現代分析技術在中藥指紋圖譜研究中的應用

2020-12-01 生物谷

      中藥作為中華民族的瑰寶,以其豐富的資源,獨特的療效。不良反應小而受到世人的矚目。同時,西藥的研製難度越來越大,周期越來越長,投人越來越多,迫使許多國家將目光轉移至中藥,給中藥走出國門帶來了難得的機遇。但中藥的化學成分複雜,質量難以控制,是傳統中藥製劑的痼疾,這也成為中藥跨出國門的「瓶頸」。

    中藥特別是中藥複方,包含許多個化學成分,其療效是整體協同的結果,因此對其物質基礎的反映,不能僅僅從一個或幾個成分進行說明,需從整體性上進行闡述。中藥指紋圖譜具有整體、宏觀和模糊分析等特點,可以通過對中藥整體特性的描述,採取適當模糊的處理方式,達到整體質量控制的目的。,美國FDA、英國草藥典、印度草藥典、德國藥用植物學會、加拿大藥用植物學會均接受指紋圖譜的質量控制方法,這表明指紋圖譜已成為國際公認的控制中成藥、天然藥物質量的最有效的方法。因此,為實現中藥質量標準現代化並與國際接軌,國家食品藥品監督管理局已下發了中藥指紋圖譜研究要求,首先要求對中藥注射劑進行指紋圖譜研究,並正在抓緊進行指紋圖譜庫的建立工作,以逐步實現中藥材、中成藥質量標準現代化。

    中藥指紋圖譜需要結合現代分析技術手段。針對中藥指紋圖譜的研究所涉及的方法種類繁多,主要採用色譜方法分離特徵成分;採用uV、IR、NMR、MS等光譜方法鑑定化合物的結構,提高指紋圖譜的可信度。主要方法有TL C、TLCS、GC、GC—MS、HPLC、HPLC—MS、HPCE、IR、UV、NMR、x射線衍射以及DNA探針和生物色譜技術等,其中,色譜方法是主流方法,在中藥指紋圖譜研究中有著廣泛的應用。下面就目前常用的中藥指紋圖譜進行論述。

1、薄層色譜(TLC)和高效薄層色譜(HPLC)指紋圖譜

    謝培山等早在1987年就報導了人參類藥材HPLC指紋色譜圖像分析。此後,又採用TLC建立了黃連的指紋圖譜,結果顯示,各原小檗鹼型生物鹼均為靈敏度很高的亮黃色螢光斑點,是其特點;其次,表小檗鹼及黃連鹼的有無或多少則構成相應的區別。

2、氣相色譜(GC)及氣相色譜一質譜聯用(GC—MS)指紋圖譜

    毛細管氣相色譜所包含的大量特徵成分數據,猶如人類的指紋,具有特徵代表性,在中藥成分研究中主要用於中藥揮發性成分的分離、鑑別。

    吉力等用GC—MS聯用法分析了草麻黃、中麻黃和木賊麻黃揮髮油的化學成分,並測定了各成分的相對百分含量,共鑑定了127個化學成分。刑俊波等 用此方法對不同產地金銀花揮髮油進行了比較分析。

3、高效液相色譜(HPLC)及高效液相與質譜聯用(HPLC—MS)指紋圖譜

    HPLC是2O世紀6O年代開始的一項現代分析技術,是在液相色譜的技術基礎上,結合氣相色譜技術發展起來的,具有高效、快速、靈敏、重現性好、應用範圍廣等特點,目前已成為中藥質量控制的首選方法,適合於中藥複雜成分的分離、分析和指紋圖譜的建立。洪筱坤等7]在大黃的研究中,以《中華人民共和國藥典》收載的3種正品大黃的9個樣品為基準,對來自全國各地的1O個樣品進行了指紋分析。結果表明,利用正品大黃的HPLC指紋特徵易於區別非正品大黃,且與生藥鑑定結果相符。張聰等8 對中國紅參和高麗紅參進與生藥鑑定結果相符。張聰等對中國紅參和高麗紅參進行了HPLC指紋圖譜比較研究。它們相互間的色譜重疊率在65 以上,即使3個高麗紅參樣品,它們之間重疊率僅為63 ~66 ;從各樣品的8強峰來看,有8個樣品的相對面積總和在55%以上,表明國產紅參和進口高麗紅參的品質十分接近。

    張尊建等採用HPLC—UV—MS法對丹參藥材、丹參注射液中間體及丹參注射液進行指紋圖譜的研究,得到了分離較好的丹參藥材、中間體及注射液的HPLC—UV—MS指紋圖譜,為丹參藥材、中間體及注射液的質量控制提供了全面、可靠的依據。張皓冰等^1 採用HPLC—MS聯用技術,測定樣品
中麝香酮的含量,同時實現了麝香酮的定性與定量分析。

4、高效毛細管電泳(HPCE)指紋圖譜

    HPCE技術在中藥材鑑別中的應用是近幾年發展起來的,它具有高效、快速、分辨力強、重現性好的特點,在中藥質量標準制訂方面的優勢越來越明顯。用該法鑑別菟絲子、海馬、海龍獲得了成功,在黃酮苷、生物鹼的分析中,也得到了滿意的結果。王鋼力等對11種卷柏屬藥用植物進行了HPCE指紋圖譜研究,建立了18個樣品的毛細管電泳的指紋圖譜。結果顯示,各主要色譜峰的DAD光譜均顯示黃酮特徵,說明卷柏屬植物在黃酮類成分上既有共性,也存在差別,這種差別對於藥材品種的鑑別有著一定的意義。

5、傅立葉紅外光譜(FTIR)指紋圖譜

    FTIR技術作為構建指紋圖譜的組成部分,在中藥標準的構建中也發揮著相當重要的作用,尤其是這一技術作為中藥鑑別的輔助手段,近年來發展較快。周紅濤等首次運用FTIR對不同產地芍藥根部的混合化學系進行了全組份快速分析,為赤芍道地商品的鑑別及質量控制提供了可靠的依據。程存歸等採用FTIR直接測定延胡索及其偽品的紅外光譜。

6、紫外光譜(uV)指紋圖譜

    UV也是常用的分析手段之一。據報導,有人不經分離直接用UV對32種石斛粉末的氯仿液進行了測定,並利用主成分分析法進行了綜合分析,獲得了滿意的結果。隨著計算機的應用,利用導數光譜消除樣品中的一些無關吸收,排除原圖譜中的某些幹擾,更加方便快捷。

7、1H—NMR指紋圖譜:以1H—NMR指紋法鑑定植物類中藥是反映中藥的整體化學特徵和中藥多組份、作用多靶點的特點,對中藥進行的基源鑑定和品質評價的研究。在規範的提取分離程序下所獲得的中藥特徵總提物可被視為代表了植物中藥的整體化學組成。植物中藥特徵總提物的1H—NMR
指紋圖譜不僅可用於其基源鑑定,同時,將其與特徵總提取物的收率相結合,還可對植物中藥的品質作出評價。

    樣品之間由於成分含量不同造成UV和IR圖譜間的差別是不可避免的,加上提取物中難免殘留少量溶劑,其吸收峰也會對圖譜產生幹擾。這些問題在1H—NMR譜中是較容易解決的,因混合物相對成分的變化對相對標準圖譜不產生影響。因此,3種光譜法中,NMR是信息最多、重現性最好的鑑定方法。

    對環草石斛的1H—NMR指紋圖譜進行解析,結果表明不同來源的環草石斛樣品,其1H—NMR指紋圖譜有很好的重現性和高度的特徵性。

8、x射線衍射Fourier圖譜

    中藥材的x衍射Fourier圖譜是藥材中所含各種成分的衍射譜的疊加,從整體上反映一般成分和主要成分的分布概況,從而可能提供較全面的有鑑別意義的數據。x衍射既能反映中藥材整體固有結構特徵,又能表現來自局部成分變化的圖譜化與數值化。它將在衍射空間中實現中藥材的鑑定。呂楊等選用常用中藥材茜草類、貝母類、山藥類3組樣品,應用x射線粉末衍射法進行圖譜分析,獲得了可用於
標識中藥材的衍射圖形幾何拓撲規律與圖譜特徵標記峰,由此觀察到:不同產地茜草樣品的相似性及其與歐茜草的差別;同屬不同種貝母樣品的相似性與差異;不同產地山藥樣品的相似性及與偽品的區別。研究結果預示著這一方法在揭示中藥材道地性客觀規律方面的廣闊應用前景。對中藥材山
柰進行了x射線衍射Fourier圖譜分析,該研究選擇了不同產地和採集時間的植物藥山奈與苦山柰的6個樣品進行x衍射Fourier圖分析,獲得了用於山柰與苦山柰鑑別的特徵標記峰與衍射模糊圖形,成功地識別了山柰與苦山奈。研究結果表明,X衍射Fourier圖譜分析法尚可用於性狀與組織結構相似,化學成分相近的中藥材的鑑別。此外,吳雲山等應用粉末x射線衍射Fourier圖譜鑑定法對5個白芍中藥材樣品進行了分析,獲得了白芍的標準x射線衍射Fourier圖譜及特徵標記峰值。同時也顯示了x射線衍射Fourier圖譜鑑定分析方法具有廣闊的應用前景。

9、DNA指紋圖譜

    DNA分子遺傳標記技術具有快速、微量、特異性強的特點,且不受生長發育階段、供應部位、環境條件的影響,已在中藥鑑定學研究中展示了良好的應用前景。並保持了強勁的發展勢頭。

    近年來,PCR技術帶來的基因操作的變革,使PCR技術不僅在醫學、農學與進化生物學研究中廣泛應用,同時也滲透到中藥鑑定的研究和領域中。自1994年Cheng首次將任意引物PCR技術引入中藥鑑定學,幾年來結合PCR技術鑑別中藥的研究得到了極大的發展,並正在逐漸成為中藥鑑定的一種新方法一DNA分子標記鑑別。目前常用於中藥鑑定的DNA 分子遺傳標記技術有RFLP、RAPD、AP—
PCR、AFLP等。

    曹暉等用聚合酶鏈式反應方法,包括臆斷引物聚合酶鏈式反應(AP—PCR)技術和隨意引物擴增的多態性DNA(RAPD)技術,獲得了菊科地膽草屬2種植物地膽草、白花地膽草和假地膽草屬1種植物假地膽草以及4種商品苦地膽藥材DNA指紋圖譜,同時測算了其DNA指紋圖譜的相似係數,據此可區別中藥苦地膽及其混淆品白花地膽草和假地膽草。壬亞腥等從保存9年以上的藥材龜板和鱉甲中提取出DNA,並用細胞色素b基因片斷的適用引物對,通過PCR 擴增到了長約500 bp的DNA 片段,成功地對龜板和鱉甲進行了DNA指紋鑑定,為分子標記技術引進到中藥鑑定提供了基礎資料。

10、分子生物色譜指紋圖譜

    現代分子生物學的發展,逐步闡明了體內神經介質、酶、受體在生命活動中所起的調節作用。分子生物色譜是把生物體內活性物質如酶、受體、傳輸蛋白等固定於色譜填料中,利用中藥中活性成分與它們的相互作用,將色譜分離與分子生物醫學二者的新成果緊密結合起來,建立有效成分指紋分析
質量控制方法,並為組合中藥的研究提供有效分子的結構信息。對於有效成分尚未清楚的中藥,由於分子生物色譜以生物活性分子間廣譜的相互作用為基礎,也可利用其指紋分析法進行快速的質量監控。

1l、多維多息特徵譜

    中藥多維多息特徵譜主要應用在中藥分析鑑定以及確定中藥中微量活性成分和/或未知活性成分。所謂多維,即採用多種分析儀器聯用模式。目前最常用的是高效液相色譜(或毛細管電泳)一二極體陣列檢測器一質譜一質譜聯用方式。所得的多維指紋圖譜,包括了HPLC或CE所得的色譜峰圖(各個成分的保留時間);DAD所得的在線紫外光譜圖(on—line UV 圖);一級質譜圖(各個成分的質量)和二級質譜圖(某成分的特徵碎片)。所謂多息,即特徵峰應努力做到包括化學和藥效兩方面的信息。化學信息即上面提到的多維圖譜。如何使其也能包含藥效信息,可採用有效部分的概念來解決這個問題。建立多維多息特徵譜的最大優點在於能較系統、較完整地解決中藥及其製劑面臨的保證藥效和質量的難題。而且為解決中藥研究中缺乏標準品的難題提供了一條可行之路。

12、結語

    中藥指紋圖譜是使用多學科交叉、綜合技術手段對複雜物質組成體系質量穩定性進行評價的檢測方法。中藥指紋圖譜的研究充分吸取了色譜學、波譜學、基因晶片技術、現代分子生物學技術、化學、數學、計算機科學等領域內的研究成果和成就。隨著計算機信息處理技術及儀器分析技術的迅速發展,各種技術的科學性、準確性和靈敏度的提高,使現代分析技術在中藥指紋圖譜研究中的應用更加廣泛,這必將對中藥現代化的進程起到巨大的推動作用。

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