劉 莉,李文蘭* ,丁晶鑫
1哈爾濱商業(yè)大學(xué)生命科學(xué)與環(huán)境科學(xué)研究中心;2國家教育部抗腫瘤天然藥物工程研究中心,哈爾濱150076
藥物學(xué)研究是自然科學(xué)研究領(lǐng)域中一門古老的學(xué)科,藥物研究水平的優(yōu)劣標志著一個國家醫(yī)藥和醫(yī)療科學(xué)水平的高低。隨著藥物現(xiàn)代化思維的發(fā)展,及現(xiàn)代醫(yī)學(xué)理論對藥物開發(fā)的影響,作為祖國醫(yī)藥學(xué)重要組成部分的“中藥”日益受到重視,對中藥防治疾病的物質(zhì)基礎(chǔ)即中藥化學(xué)成分的研究和使用亦越來越廣泛。中藥之所以對疾病具有防控作用,其物質(zhì)基礎(chǔ)在于中藥中所含有與治療病癥相關(guān)的有效成分。中藥所具有的療效是其中所含多種藥效物質(zhì)綜合作用的結(jié)果,有其獨特的理論體系和應(yīng)用形式,對于中醫(yī)藥的研究,不能單以研究西方植物藥的方法去闡明,還應(yīng)考慮到中藥是多組分多靶點及具有整合調(diào)節(jié)作用的特殊藥物,因此對它的深入研究是使其現(xiàn)代化的關(guān)鍵和核心。
中藥含有不同結(jié)構(gòu)、不同性質(zhì)的多種成分,其整體藥效是其中所含的物質(zhì)群整體作用的結(jié)果。近年來指紋圖譜技術(shù)在業(yè)內(nèi)已引起廣泛關(guān)注并成為評價中藥質(zhì)量的重要手段,其特點是能夠表征樣品所含化學(xué)成分質(zhì)的特征和量的大小以及中藥的整體特征性[1,2];從德國和法國聯(lián)合開發(fā)的銀杏葉標準制劑制定的標準中可以看出,對藥物中的總黃酮和總內(nèi)酯大類成分含量進行控制,同時亦對其指標成分間的比例進行了控制,并且通過色譜指紋圖設(shè)置了內(nèi)控鑒別,可以說國際上也在積極提倡通過指紋圖譜對草藥產(chǎn)品進行質(zhì)量評價。然而并不能僅以指紋圖譜中所表征的信息評價其質(zhì)量的優(yōu)劣,其局限性在于并不能夠明確指紋圖譜與其療效是否具有相關(guān)性、所體現(xiàn)的化學(xué)成分是否代表藥效活性成分。將中藥指紋圖譜中的化學(xué)成分的變化與其療效評價相結(jié)合,研究其相關(guān)性,找出與藥效活性相關(guān)的藥效物質(zhì)群,即“譜效關(guān)系”研究,目前成為探索中藥特定藥效物質(zhì)基礎(chǔ)的主要方法與手段。中藥譜效關(guān)系研究中最關(guān)鍵的問題是如何將指紋圖譜的“譜”與中藥中的藥“效”關(guān)聯(lián)起來。通過譜效相關(guān)性研究所捕獲的信息可以進一步闡明與其活性相關(guān)的主要活性成分。譜效關(guān)系研究是近幾年被提出的,如何進行譜效相關(guān)性研究還未有統(tǒng)一模式,隨著對中藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ)研究的重視及探索,近些年關(guān)于運用譜效關(guān)系學(xué)進行藥效物質(zhì)基礎(chǔ)研究的報道逐漸增多,現(xiàn)就以下幾方面對中藥譜效關(guān)系研究方法作一綜述,為中藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ)研究提供思路及參考。
中藥譜效關(guān)系研究可以從三方面入手:多維聯(lián)用技術(shù)分析、藥效檢測、信息處理;獲取中藥指紋圖譜和藥效數(shù)據(jù)結(jié)果;通過數(shù)學(xué)處理,建立譜-效數(shù)學(xué)模型,確定出與藥效相關(guān)的成分群,用于質(zhì)量評價[3]。譜效關(guān)系研究是將化學(xué)成分的研究與其藥理研究結(jié)合,闡明其有效化學(xué)成分的整體療效與其藥效的相互關(guān)系。中藥譜效相關(guān)研究與中藥現(xiàn)代化密切相關(guān),目前中藥譜效學(xué)適宜的規(guī)律性研究思路為:通過對藥物采取不同的制備方法,并根據(jù)其特性采用適合的分析方法[高效液相色譜(HPLC)、氣相色譜(GC)、液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用(LC-MS)、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)],構(gòu)建指紋圖譜,獲得多個化學(xué)成分;根據(jù)藥物所具有的藥效建立適合的藥效模型,對藥效模型給予藥物,獲得生物樣本,對生物樣本進行分析,獲得生物指紋圖譜及多個效應(yīng)相關(guān)成分(包括原型及代謝成分);對所具有的效應(yīng)成分進行溯源、組合、篩選,確定其主要成分及影響權(quán)重和對療效的貢獻率;通過數(shù)學(xué)模型處理,將藥物與實驗?zāi)P妥V效進行關(guān)聯(lián),總結(jié)規(guī)律,建立譜效關(guān)系,從而獲得藥物譜效關(guān)系。
中藥譜效關(guān)系的研究建立于其指紋圖譜研究基礎(chǔ)之上,故譜效研究應(yīng)通過采用適合的分析方法建立指紋圖譜。目前在中藥譜效關(guān)系研究中廣泛采用的色譜方法包括高效液相色譜(HPLC)法、氣相色譜(GC)法、色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)等,通過此分析測試技術(shù)構(gòu)建指紋圖譜,其色譜峰面積體現(xiàn)了成分與藥效之間的關(guān)系[4]?;谥讣y圖譜信息,從化學(xué)譜中選取有針對性的化學(xué)成分或成分群,對其進行藥理學(xué)或藥效學(xué)試驗,進而研究化學(xué)成分及其組合成分的藥理學(xué)效應(yīng),通過相關(guān)藥理學(xué)效應(yīng)研究尋找出代表總體藥效的最佳成分及有效成分或有效部位。GC色譜常用來分析含有揮發(fā)性成分的藥物譜效關(guān)系研究,如尹蓮等[5]通過GC方法對加味四妙丸有效部位測定GC指紋圖譜,并將指紋圖譜各共有峰相對面積與藥理學(xué)數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián),比較有效共有峰的變化特征,結(jié)果表明該指紋圖譜譜效關(guān)系是表征復(fù)方整體成分-配伍-藥效相關(guān)性的有效途徑。色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在譜效關(guān)系研究中主要用于指紋圖譜色譜峰對應(yīng)成分的鑒定,目前已廣泛應(yīng)用于中藥生理活性及作用機制的進一步研究,如關(guān)楓[6]等采用GC-MS技術(shù)測定黑龍江產(chǎn)狹葉蕁麻揮發(fā)油中的化學(xué)成分,并對其成分進行分離和鑒定,通過面積歸一法確定相對含量,最終鑒定出87種化合物,為狹葉蕁麻的資源開發(fā)和應(yīng)用提供了科學(xué)依據(jù)。沈嵐等[7]在研究芍藥甘草效應(yīng)譜效關(guān)系過程中,將給藥后大鼠血清胃底肌條解痙實驗獲得的藥效學(xué)信息,與各組含藥血清HPLC指紋圖譜化學(xué)信息進行譜效相關(guān)研究,采用HPLC-ESI-MS/MS對與藥效呈正相關(guān)的4個色譜峰進行質(zhì)譜鑒定,獲得與藥效相關(guān)的目標成分。
中藥是一個復(fù)雜的體系,每一味藥都是一個方劑,其中的化學(xué)組成并不能夠通過單獨某張HPLC圖譜完整地表征出來。因此,對其研究需要引入多維指紋圖譜(multi-dimensional fingerprinting)技術(shù)體系進行多維譜效關(guān)系研究,包括“多源指紋圖譜”(multi-resource fingerprinting)與“多元指紋圖譜”(multiple fingerprints)。目前,相關(guān)研究者對多維指紋圖譜已經(jīng)進行了探索研究。如Qi LW等通過DAD、ELSD 檢測器,對黃芪[8]和含黃芪的中藥制劑[9]中的黃酮及皂苷類成分進行同時分析;Yi L等[10]通過串聯(lián)多種檢測器,對“當歸補血湯”中的皂苷類、黃酮類、有機酸類、揮發(fā)油類物質(zhì)進行同時分析;Li YP 等[11]采用HPLC-DAD、GC-MS對中藥紅毛七中的多種類型生物堿進行了分析;范曉輝[12]等對復(fù)方丹參滴丸進行了多元指紋圖譜技術(shù)分析,構(gòu)建了方中丹參藥材酚酸類成分及三七藥材皂苷類成分的HPLC指紋圖譜以及復(fù)方丹參滴丸的多元HPLC指紋圖譜。通過多維譜效關(guān)系研究,可能解決中藥的質(zhì)量分析難題。
將體外化學(xué)指紋圖譜與藥效學(xué)研究結(jié)合,通過以指紋圖譜所表征的信息為指導(dǎo),用藥效學(xué)數(shù)據(jù)合理優(yōu)化指紋圖譜的建立。并通過指紋圖譜與藥效相關(guān)性分析,研究與該藥物藥效相關(guān)的目標化合物。如蛇床子在前期研究中發(fā)現(xiàn)其具有很強的鎮(zhèn)靜催眠作用,但僅限于藥物整體作用,具體具有該作用的物質(zhì)基礎(chǔ)并不明確;有研究者通過對蛇床子不同溶劑提取物進行指紋圖譜分析,確定了8個共有峰,并將各提取物灌胃小鼠,在最后一次給藥60分鐘后腹腔注射戊巴比妥鈉進行鎮(zhèn)靜催眠測試,觀察戊巴比妥鈉對小鼠的持續(xù)睡眠時間,比較各提取物鎮(zhèn)靜催眠活性,通過指紋峰面積與持續(xù)睡眠時間的相關(guān)系數(shù)大小,推測出8個共有峰中的第5號峰與鎮(zhèn)靜催眠作用具有顯著的相關(guān)性,綜合分析確定5號峰為蛇床子起鎮(zhèn)靜作用的主要目標活性成分,為其下一步分離及結(jié)構(gòu)鑒定打下基礎(chǔ)[13]。陳華國等[14]采用HPLC法對虎杖不同極性提取物進行指紋圖譜研究,并對其提取物進行抑菌作用及抗腫瘤作用研究,通過檢測其生物活性指標,獲得藥效數(shù)據(jù),采用灰關(guān)聯(lián)度方法分析其譜效關(guān)系,結(jié)果表明與抑菌作用及抗腫瘤作用關(guān)聯(lián)度較大的成分為黃酮類和蒽醌類成分;通過譜效相關(guān)性研究,對虎杖藥效特征峰所表達的具體藥效作用進行了初探,為最終獲得化學(xué)成分信息和藥效信息提供了可能,同時也為天然藥物譜效關(guān)聯(lián)的指紋圖譜的建立提供了新的思路。
建立血清指紋圖譜,根據(jù)含藥血清的藥理強度與其血清指紋圖譜中的該成分指紋峰的大小進行比對,以此闡釋該成分是否與藥理作用相關(guān)。血清指紋圖譜信息與血清藥效進行相關(guān)分析,有別于體外指紋圖譜與藥效相關(guān)分析,排除了機體對藥物體內(nèi)代謝的影響,通過譜效研究能夠直接獲得體內(nèi)活性物質(zhì),并用于探尋體內(nèi)相關(guān)活性物質(zhì);將體外化學(xué)指紋圖譜、血清藥物化學(xué)指紋圖譜和血清藥理效應(yīng)對比分析,建立譜效相關(guān),是藥效物質(zhì)基礎(chǔ)確定的有效手段,但是血清指紋圖譜與血清藥效學(xué)研究的時間控制點對試驗結(jié)果有較大影響。
沈嵐等[7]在對芍藥甘草復(fù)方解痙活性成分研究中,通過灌胃SD大鼠不同配比的芍藥苷、甘草酸、甘草總黃酮效應(yīng)組分的混懸溶液,分別在給藥后不同時間點采血,分離血清,獲取芍藥甘草體內(nèi)成分血清特征圖譜;同時制備大鼠胃底環(huán)行肌條,將效應(yīng)組分配伍血清對胃底環(huán)行肌條進行胃底肌條解痙實驗,通過測量收縮張力,獲得各組抑制率,利用雙變量相關(guān)分析處理血清指紋圖譜與藥效相關(guān)系數(shù),通過譜效研究發(fā)現(xiàn)給藥后在體內(nèi)與解痙作用相關(guān)性較大的色譜峰有4個,由此獲得體內(nèi)活性物質(zhì),在此基礎(chǔ)上對給藥后的血清樣品進行HPLC-ESI-MS/MS分析,確定了與藥效相關(guān)性較大的入血成分,其主要是效應(yīng)組分代謝成分,此項研究建立了體內(nèi)生物活性物質(zhì)譜效研究的新方法,同時也為探尋芍藥甘草解痙作用的物質(zhì)基礎(chǔ)提供了有效的研究手段。郭承軍等[15]將血清代謝研究結(jié)合色譜成分分析,獲得與抗流感藥效密切相關(guān)的成分峰,建立了相關(guān)譜效關(guān)系模型,奠定了金銀花體內(nèi)藥效作用機理研究基礎(chǔ)。
目前天然藥物譜效關(guān)系的闡釋依賴于數(shù)據(jù)分析方法,現(xiàn)階段采用的數(shù)據(jù)處理方法并不統(tǒng)一,其主要數(shù)據(jù)處理法包括相關(guān)分析、聚類分析、回歸分析(普通多元回歸、偏最小二乘回歸)、灰色關(guān)聯(lián)度分析、主成分分析、圖譜比對等多種分析方法,采用這些方法將指紋圖譜與藥效活性數(shù)據(jù)結(jié)合建立數(shù)學(xué)模型,研究二者的相關(guān)性,即得到“譜效關(guān)系”。由于每種方法都有其優(yōu)點和不足,采用何種處理方法來研究譜效關(guān)系還需進一步研究和探討[4]。
中藥單味藥中將某一特定成分含量的多少作為評價該味中藥的質(zhì)量標準有一定的局限性,其成分含量的高低不能完全代表其質(zhì)量優(yōu)劣,在某些藥效作用方面,其它的活性成分可能起著關(guān)鍵作用,其藥理作用可能是多個成分的協(xié)同作用。因此,在建立指紋圖譜過程中,需要考慮中藥的各種藥理藥效,為全面評價某一單味藥質(zhì)量提供有力依據(jù)。
劉榮華等[16]以山楂葉為研究對象,針對其主要臨床作用—抗冠心病作用,研究不同種山楂葉HPLC指紋圖譜的各指紋峰,并進行抗大鼠PMN呼吸爆發(fā)藥效實驗,建立了各指紋峰峰面積與藥效之間關(guān)系(峰效關(guān)系)的數(shù)學(xué)模型,通過數(shù)學(xué)、化學(xué)計量學(xué)、計算機編程與模擬等手段將山楂葉的HPLC指紋圖譜翻譯成生物活性指紋圖譜(包括藥效指紋圖譜和效價指紋圖譜),為中藥譜效關(guān)系研究提供了思路。
金銀花具有明顯的抗菌、抗病毒作用,郭承軍等[15]以流感模型小鼠為研究對象,對小鼠灌胃金銀花提取液,下腔腹主靜脈取血并分離血清,進行血清指紋譜分析,將正常小鼠與流感模型小鼠的血清成分圖譜進行比對,將血清代謝研究與色譜分析相結(jié)合,獲得與抗流感藥效密切相關(guān)的成分峰,此項研究建立了相關(guān)譜效關(guān)系模型,為金銀花體內(nèi)藥效作用機制研究奠定了基礎(chǔ)。
倪力軍等[17]從丹參藥材中提取純化丹酚酸,構(gòu)建9個丹酚酸樣品,并建立相應(yīng)HPLC指紋圖譜,對各樣品的抗氧化活性通過兩個體外應(yīng)激模型進行比較,將抗氧化活性與HPLC色譜圖進行PLS回歸分析[18],對各樣品中主成分的變化與抗氧化活性間的關(guān)系進行了考察,為控制丹參制劑的質(zhì)量提供了依據(jù)。
板藍根具有紅細胞凝集作用,孫琴等[19]通過用紅細胞凝集活性檢測法對進行系統(tǒng)化學(xué)部位分離的板藍根藥材進行抗病毒活性的化學(xué)部位篩選,篩選出正丁醇萃取部位具有強紅細胞凝集活性,針對正丁醇萃取部位建立了不同產(chǎn)地的10批樣品的HPLC指紋圖譜,同時進行生物效應(yīng)測定,運用數(shù)理統(tǒng)計方法研究其譜效關(guān)系;譜效研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)共有峰中的2號和11號的相對峰面積比例與樣品凝集作用呈正相關(guān),故推斷板藍根具有抗病毒作用的特征峰可能為2號和11號峰,此項研究為建立板藍根具有抗病毒活性的譜效相關(guān)的質(zhì)量控制模式提供了理論依據(jù)。
中藥復(fù)方譜效關(guān)系研究常用的方法是將該全方作為藥效,將全方用不同方法進行提取分離,所得到的各個部分進行色譜分析和藥理實驗,通過利用數(shù)學(xué)處理方法和計算機功能,找出色譜峰與藥效之間的關(guān)系,將分離得到的各個部分通過正交分析法進行組合,再進行色譜分析及藥理實驗,再通過數(shù)學(xué)相關(guān)分析找出組合后的組分與藥效相關(guān)性。中藥復(fù)方配伍的研究方法是通過配伍變化產(chǎn)生藥效學(xué)的差異來研究配伍機理;或是對藥物全方的貢獻通過指標性成分的變化來進行考察;或是采用指紋圖譜技術(shù)對該藥進行整體描述[20,21]。通過以上研究方法將化學(xué)成分群特征峰的指紋譜與藥效結(jié)果相關(guān)聯(lián),探討復(fù)方配伍規(guī)律。
中藥復(fù)方具有多組分多靶點的整合調(diào)節(jié)作用,其譜效關(guān)系的建立能夠反應(yīng)復(fù)方的內(nèi)在質(zhì)量。中藥血清藥理學(xué)和血清藥物化學(xué)兩者的結(jié)合研究有助于中藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ)的闡明。竇志華等[22]通過血清藥理學(xué)及血清藥物化學(xué)相結(jié)合探尋中藥復(fù)方五仁醇膠囊的藥效物質(zhì)基礎(chǔ),實驗研究中將復(fù)方五仁醇全方制劑含藥血清、各單味制劑含藥血清及拆方后的各組方藥材陰性制劑進行HPLC測定和藥效學(xué)評價。實驗結(jié)果表明,復(fù)方五仁醇全方、單味五味子及缺三七、柴胡、葉下珠制劑的含藥血清對肝損傷的保護作用明顯,而缺單味三七、柴胡、葉下珠制劑的含藥血清和缺五味子制劑的含藥血清對肝損傷的保護作用不明顯,同時單味五味子全方制劑的含藥血清藥效差異無顯著性區(qū)別,具有很好的譜效相關(guān)性,最終確定君藥五味子中含有的木脂素類成分為保肝作用的藥效物質(zhì)。
譜效關(guān)系研究是確定中藥復(fù)方藥效物質(zhì)基礎(chǔ)的有效手段,沈嵐等[7]對芍藥甘草復(fù)方譜效進行了探討,通過給藥后大鼠血清胃底肌條解痙實驗獲得的藥效學(xué)信息,與各組含藥血清HPLC指紋圖譜化學(xué)信息進行譜效相關(guān)研究,采用HPLC-ESI-MS/MS對與藥效呈正相關(guān)的4個色譜峰進行質(zhì)譜鑒定,獲得與藥效相關(guān)的目標成分,并經(jīng)質(zhì)譜分析,確定了相關(guān)效應(yīng)組分的代謝成分,獲得了體內(nèi)活性物質(zhì),為該中藥復(fù)方活性成分的純化奠定了基礎(chǔ)。
建立中藥譜效關(guān)系能夠反映復(fù)方的內(nèi)在質(zhì)量,鄧翀等[23]在已有三黃方制劑指紋圖譜實驗研究的基礎(chǔ)上,對三黃方制劑進行體外抗內(nèi)毒素活性作用研究,將抗內(nèi)毒素活性作用研究結(jié)果與指紋圖譜研究結(jié)果相關(guān)聯(lián),以尋找譜與效之間的相關(guān)性及科學(xué)規(guī)律。實驗結(jié)果顯示三黃方制劑中有6種成分與體外抗內(nèi)毒素活性相關(guān),提示可以以該6種成分為指標對三黃方制劑進行質(zhì)量控制,此研究為三黃方制劑的藥效評價提供了科學(xué)依據(jù)。
余伯陽等課題組提出了中藥質(zhì)量評價新模式[24]—“譜效整合指紋譜”概念,并對其開展深入研究。其課題組內(nèi)常艷旭等[25]通過HPLC-DAD-CL聯(lián)用技術(shù)對丹參注射液進行在線活性分析,分別構(gòu)建活性指紋譜和效價指紋譜,將化學(xué)信息指紋譜和活性信息指紋譜結(jié)合分析,確定了野生丹參的替代品為栽培丹參和白花丹參。丁曉萍等[26,27]運用HPLC-DAD-MS-CL聯(lián)用技術(shù)獲得了不同淫羊藿藥材的三維譜效整合指紋譜,使淫羊藿多種成分的MS結(jié)構(gòu)鑒定和在線活性測定得以實現(xiàn),構(gòu)建了成分指紋譜與成分峰及藥效相對應(yīng)的表觀形式,可以對中藥質(zhì)量進行綜合評價,對中藥質(zhì)量評價體系具有補充完善作用。在線活性分析能夠較好地完善“譜效整合指紋譜”研究,該方法在國外主要應(yīng)用于食品分析領(lǐng)域,如 Toshimasa Toyo’oka 等[28]對茶葉中的抗氧化成分進行在線活性評價和分析等。
目前天然藥物譜效關(guān)系學(xué)研究方法存在著一定的局限性,還沒有形成成熟穩(wěn)定的研究思路和方法。譜效關(guān)系反映了藥物內(nèi)部各成分與藥效之間的相關(guān)性,是數(shù)學(xué)相關(guān)分析與藥學(xué)的交叉應(yīng)用,體現(xiàn)的是某個組分與藥效相關(guān)性的大小或是某個組分對藥效更具影響。譜效關(guān)系研究目前還沒有闡明復(fù)雜成分的協(xié)同作用,突破此項技術(shù)難點是中藥現(xiàn)代化的關(guān)鍵所在。譜效相關(guān)研究需要進行學(xué)科交叉與創(chuàng)新,已有人對此提出了不同的思路:如李建新[29]、范驍輝[30]等分別提出將成分指紋圖譜通過運用微流控芯片技術(shù)對其進行藥效檢測;及將多維特征圖譜與通過體內(nèi)、外計算機模擬而獲得的多指標效應(yīng)檢測法構(gòu)成的藥效指標進行整合,從而獲得多維藥效特征圖譜,此方法的提出展示了譜效關(guān)系研究將會引入前沿學(xué)科技術(shù),其應(yīng)用前景廣泛,為譜效相關(guān)研究提供了新思路和新方法;余伯陽等介紹了通過引入在線活性分析聯(lián)用技術(shù),建立了成分分離與化學(xué)指紋信息獲取以及活性檢測同時進行的在線譜效整合體系,為中藥譜效相關(guān)研究提供了一種可借鑒的新模式[21]。目前對中藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ)研究并不深入,其譜效關(guān)系研究僅限于譜與效的相關(guān)性,缺乏對其藥理活性的特征峰進行定性定量研究,隨著分析技術(shù)水平的不斷提高與創(chuàng)新,中藥譜效關(guān)系研究必將更加深入,研究方法必將更加完善。
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