当归药材道地性系统评价与分析＊

刘方舟，李园白，王 静，杜 昱，杨 阳

（中国中医科学院中医药信息研究所 北京 100700）

当归药材来源于伞形科当归属植物Angelica sinensis(Oliv.)Diels的干燥根[1]，又名干归、马尾当归、秦哪、马尾归、云归、岷归等，是我国临床最常用中药之一。当归广泛分布于甘肃、四川、湖北、陕西等地[2]。当归主要含有挥发油、有机酸、多糖、脑苷类、核苷类、氨基酸等多种类型的化合物[3]。

道地药材是指来自特定产区、特定生态环境、栽培规范、加工精细、贮藏合理、品质卓越、疗效显著的中药材，是传统中医药行业评价药材质量的一项独特判别标准，其来源具有强烈的地域性[4]。药材的道地性判断、医学实践经验源于中医药学，脱离中医药学理论基础，道地药材就如同无源之水，故中药材的本草考证研究显得尤为重要，可根据本草考证结果推断药材道地产区[5]。性状特征作为道地药材的传统评价指标，可在一定程度上概括道地药材外在特征[6]，但不能确切反映道地药材的内在品质，因此，对道地药材特征化学成分以及有效成分的含量测定，成为当前道地药材质量特征评价的主要方法[7]，众多研究结果表明，道地药材与非道地药材的指标性成分含量有显著性差异[8]。

1 方法与结果

1.1 当归道地产区本草考证

考证古近代主流医学典籍和本草著作，归纳研究当归药材历代道地产区，考证涉及的古代地名，参照《古今地方大辞典》、《中华人民共和国行政区划表》映射得出现代地名，再对现代地名（省）进行频次统计，结合古籍原文中相关描述推断当归药材的道地产区。

当归本草考证共涉猎秦朝、东汉、南北朝、唐朝、宋朝、明朝、清朝相关古籍14本，包括：《神农本草经》、《名医别录》、《吴普本草》、《本草经集注》、《千金翼方药出州土》、《新修本草》、《本草图经》、《本草品汇精要》、《本草原始》、《本草纲目》、《本草备要》、《本草求真》、《本草从新》、《本草述》以及民国书籍《药物出产辨》。摘录出陇西、宕州、秦州、松州、川蜀、汶州等19个古代产区和7个近代产区，对应现代地名（省）8个及西南地区、河套地区，具体结果（表1）。现代产区频次统计结果由高到低为甘肃省、四川省、陕西省、安徽省、江苏省、河北省、西南地区、河南省、河套地区和山西省，具体结果（表2），结合古籍文献相关文字描述推断甘肃省、四川省为现今当归药材的道地产区。

1.2 当归性状特征

针对当归药材性状特征制定专业检索策略，在CNKI数据库中检索相关文献，检索式如下：

(SU=当归+干归+马尾当归+秦哪+马尾归+云归+西当归+岷当归AND TI=性状+外观+真伪+伪品+生药+形状+大小+气味+味道+断面特征+掺伪+掺假+真假+混淆品+混用品)OR((SU=当归+干归+马尾当归+秦哪+马尾归+云归+西当归+岷当归AND(SU=鉴定+鉴别OR CLC=R282.5)AND SU=生药+形状+大小+气味+味道+断面特征))OR(SU=当归+干归+马尾当归+秦哪+马尾归+云归+西当归+岷当归AND KY=外观+性状+真伪+伪品+生药+形状+大小+味道+断面特征+气味+混淆品+混用品+掺伪+掺假)NOT CLC=R285.6 NOT CLC=R285.5 NOT CLC=R285 NOT CLC=R284 NOT SU=基因NOT SU=化学NOT SU=成分NOT SU=分子NOT SU=DNA NOT SU=RNA NOT SU=注射液NOT SU=滴丸NOT SU=片NOT SU=胶囊 NOT SU=丸NOT SU=高效液相NOT SU=HPLC

检索到当归药材性状特征相关文献共计75篇，从中优选有效文献59篇，针对文献中药材产地、全植物大小、全植物形状、全植物色泽、全植物味道、全植物气味、用药部位、根部大小、根部形状、根部色泽、根部质地、根部表面特征、根部味道、根部气味及根部断面特征等字段进行录入，从中提取归纳当归道地药材的性状特征如下：

①原植物：多年生草本植物，根圆锥形。茎直立，高60-130 cm，上部分枝。基生叶有长柄，三出全裂或羽状3小叶，中间小叶菱状倒卵形，有短柄，侧小叶宽卵形，有柄或无，边缘有不整齐粗锯齿。茎生叶有柄，三出至二回三出。茎上部为深裂或仅有狭长圆筒状叶鞘。复伞形花序顶生或侧生。果实长圆形或近长圆形，分果背棱有极狭翅。花期8月-9月，果期9月-10月。野生于海拔1200-2300 m间的山谷疏林下及山坡灌丛中。②药材：用药部位为干燥根，主根粗短略呈圆柱形或圆锥形，下部有支根3-5条或更多，表面黄棕色至棕褐色，有明显纵皱纹及横长皮孔。质较柔韧，香气浓厚特异，味甘、辛、微苦，折断面黄白色或淡黄棕色，呈放射状纹理，习称“菊花心”，皮部厚，有棕色油点，形成层呈黄棕色环状，木质部及韧皮部有多数细小裂隙和黄棕色分泌腔，中心有时有白色髓心。

1.3 当归化学成分数据分析

针对当归化学成分研究制定专业检索策略，在CNKI数据库中检索相关文献，检索式如下：

(TI=当归+干归+马尾当归+秦哪+马尾归+云归+西当归+岷当归OR KY=当归+干归+马尾当归+秦哪+马尾归+云归+西当归+岷当归)AND(SU=化学+成分+质量评价+质量标准+高效液相+质谱+指纹图谱+波谱解析+HPLC+UPLC+GC+MS++NMR+含量+提取物+挥发油+水提物+萃取+超临界萃取+薄层+比色+液质联用+质谱联用OR CLC=R284.3+R284.2+R284.1+R284)NOT CLC=R285.5 NOT CLC=R285 NOT CLC=R285.6 NOT SU=DNA NOT SU=RNA NOT SU=分子NOT SU=基因NOT SU=遗传NOT SU=注射液NOT SU=口服液NOT SU=滴丸 NOT SU=丸 NOT SU=片 NOT SU=胶囊NOT SU=膏

检索到当归药材化学成分相关文献共计1949篇，优选含量测定成分全面、方法标准、数据相对规范的100篇为有效文献，提取并整合成分含量数据，共提炼出甘肃、四川、湖北、云南、陕西、河北6个不同产地当归的10个化学成分含量结果，涉及成分包括正丁基 苯 酞（3-butylphthalide）、正 丁 烯 基 苯 酞（nbutylidenephthalide）、藁本内酯（ligustilide）、阿魏酸（ferulic acid）、精氨酸（L-arginine）、苯丙氨酸（L-phenylalanine）、赖氨酸（L-lysine）、挥发油、总多糖、总核苷，6个不同产区当归药材的10种成分含量平均值（表3）。对数据进行全面清洗及规范化处理，采用SPSS22.0软件进行单因素方差分析、主成分分析和聚类分析，对当归化学成分含量数据进行多指标综合评价。

规范到“省”级行政单位，SPSS软件处理错误值与极端值，用Analyze-Descriptive Statistics法标准化处理不同量纲数据，得到标准化描述性分析结果（表4）。

续表

表2 当归本草考证得出古近代产地对应现代产地频次统计结果

表3 不同产地当归化学成分平均值（mg⋅g-1）

本研究通过分析文章中化合物中英文名称，到Molbase查询得到化合物CAS号，依据CAS规范化合物名称，相同CAS号代表同一物质，例如，“Z-3-丁烯基苯酞”与“正丁烯基苯酞”、“丁烯基酞内酯”与“丁烯基苯酞”为同一物质，有一个CAS；天然氨基酸均具旋光性，以左旋（-L型）形式存在，L-型氨基酸才具有生化活性，故氨基酸类化合物均默认左旋型异构体对应的CAS号，据此对数据进行标准化整合。

1.3.2 单因素方差分析

本研究对来源于6个不同产地当归中10种化学成分的含量数据进行多指标两两比较，采用SPSS22.0软件对规范化清洗处理后的数据进行单因素方差分析，分析结果（表5）。

结果显示，甘肃产区样品各项指标值大都显著高于其它产区，指标正值结果与其他产区比较，有显著性差异（P＜0.05）；云南产区样品中氨基酸含量显著高于其他产区（P＜0.05）；观察指标数值趋势，甘肃、四川产区除氨基酸外，其余指标值均较高，与其他产区比较，有一定差异；云南、湖北产区样品中氨基含量值较高，与其他产区比较，有一定差异，云南产区阿魏酸含量特别高；陕西产区挥发油成分含量较高，其余指标值均低，河北产区各指标值均低。

1.3.3 主成分分析

采用SPSS22.0软件对当归药材中正丁基苯酞、正丁烯基苯酞、藁本内酯、阿魏酸、挥发油、总多糖、总核苷、精氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸10个检测指标进行主成分分析[9]，以特征根＞0.5，为提取标准，得到3个主成分，累积贡献率90.641%，说明以此三个主成分进行分析的结果基本可以客观的反应当归药材内在质量（表6），主成分荷载矩阵（表7），主成分荷载图（图5）。

根据主成分荷载值，得到3个主成分线性模型组合表达式F1、F2、F3，利用3个主成分方差贡献率线性加权求和得到当归药材各产区质量的综合得分评价函数：F=（43.609 × F1+31.137 × F2+15.895 × F3）/90.641。根据综合评价指数F数值的高低，确定当归药材整体评分高低。甘肃产区当归整体评分最高，推测其质量最好，西川、云南、湖北产区当归评分较好，水平尚佳，河北、陕西产区当归评分较低，水平一般。

表4 SPSS数据标准化处理描述性统计结果

1.3.4 聚类分析

采用SPSS22.0软件对当归药材中正丁基苯酞、正丁烯基苯酞、藁本内酯、阿魏酸、挥发油、总多糖、总核苷、精氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸10个检测指标的平均值进行聚类分析。选择Ward’s method作为聚类方法，样品间距离计算采用Squareded Euclidean distance法，聚类结果（图6）。

当阈值为1.65时，6个产区当归样品可划分为3类，这说明不同产区当归药材的质量存在差异（图6）。第一类包括甘肃、四川2个产区，综合参考表3中各产区指标含量平均值结果，该类各指标值均处于较高水平；第二类包括云南、湖北2个产区（表3），该类3种氨基酸含量值均处较高水平，其余指标值大都处于中等水平；第三类为陕西、河北2个产区，该类各指标值普遍较低。

2 讨论

道地药材是传统中医药文化的瑰宝，道地性评价是判断中药品质优劣的传统方法，是中医理论在实践中精炼出来针对中药质量控制的一套客观评价标准[10]。道地药材存在其化学物质基础特征性[11]，体现在活性成分含量上的差异。采用科学、系统的理论体系与研究方法对道地药材进行多维度评价，揭示其科学内涵、探索其物质基础及形成机理，即为药材道地性研究关键所在[12]。

中药化学成分组成复杂，传统中药是以复方或饮片入药，药效的发挥并不取决于单一化合物，而是多种化合物协作的结果[13]，因此在研究中需要尽量收集大量且全面的数据信息[14]。若仅采纳单一文献研究得到的一种或几种成分含量测定指标，作为针对某药材品种质量评价的标准，这种模式是比较局限的，缺乏评价的系统性与全面性。在理论上，综合分析药材所含成分的种类越多、数据量越大，越接近药材化学成分的真实整体组成，据此得到的评价结果应该越全面、准确。为了避免对当归药材道地性质量评价研究的片面性，本研究整合以往研究成果，将隐没在大规模实验数据中重要信息提炼出来，从1949篇当归化学相关文献中优选出100篇成分全面、含量测定方法标准、数据较为规范的作为有效文献，对其中化合物含量测定数据进行整合，并对数据进行全面清洗及规范化处理，采用主成分分析、聚类分析结合单因素方差分析的方法对当归化学成分含量数据进行多指标综合评价[15]。化学成分综合评价结果显示甘肃为当归药材最优产区，四川、云南、湖北次之，河北、陕西产区当归质量不佳，而本草考证部分则从14本相关古籍中摘录出陇西、宕州、川蜀等26个古近代产区，其对应当归药材现代产区的频次统计结果最高为甘肃省，四川次之，该结果与当归本

草考证研究所得道地产区有一致性，为当归药材的道地性评价提供了有利的支撑。

表5 不同产地当归药材中化学成分多指标两两比较结果

图1 各产区当3归中藁本内酯平均值

图2 各产区当归中阿魏酸平均值

图3 各产区当归中苯丙氨酸平均值

图4 各产区当归中总挥发油平均值

图5 主成分荷载图

图6 各产区指标平均值聚类分析图

表6 主成分初始特征值及贡献率

表7 主成分荷载矩阵

关于药材道地性研究，前人或从本草考证角度切入，或从综述进行切入，本研究以数据挖掘作为切入点，通过对丹参药材的道地性古今文献、化学成分文献进行梳理，运用统计学定量分析，利用数据挖掘技术从文献中挖掘文献背后之规律，得出更为可靠的结论。

关于异源数据标准化处理与整合问题，笔者整理数据时发现文献中存在同一化合物对应多个中文名称的现象，如：Z-3-丁烯基苯酞、正丁烯基苯酞、丁烯基苯酞与丁烯基酞内酯为同一物质，CAS均为551-08-6；天然氨基酸均具旋光性，以左旋（-L型）形式存在，L-型氨基酸才具有生化活性，故氨基酸类化合物均默认左旋型异构体对应的CAS号。针对此种情况，本研究通过分析文章中化合物对应的英文名称，并到Molbase查询得到化合物CAS号，一种成分具有唯一的CAS号，据此原则整理得到当归中各化合物中英文名称及CAS号对照表，根据对照表对各产区当归成分含量数据进行标准化整合，确保了本研究结果的准确性与科学严谨性。