中药分析的进展.docx

1、中药分析的进展 中药分析的进展1 引言中药的功效已为几千年的历史和现代临床疗效所肯定. 当今世界在“回归自然”思潮的影响下, 许多国家寻找天然药物的呼声日渐高涨, 而中药以其丰富的资源、独特的疗效等特点, 已引起世界各国的关注; 同时从化学合成物中筛选新药难度越来越大,越来越长, 费用越来越高, 一些国家投人大量资金和人力开始了天然药物的研究开发和利用. 尤其是近年来西方发达国家医药市场逐渐开始接受植物药和复方药物, 这给我国的中药现代化发展提供了难得的机遇. 众所周知, 防治疾病的物质载体是其所含有的化学成分群, 但中药的化学成分十分复杂, 尤其是中药复方所含化学成分繁多, 而且可能还包含无

2、机物、有机小分子化合物(包括挥发油、生物碱、黄酮类、皂甙类等十余类常说的化学成分)和生物大分子等具有不同化学性质的多类化合物, 所以中药的分析研究一直是一个重点, 也是一个难点. 近些年来, 尤其是2000 年以后, 整个中药分析研究取得了巨大的进展, 许多新技术、新方法、新思想层出不穷, 推动了整个中药行业的发展和其现代化的进程. 综合近年来中药分析的新进展, 可以看出有如下几个特点: (1)中药分析的对象更集中于针对中医药现代化研究中的关键科学问题, 提出切合实际的系统的解决方案;(2)中药分析不再局限于提供一个化学分析的工具,而是将各种新方法、新技术整合使之成为解决关键科学问题的新体系;

3、 (3)中药分析已经不再局限于分析中药的物质组成, 更注重解决的是物质的组成及其功能的相关性. 本文将从中药的信息表达模式、成分研究的策略、分析对象(体系)的特点以及药物效应的分析策略四个方面入手(见图1), 对中药分析领域的新进展进行综述.成分研究策略的改变信息表达模式的改变中药分析药物效应分析模式的改变 图1 现代中药分析的新进展和新趋势2 中药信息表达模式的改变 比较中国药典2000 年版、2005 年版和2010 年版可以看出, 现代中药的信息表达已经由原来的指标成分分析的模式发展到了整体指纹图谱定性与多指标成分定量测定的结合, 这个发展和转变是有效和必要的13. 在2010 年的药典

4、中, 这个变化体现的更为明显. 如复方丹参滴丸、天舒胶囊等中成药, 三七总皂苷、丹参总酚酸等提取物, 它们的指纹图谱进入了药典, 而且指纹图谱的各个参数, 包括相似度最低限度均有了详细规定. 同时, 对一些药材和成药, 都增加了需要检测的指标性成分的个数, 如黄芪药材等4.2.1 中药指纹图谱的新进展 中药指纹图谱是借用DNA 指纹图谱的概念发展而来, 可以用来进行药材的种属鉴定、植物分类研究和品质研究, 是中药信息表达的一种最重要最基本的模式. 最先出现的是中药化学成分色谱指纹图谱(chemical profile), 特别是高效液相色谱技术(HPLC)的使用5, 6, 使得指纹图谱成为目前

5、应用最为广泛的信息表达模式. 随着研究的深入和分析技术的不断进展, 指纹图谱技术得到了飞速的发展, 出现了多维多息指纹图谱7、多波长指纹图谱8、指纹图谱融合技术911、2-D 指纹图谱12, 13以及在线指纹图谱14, 15等新的技术和方法.随着指纹图谱的发展, 人们得到了相对完备的指纹性数据, 开始关注指纹特征和药效相关性研究和指纹图谱的生物等效性的研究, 罗国安等7针对这个问题, 提出建立中药的多维多息指纹图谱. 所谓多维, 即采用多种分析仪器联用的模式, 如高效液相色谱(或毛细管电泳)/二极管阵列检测器/质谱/质谱联用方式. 果德安等将二极管阵列检测器与联用质谱结合, 对白芷药材进行指纹

6、图谱的研究16.所谓多息, 即指中药的特征谱应努力做到包括化学和药效两方面的信息, 开展组效关系和谱效关系研究. 如肖小河等开展的指纹图谱与生物热活性的谱-效关系研究17.由于中药材属于复杂体系, 因此单波长下的一维指纹图谱存在如下几个方面的局限性: (1)对于中药分析体系, 有效成分的紫外吸收波长有很大差别,许多有效成分在选定的单一波长下没有吸收或者吸收很差, 因此单一波长下的指纹图谱往往很难全面表达中药的质量特征; (2)目前用HPLC/DAD 获取的指纹图谱, 只有一个波长下的色谱数据得到利用, 造成了信息资源的极大浪费. 针对这些问题, 人们进行了大量研究, 提出了不少解决办法. 徐燕

7、等根据中药的特点 含有的多类有效成分有不同的光谱特征,提出选取几个不同检测波长, 同时对多类成分进行测定, 由此发展出了多波长指纹图谱8. 这个技术已应用于决明子的双波长18及多波长19指纹图谱的研究等. 相似度评价时, 若将DAD 采集的全部数据用于比较, 不仅数据处理量大, 而且也无必要. 因为在某些波长下, 一些成分并无吸收, 对相似度评价无贡献. 为此, 聂磊等11研究了指纹图谱的融合方法, 将三张不同波长色谱指纹图谱所包含的信息有机的结合起来构成一张指纹图谱来整体表征. 融合既包括多维数据的简单混和, 也包括多维数据的相互交叉与综合. 最常用两种方法, 一是将几个特征吸收波长下的指纹

8、图谱数据矩阵通过串连集成的方式转化为相应的数据向量的整合法11, 二是进一步减小数据处理量的主成分分析方法. 严诗楷等使用主成分分析法, 发展了基于DAD 检测器的二维指纹图谱, 采用主成分分析方法进行多维数据的融合, 在保证数据信息损失最小的前提下, 将不同波长下高效液相色谱指纹图谱的数据融合成一张色谱指纹图谱, 充分体现出色谱和光谱的多维信息. 偏最小二乘线性判别分析等方法也得到了很好的应用20.随着指纹图谱的实用性和重要性的增加, 许多新的研究方向也不断涌现, 如结合计算机及网络技术的数据挖掘技术21和数据库管理系统22等等.中药指纹图谱不仅已应用于中药质量评价, 而且与过程分析技术(P

9、AT)结合在中药生产过程质量控制中发挥重要作用. 杨辉华等建立了在线中药指纹图谱测定系统, 采用在线近红外光谱对中药生产过程进行实时监测, 通过数学建模技术将在线光谱转化为代表中药质量信息的指纹图谱和指标成分的含量, 实现对中药生产工艺的过程监控和基于质量参数的智能化控制23, 24. 最近出版的中药指纹图谱的专著对中药指纹图谱技术的发展及其在中药质量评价、质量控制和新药研发中的应用作了比较全面的阐述25.2.2 多指标成分定性定量分析技术 中药指标成分定性定量分析是中药信息表达中的重要内容, 但传统的质量控制方法仅仅测定药材或成药中的12 种有效成分(或指标成分). 由于缺乏相应的理论指导,

10、 缺乏相应的化学成分和药效药理研究基础, 所测定的有效成分(指标成分)的特征性和系统性不能保证, 往往很难对药材或制剂的特性有一个全面的描述, 从而不能很好的控制产品质量. 基于分析技术和方法的不断发展, 进行了多指标成分定性定量的研究. 目前应用最泛的技术和方法有高效液相色谱-质谱分析法, 高效液相色谱-核磁共振法以及多种质谱技术联用的组合质谱法. 在HPLC-MS 的使用上, Wang 等26利用LC-ESIMS/MS 测定了人参中7 种人参皂苷(Rb1, Rb2, Rc, Rd,Re, Rf, Rg1)的含量. 而曲峻等开发了苷类化合物快速筛查的方法27, 采用能量梯度中性丢失扫描法,

11、对16 种苷类化合物实现了快速定性和定量分析. 近些年来, 利用液质联用技术进行中药材及中成药中多种成分同时定量的研究也不断开展2830, 多个课题组的相关工作也有大量报道, 如果德安38、张卫东31、李萍32和程翼宇33等. 唐惠儒等采用HPLC-NMR 联用方法对中药材中多种物质进行定量研究34, 35. 如对丹参和其替代物鼠尾草属植物的水提取物中的多种成分同时进行了分析, 并进行了含量的比较36. LC/MS 技术具有分析范围广、前处理简单等优势, 但由于没有相应的谱库匹配, 致使其在未知化合物鉴定领域的应用受到一定限制. 因此, 开发新的LC/MS 方法测定未知化合物势在必行. 章弘扬

12、等结合两种质谱技术, 飞行时间质谱和离子阱质谱, 利用前者质谱精准质量数测定和后者多级碎片分析的特点, 进行中药中小分子化合物的定性定量研究. 他们以中药复方清开灵注射液为研究对象, 鉴定了全方中来源于不同药材的33 种主要化合物, 并对各成分的药材归属及复方质量控制进行了研究37. 果德安等也进行了相关研究3840.2.3 指纹图谱与定量测定相结合将指纹图谱和多指标成分定性定量测定相结合,表达中药整体信息, 出现了定量指纹图谱. 其中, 融合了定性与定量信息的指纹图谱的相似度计算是一个重要环节, 基于已有的多种相似度计算方法41, 如应用最广泛的相关系数、夹角余弦算法4244等, 研究者引入

13、相似系统理论中的程度相似度的计算方法45,使得中药指纹图谱包含的定性和定量信息得以充分利用, 达到控制评价样品的质量等目的. 其灵敏性也优于前人的相关系数和夹角余弦评价指标46.3 中药成分研究策略的改变 中药是一个复杂体系, 其成分研究一直是有难度的工作, 以前采取的主要方法是植物化学分离的方法, 但工作量极大, 而且与中药整体性的特征不符,难以代表中药的整体作用, 也很难体现中药多组分之间的协同作用, 因此在中药现代化研究进程中很多科学家一直都在致力于发展聚焦中药复杂体系的研究策略和研究方法. 主要有以整体性为策略的组学研究方法. 其中最具代表性的2005 年罗国安等提出的化学物质组学研究

14、理论4749和2007 年梁鑫淼等提出的本草物质组研究计划50, 51. 另外, 备受关注的中药毒性成分的分析也有大量的报道.3.1 化学物质组学 化学物质组学就是研究化学物质组的组成及其相互关系的一种方法. 它是在复杂性科学理论的指导下, 采用层次化、系统化及逐步优化的研究策略.按照不同层次的分类, 可以将化学物质组分为整体化学物质组、有效化学物质组和有效化学成分群三个层次. 化学物质组学应用于中药方剂的研究需要确定一定的适应症或证及功能主治并建立可行的评价模型和参数, 按照层次化、系统化及逐步优化的研究策略, 首先要保证全方确有疗效, 然后按照药材或者按照化学性质的不同分成若干个子化学物质

15、组, 通过适当的数学设计, 研究不同子化学物质组的各种配伍化学信息与药效信息的相关性, 弄清楚各组分之间的相互关系, 在保效的原则下化学物质组, 有效化学物质组, 有效化学成分群对于特定功能主治的效果是相当的, 但是研究层次是逐步深入的. 化学物质组学有两种策略, 一种是自上而下, 即从整体复方出发, 从整体到局部, 确定和优化复方组分的最佳配伍;另一种是自下而上, 即从药材出发, 首先筛选各药材的有效组分, 再将各种有效组分配伍组成新的复方.化学物质组学的研究方法在实际的研究中也得到了应用, 并证明了它的合理性和有效性. 罗国安等在对清开灵注射液的系统性研究时, 针对抗脑缺血级联反应, 通过

16、组效关系分析, 确定了8 味药材组成的复方(整体化学物质组)中起主要药效作用的为4 类有效组分(有效化学物质组), 成功开发为有效组分配伍的新复方(组分中药). 和北京中医药大学李澎涛课题组合作开展后续的研究证实了此组分中药达到保效的要求, 且更安全可控, 取得的相关成果已获2006 年度国家科技进步二等奖. 在此基础上, 也开展了有效成分群的研究, 张敏等提出了用于中药有效组分分离的集成化扩张床技术, 并用于中药栀子中环烯醚萜苷类组分、西红花苷类组分和丹参中总丹酚酸类组分的集成化制备52, 53. 并利用高速逆流色谱纯化方法, 对有效成分栀子苷、藏红花素-1 和丹参酚酸B 进行了精细分离54.3.2 本草物质组计划 2007 年, 梁鑫淼等提出了本草物质组计划.