非线性化学指纹图谱技术对药用植物不同部位质量的评价①

罗时旋，李守君，滕　杨，张艳秋，李　莉，武静茹

(1.佳木斯大学附属第二医院药剂科，黑龙江 佳木斯 154002；2.佳木斯大学药学院，黑龙江 佳木斯 154007)



非线性化学指纹图谱技术对药用植物不同部位质量的评价①

罗时旋1，李守君2，滕杨2，张艳秋1，李莉1，武静茹1

(1.佳木斯大学附属第二医院药剂科，黑龙江 佳木斯 154002；2.佳木斯大学药学院，黑龙江 佳木斯 154007)

摘要：目的：利用非线性化学指纹图谱对药用植物不同部位进行质量评价。方法：采用H+-Mn2+-CH3COCH3- BrO3-为振荡体系，以待测药用植物为反应底物，应用电化学工作站记录化学振荡体系中的电位(E)随时间(t)的变化，获得药用植物非线性化学指纹图谱，运用聚类分析和指纹图谱的特征参数诱导时间对药用植物不同部位进行质量评价。结果：绝大多数药用植物不同部位的非线性化学指纹图谱差别显著，特征参数明显不同，只有棉团铁线莲的根和叶，毛景天的茎和叶在化学成份和含量的积累上有一定的亲缘性，在临床入药时可考虑扩大他们的药用部位。结论：非线性化学指纹图谱技术是一种很好地评价药用植物不同部位质量的方法。

关键词：非线性化学指纹图谱；药用植物不同部位；质量评价

草药是一个复杂的多组分体系，其药效是多种成分协同作用的结果[1]。传统指纹图谱技术并不能体现草药的这一整体特征，中药非线性化学指纹图谱技术作为草药指纹图谱的一个新的组成部分,较好地解决了草药体系综合因素的表征问题, 是一项较为理想的技术[2~5]。目前临床中使用的草药往往取自植物某一部位，非药用部位常被丢弃，造成药用植物资源极大浪费。同一基源的中药，因其药用部位的不同，不仅导致其药力的差异，而且还导致其性味归经的大相径庭，这也是中医选择有效部位入药的原因所在，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，只是含量多少和药效强弱的差异[6]。近年来，学者们已开始研究一些药用植物的非药用部位，但均是以某一种或几种化学成分为指标来考察不同部位的质量[7,8]，并不能反映药材整体的质量。本文利用非线性化学指纹图谱技术并从临床应用角度对药材不同部位的质量进行了评价，一方面为药材选择有效部位入药提供佐证，另一方面试图扩大草药的药用部位。

1材料与方法

1.1仪器与试剂

HK-2A超级恒温水浴(宁波海曙天恒仪器厂)、217型饱和甘汞电极(上海精密科学仪器有限公司)、213型铂电极(上海精密科学仪器有限公司)、LK2005电化学工作站(天津市兰力科化学电子高科技有限公司)。H2SO4、KBrO3、CH3COCH3、MnSO4(均为分析纯用二次蒸馏水配制)；齿叶花旗杆、翻白委陵菜、尖萼耧斗菜、藜芦、棉团铁线莲、玉竹、叶底珠、兴安杜鹃、芍药等采自佳木斯四丰山(由佳木斯大学药学院宗希明高级实验师鉴定别)。

1.2实验方法

将草药烘干至恒重，粉碎，过120目筛。准确称取中草药粉末1.000g加入玻璃反应器中，分别加入H2SO4(1mol/L)、MnSO4(0.02mol/L)、丙酮(0.6mol/L)溶液各10mL，温度控制在(37±0.2)℃，搅拌速度为500r/min，15min后加入10mL KBrO3(0.2mol/L)，以KBrO3滴加时开始计时。用以217饱和甘汞电极作参比电极，213型铂电极作指示电极，由电化学工作站记录电化学振荡体系中电位(E)随时间(t)的变化。

1.3统计学方法

采用MATLAB对数据聚类分析。

2结果

2.1重复性实验

按照实验方法对兔毛蒿平行测定5次，测得非线性化学指纹图谱的相似度均大于98.0%，不同图谱的诱导时间、振荡寿命、最高电位、最大振幅、平衡电位等特征参数的RSD%均小于2.0%，说明实验的重复性良好。

2.2特异性考察

按照实验方法，分别测定紫花地榆、唐松草和蓬子菜的非线性化学指纹图谱，由图1可知三种草药非线性化学指纹图谱的振荡波形差异性明显，特征参数有显著差异，可见非线性化学指纹图谱具有专属性、特征性和指纹性。

2.3药用植物不同部位质量的评价

将不同部位的草药按照上述实验条件测定得到一系列非线性化学指纹图谱，见图2~14。可见，非线性化学指纹图谱的直观性很强，同种药用植物不同部位的指纹图谱呈现不同的形状, 差异明显。只有少数几种药材如，翻白萎陵菜、藜芦、叶底珠、毛景天等振荡图形相似。

2.3.1药用植物不同部位活性成分对非线性化学指纹图谱的影响

化学振荡体系是对外来化学物质十分敏感的体系。许多化学物质, 如微量元素、氨基酸、维生素、生物碱、酮、醚、萜等等, 对非线性化学指纹图谱的特征参数, 如诱导时间、振荡周期和振荡寿命等能产生很大的影响。药用植物不同部位, 往往含有上述不同的化学物质乃至未知的化学物质，当将其加入到振荡体系时, 对诱导和振荡反应各过程产生的干扰或与体系中各反应物或中间体发生的作用不同, 引起诱导和振荡反应各种特征信息的变化不同, 故获得的指纹图谱的形状或信息参数不同。一般情况下中药活性成分的含量随化学成分的含量增高而增高, 而非线性化学指纹图谱含有丰富的成分定量信息，其中诱导时间、振荡周期、振荡寿命和最大振幅等定量信息与中药活性成分的整体含量呈良好的线性关系[9]。

图1　紫花地榆(A)、唐松草(B)、蓬子菜(C)的非线性化学指纹图谱　　　　　　　图2　兴安杜鹃茎(A)叶(B)

图3棉团铁线莲茎(A)根(B) 图4玉竹根(A)和叶(B) 图5翻白委陵菜根(A)茎(B)叶(C)

图6尖萼斗耧菜茎(A)和叶(B) 图7芍药根(A)和叶(B) 图8藜芦根(A)茎(B)叶(C)

图9齿叶花旗杆根(A)和叶(B) 图10叶底珠茎(A)和叶(B) 图11槐叶(A)和槐花(B)

图12毛景天根(A)茎(B)和叶(C) 图13色木槭果实(A)茎(B)和叶(C)图14紫椴花(A)和叶(B)

以藜芦为例，所得诱导时间对底物质量的关系如图15所示，经线性回归分析的线性方程Y=-1949.8X+2669，R=0.9972，可见，增加底物的质量促进反应进行，使反应速率加快，诱导时间变小。因此，非线性化学指纹图谱中诱导时间是分析草药活性成分的含量, 乃至评价草药质量首选的定量指标或评价参数。由此我们可以根据诱导时间的长短来确定草药活性成分的高低。

图15诱导时间与质量的线性关系

2.3.2聚类分析及活性成分含量比较

将30个样本非线性化学指纹图谱的特征参数进行处理，结果以平均欧式距离为相似性测度、采用组间连接法“linkage”为分组原则，应用MATLAB对数据聚类分析，见图16。

图16不同部位非线性化学指纹图谱特征参数聚类分析

30种样品聚为四类，绝大部分药用植物的不同部位并没有聚为同一类，只有毛景天、翻白委陵菜、叶底珠、棉团铁线莲等各部位聚到了同一类中，说明多数药用植物不同部位化学成份的种类和含量的积累并无亲缘关系。针对指纹图谱中貌形相似和聚类分析中聚为同一类的药用植物如棉团铁线莲、翻白委陵菜的根和叶、藜芦、叶底珠、毛景天即12个样品进行聚类分析，见图17。

图17部分药材不同部位非线性化学指纹图谱特征参数聚类分析

12个样品聚合为五类，其中1和2、11和12分别聚为一类，即棉团铁线莲的根和叶，毛景天的茎和叶,说明这两种药材不同部位在化学成份种类和含量的积累有一定的亲缘性。

可以看出不同部位活性成分含量：棉团铁线莲的茎>棉团铁线莲的根，毛景天的叶>毛景天的茎。

2.4非线性化学指纹图谱与药材的临床应用

药材指纹图谱的振荡寿命长, 振幅高, 振荡周期短, 说明草药药效持久。而诱导期较短的药材, 能在较短时间内而发挥疗效。因此，对于各部位非线性化学指纹图谱相似的同一药材在临床应用时，我们可以根据疾病的轻重调整用药部位，对重症疾病选用诱导时间较短的药材部位，促使药物快速循环, 达到迅速控制的目的;而对慢性疾病及保健功效, 可选择振荡寿命长, 振幅高的部位,保持药效持久, 以利身体康复。如根类药材棉团铁线莲可根据具体病情状况选择其茎入药。并且，像以根及根茎入药的玉竹，从指纹图谱中可以明显看出根的振荡均匀持久，而其叶只经历了几个振荡周期后振荡行为就消失了，这也同临床选择其根茎入药的理论不谋而合。

同种药用植物不同部位因其化学成分及含量的差别, 对振荡反应将产生不同的影响，导致非线性化学指纹图谱各具特色，体现了不同部位内在的化学物质特征。非线性化学指纹图谱不仅具有很好的重现性, 而且包含丰富的可量化信息和直观信息，利用这些信息可从整体把握草药化学成份的群集特征。利用非线性化学指纹图谱技术可以很好地对药用植物不同部位进行特征研究和质量评价。一方面为草药选取合适有效的药用部位提供参考。另一方面为药用植物的临床用药和扩大草药的用药部位提供理论依据，使药用植物资源得到充分利用。

参考文献：

[1]王媛，李宗孝.十种草药的振荡指纹图谱[J].化学世界，2007,8:464-467

[2]方宣企，张泰铭，赵哲.非线性化学指纹图谱技术在鉴别和评价甘草及其临床应用中的作用[J].科学通报，2010,55(17):1661-1669

[3]李宗孝,原春兰, 聂菲.中药振荡指纹图谱[J].现代中药研究与实践，2003,17(4):12-14

[4]李守君,黄金宝,兰焕.应用电化学指纹图谱鉴别黄连及其伪品[J].辽宁中医，2010,37(5):902-903

[5]李守君,黄金宝，邹桂华.应用电化学指纹图谱优化黄连水提取工艺的研究[J].分子科学学报，2009,25(4):268-272

[6]李业生,梁宁, 温家顺.常用同源异功中药辨析[J].中国药业，2002,11(12):55-56

[7]易中宏,郑一敏,傅善全.巫山淫羊藿不同部位的高效液相色谱指纹图谱测定[J].时珍国医国药，2005,16(5):377-378

[8]张泰铭,梁逸曾,袁斌.中药电化学指纹图谱的检测方法及其条件因素[J].科学通报，2007,52(13):1513-1522

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)

中图分类号：R285.1

文献标识码：A

文章编号：1008-0104(2016)01-0028-03

作者简介:罗时旋(1981～)女,黑龙江绥棱人，硕士，主管药师。通讯作者：滕杨(1982~)女，黑龙江五常人，在读硕士研究生，讲师。E-mail:tengyang19820405@163.com。

基金项目：1.佳木斯大学科研项目，编号：21040334；2.黑龙江省教育厅科技项目，编号：10541221和1541370；3.佳木斯大学青年基金项目，编号：sq-2013-030。