聚到了同一類中，說明多數(shù)藥用植物不同部位化學(xué)成份的種類和含量的積累并無親緣關(guān)系。針對指紋圖譜中貌形相似和聚類分析中聚為同一類的藥用植物如棉團(tuán)鐵線蓮、翻白委陵菜的根和葉、藜蘆、葉底珠、毛景天即12個樣品進(jìn)行聚類分析，見圖17。

圖17部分藥材不同部位非線性化學(xué)指紋圖譜特征參數(shù)聚類分析

12個樣品聚合為五類，其中1和2、11和12分別聚為一類，即棉團(tuán)鐵線蓮的根和葉，毛景天的莖和葉,說明這兩種藥材不同部位在化學(xué)成份種類和含量的積累有一定的親緣性。

可以看出不同部位活性成分含量：棉團(tuán)鐵線蓮的莖>棉團(tuán)鐵線蓮的根，毛景天的葉>毛景天的莖。

2.4非線性化學(xué)指紋圖譜與藥材的臨床應(yīng)用

藥材指紋圖譜的振蕩壽命長, 振幅高, 振蕩周期短, 說明草藥藥效持久。而誘導(dǎo)期較短的藥材, 能在較短時間內(nèi)而發(fā)揮療效。因此，對于各部位非線性化學(xué)指紋圖譜相似的同一藥材在臨床應(yīng)用時，我們可以根據(jù)疾病的輕重調(diào)整用藥部位，對重癥疾病選用誘導(dǎo)時間較短的藥材部位，促使藥物快速循環(huán), 達(dá)到迅速控制的目的;而對慢性疾病及保健功效, 可選擇振蕩壽命長, 振幅高的部位,保持藥效持久, 以利身體康復(fù)。如根類藥材棉團(tuán)鐵線蓮可根據(jù)具體病情狀況選擇其莖入藥。并且，像以根及根莖入藥的玉竹，從指紋圖譜中可以明顯看出根的振蕩均勻持久，而其葉只經(jīng)歷了幾個振蕩周期后振蕩行為就消失了，這也同臨床選擇其根莖入藥的理論不謀而合。

同種藥用植物不同部位因其化學(xué)成分及含量的差別, 對振蕩反應(yīng)將產(chǎn)生不同的影響，導(dǎo)致非線性化學(xué)指紋圖譜各具特色，體現(xiàn)了不同部位內(nèi)在的化學(xué)物質(zhì)特征。非線性化學(xué)指紋圖譜不僅具有很好的重現(xiàn)性, 而且包含豐富的可量化信息和直觀信息，利用這些信息可從整體把握草藥化學(xué)成份的群集特征。利用非線性化學(xué)指紋圖譜技術(shù)可以很好地對藥用植物不同部位進(jìn)行特征研究和質(zhì)量評價。一方面為草藥選取合適有效的藥用部位提供參考。另一方面為藥用植物的臨床用藥和擴(kuò)大草藥的用藥部位提供理論依據(jù)，使藥用植物資源得到充分利用。

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The comparison among different parts of herbal medicine by using nonlinear chemical fingerprint

LUOShi-xuan1,LIShou-jun2,TENGYang2,ZHANGYan-qiu1,LILi1,WUJing-ru1

(1.The Second Affiliated Hospital of Jiamusi University, Jiamusi 154002,China；2.School of Pharmacy Jiamusi University,Jiamusi 154007,China)

Abstract:Objective:To evaluate different parts of medicinal plant by using nonlinear chemical fingerprint. Method: H+-Mn2+-CH3COCH3- BrO3- chemical oscillation syste were used. We joined some herbs as reaction substrate, recorded the electrochemical potential of oscillation system over time, used electrochemical workstation, and got the nonlinear chemical fingerprint of medicinal plant. We evaluated the quality in different parts of medicinal plant by using custer analysis and induction time.Results:Nonlinear chemical fingerprint of different parts of medicinal plant have significant differences, and the characteristic parameters have variances, stem and root of clematis hexapetala. The stem and leaf of sedum selskianum have the affinity by themselves. We can use nonmedical parts of them in clinic. Conclusion: It shows that this method can effectively assess different parts medicinal plant.

Key words:nonlinear chemical fingerprint; different parts of medicinal plant; evaluate the quality

(收稿日期：2015-10-20)

中圖分類號：R285.1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1008-0104(2016)01-0028-03

作者簡介:羅時旋(1981～)女,黑龍江綏棱人，碩士，主管藥師。通訊作者：滕楊(1982~)女，黑龍江五常人，在讀碩士研究生，講師。E-mail:tengyang19820405@163.com。

基金項目：1.佳木斯大學(xué)科研項目，編號：21040334；2.黑龍江省教育廳科技項目，編號：10541221和1541370；3.佳木斯大學(xué)青年基金項目，編號：sq-2013-030。