中藥多維譜效關系研究思路探討.

1、2010 年 5 月第 8 卷第 3 期Ch in 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(xiàn)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(zhì)量分析技術的創(chuàng)新發(fā)展。【關鍵詞】中藥質(zhì)量分析；譜效關系；多元指紋圖譜；多源指紋圖譜【中圖分類號】R917【文獻標識號】A

2、【文章編號】1672-3651(201003- 0167-04doi: 10.3724/SP. J. 1009.2010.00167建立符合中醫(yī)藥特點的中藥質(zhì)量分析與評價 技術，是推進中藥現(xiàn)代化和國際化 發(fā)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(zhì)量優(yōu) 劣，因此以往的中藥質(zhì)量檢測方法實現(xiàn)不了根據(jù)量”達到控制 質(zhì)”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(yè)內(nèi)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

3、藥質(zhì)量的批次間 穩(wěn)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(lián)。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(chǎn)品藥效，即不能用化學計量學相似度來評判中 藥質(zhì)量好壞。因此，現(xiàn)行色譜指紋圖譜技術僅能評價各生產(chǎn)批次中藥產(chǎn)品化學組成的穩(wěn)定性，而難以用于評判中藥產(chǎn)品 質(zhì)量優(yōu)劣。眾所周知，中藥療效取決于其內(nèi)含的藥效物質(zhì)，中藥化學特征譜與其藥效間存 在相關性。因此，近幾年研究人員開始將化學指紋圖譜與中藥藥效相關聯(lián)，通過譜-效關系（spectrum-effect relatio nship【收稿日期】2010-04-01【基金

4、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:fa nxhzju. 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(nèi)在質(zhì)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(chǎn)品質(zhì)量。因此，將色譜指紋圖譜與藥效評價相結合，發(fā)展藥效指紋圖譜檢測技術已成中藥質(zhì)量分析技術領 域的前沿研究方向。迄今為止，國內(nèi)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

5、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(zhì)基礎。許良等8用多元線性回歸分析法分析森登湯化學數(shù)據(jù)和抗炎鎮(zhèn)痛藥理數(shù)據(jù)，根據(jù)蒙藥森登湯的譜 效關系，辨識森登湯的藥效物質(zhì)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(zhì)基礎。 盧紅梅等10在魚腥草注射液指紋圖譜研究的基礎上，對其抗炎作用進 行研究，建 立了能體現(xiàn)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(fā)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(zhì)量評價體系。薛飛群等12 通過測定 中

6、藥復方n-103 提取物抗球蟲活性及建立相關的指紋 圖譜，利用數(shù)理統(tǒng)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(fā)現(xiàn)，左金丸及類方李云飛，等 / 2010, 8(3: 167- 170168 Chi n J Nat Med 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(shù)理統(tǒng)計方法將藥理數(shù)據(jù)和 HP

7、LC 圖譜中各色譜峰 面積相關聯(lián)，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(zhuǎn)移酶（ALT 泄漏的影響,通過譜效關 系分析，闡明復方 五仁醇膠囊保肝作用的藥效物質(zhì)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(fā)現(xiàn)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(chǎn)品的化學組成相當復雜，且各

8、類藥效成分之間理化性質(zhì)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(zhì)體系比較復雜時，單張化學指紋圖譜往往難以完整地反 映出中藥產(chǎn)品的化學組成特征4-5,如果僅根據(jù)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(xiàn)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(fā)現(xiàn)，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(fā)了基于信息融合 的多元指紋圖譜相似

9、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(jù)此構建了復方丹參滴丸多元 HPLC指紋圖譜180作為多元指紋圖譜技術理念的自然延伸，多源指紋圖譜” （multiresource fin gerpri nting 被提出,并與多元指紋圖譜共同 組成 多 維指紋圖譜”（multidimensional fingerprinting 技術體系。與多元 指紋 圖譜技術相比，多源指紋圖譜更側(cè)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(zhì)體系的 整體化學特征。因此，通過多

10、維譜效關系研究，有 望解決化學組成復雜中藥的質(zhì)量分析難題。如圖 1 所示，中藥多維譜效關系研究主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(lián),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(fā) 油類物質(zhì)21。Li YP 等22利用 HPLC-

11、DAD 和 GC-MS 分析了中藥紅毛七中不同類型的生物堿。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。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. 3169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(fā)揮

12、各 張譜圖信息互補的優(yōu)勢 以及減少各譜圖的信息重疊。另外，與常規(guī)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(xiàn)中醫(yī)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(huán)節(jié)。筆者認為，應當根據(jù)中藥產(chǎn)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(nèi)外多指標 藥效檢測 方法。為提高藥效檢測的通

13、量，可以引入 系統(tǒng)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(nèi)容是辨識多維譜效關系。從譜效相關性出發(fā) 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 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(shù) 學 描

14、述，可探索中藥化學特征譜與藥效間的相隨變 化規(guī)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(jīng)網(wǎng)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成為中藥質(zhì)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(chǎn)品質(zhì)量。與現(xiàn)

15、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(chǎn)品 內(nèi)在質(zhì)量，有望解決化學組成復雜中藥的質(zhì)量分析 難題。參考文獻1 Cheng YY, Che n MJ, Tong WD. An approach to comparative an alysis ofchromatographic fingerprints for assuring the quality of botanical drugsJ. J Chem InfComput Sci, 2003, 43（3: 1068-1076.2 Che ng YY, Che n M

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