中药多维谱效关系研究思路探讨.

1、2010 年 5 月第 8 卷第 3 期Ch in J Nat Med May2010 Vol. 8 No. 3 167中药多维谱效关系研究思路探讨李云飞，程翼宇，范骁辉*浙江大学药物信息学研究所,杭州 310058【摘要】针对化学组成复杂的中药，提出研究中药多维谱效关系。运用现代 分离分析技术获取多维化学特征谱图信息，从细胞、整体动物和临床试验等不同 层面上获取药效信息，采用多维信息处理技术，辨析中药多维谱效关 系，进而建立 基于谱效相关性的中药多维药效指纹图谱，推动中药质量分析技术的创新发展。【关键词】中药质量分析；谱效关系；多元指纹图谱；多源指纹图谱【中图分类号】R917【文献标识号】A

2、【文章编号】1672-3651(201003- 0167-04doi: 10.3724/SP. J. 1009.2010.00167建立符合中医药特点的中药质量分析与评价 技术，是推进中药现代化和国际化 发展的关键任务 之一。由于中药的化学组成十分复杂，检测中药一个或几个化学 成分含量难以准确评价中药质量优 劣，因此以往的中药质量检测方法实现不了根据量”达到控制 质”的目的。化学指纹图谱分析技术（chemical fingerprinting 因其 能够表征中药的整体 特征性，引起了业内研究人员的广泛重视1-2。这一方法已 被 WHO、美国 FDA 和中国 SFDA 等认同并用于评价植物药或中

3、药质量的批次间 稳定性3-5。目前，中药指纹图谱检测一般由指纹图谱获取和相似度计算两部分组成，与药效指标无直接关联。指纹图谱相似度能够表征中药主要化学成分的整体 波动情况，但并不能确切反映中药产品药效，即不能用化学计量学相似度来评判中 药质量好坏。因此，现行色谱指纹图谱技术仅能评价各生产批次中药产品化学组成的稳定性，而难以用于评判中药产品 质量优劣。众所周知，中药疗效取决于其内含的药效物质，中药化学特征谱与其药效间存 在相关性。因此，近几年研究人员开始将化学指纹图谱与中药药效相关联，通过谱-效关系（spectrum-effect relatio nship【收稿日期】2010-04-01【基金

4、项目】浙江省杰出青年团队项目（No. R2080693【*通讯作者】范骁 辉:副研究员,浙江大学药物信息学研究所副所长,Tel: E-mail:fa nxhzju. edu. cn研究，寻找与药效相关的指纹峰或成分群，以期建立能反映中药内在质量的药 效指纹图谱，从而通过 检测中药化学指纹图谱来评价中药产品质量。因此，将色谱指纹图谱与药效评价相结合，发展药效指纹图谱检测技术已成中药质量分析技术领 域的前沿研究方向。迄今为止，国内多个单位科研人员已在中药谱效关系研究领域进行了有益探索。如钱俊等6-7分别运用 HPLC 和 GC 方法研究了加味四妙丸有效部位 群中指 纹

5、图谱共有峰与组方药材有效部位及药效的相关性，表征加味四妙丸有效部位群药 效物质基础。许良等8用多元线性回归分析法分析森登汤化学数据和抗炎镇痛药理数据，根据蒙药森登汤的谱 效关系，辨识森登汤的药效物质基础。郭承军等9以小鼠流感模型为对象，研究金银花抗流感病毒作用的谱效关系及药效物质基础。 卢红梅等10在鱼腥草注射液指纹图谱研究的基础上，对其抗炎作用进 行研究，建 立了能体现疗效的中药药效组分指纹图 谱。刘荣华11等研究了山楂叶 HPLC 指 纹图谱与其 抗大鼠中性粒细胞（PMN 呼吸爆发活性之间的相互 关系。建立了一种 融化学分析与生物活性评价为一体的综合质量评价体系。薛飞群等12 通过测定 中

6、药复方n-103 提取物抗球虫活性及建立相关的指纹 图谱，利用数理统计学手段 研究中药复方化学指纹图谱中所含信息与药效之间的关系，结果显示指纹图谱中某些特征峰与其抗球虫活性之间存在着显 著的相关性。孔维军等13研究发现，左金丸及类方李云飞，等 / 2010, 8(3: 167- 170168 Chi n J Nat Med May 2010 Vol. 8 No.32010 年 5 月第 8 卷第 3 期水提液的特征指纹图谱与大肠杆菌生长代谢的生物热活性存在良好的相关性，方中吴茱萸次碱、盐酸巴马汀、盐酸小檗碱的含量差异是导致其生物热活性不同的主要原因。林立等14运用数理统计方法将药理数据和 HP

7、LC 图谱中各色谱峰 面积相关联，研究了泻白散 HPLC 图谱中各峰与其药理作用的相 关性。窦志华等 15研究了复方五仁醇胶囊及药材的 含药血清指纹图谱,同时考察了其对 CCL 4 诱导损伤的肝细胞增值（MTT 法及丙氨酸氨基转移酶（ALT 泄漏的影响,通过谱效关 系分析，阐明复方 五仁醇胶囊保肝作用的药效物质基础。沈岚等16对芍药甘草各效应组分 8 组不同配比给药后大鼠血 清的胃底肌条解痉实验，获得各组抑制率，将 其与各组血清 HPLC 指纹图谱进行相关研究，发现芍药甘草复方大鼠给药后的解 痉活性成分。中药谱效关系研究的基础是获取准确的谱”和效”信息。由于许多中药产品的化学组成相当复杂，且各

8、类药效成分之间理化性质差异较大，作用靶点和作用 途径也不尽相同，因此如何获取能全面 反映中药化学组成的 “谱”和反映中药疗效 的效”是中药谱效关系研究的关键点。当中药化学物质体系比较复杂时，单张化学指纹图谱往往难以完整地反 映出中药产品的化学组成特征4-5,如果仅根据单 张指纹图谱进行谱效关系研究，虽可简化问题，但可能出现谱效不对应情况，无法 建立药效指纹图 谱。笔者在国家 十五”科技攻关项目研究中发现，单张 HPLC 谱 图无法完整地表征出复方丹参滴丸的 化学组成特征，为此提出了 多元指纹图谱”（mul-tiple fingerprinting技术概念，开发了基于信息融合 的多元指纹图谱相似

9、度计 算方法17,分别建立了丹 参酚酸类成分和三七皂苷类成分的 HPLC 指纹图谱，并 据此构建了复方丹参滴丸多元 HPLC指纹图谱180作为多元指纹图谱技术理念的自然延伸，多源指纹图谱” （multiresource fin gerpri nting 被提出,并与多元指纹图谱共同 组成 多 维指纹图谱”（multidimensional fingerprinting 技术体系。与多元 指纹 图谱技术相比，多源指纹图谱更侧重使用不同仪器分析方法（检测器来获取样品化 学信息，通过综合多种仪器分析方法，建立信源不同、信息互补 的多张指纹图谱，以便完整地表征复杂物质体系的 整体化学特征。因此，通过多

10、维谱效关系研究，有 望解决化学组成复杂中药的质量分析难题。如图 1 所示，中药多维谱效关系研究主要包括多维指纹图谱获取（含认证与验证、多指标药效检测和多维谱效关系辨 识。1 多维指纹图谱获取、认证与验证方法研究前已述及，中药多维谱效关系研究的关键是获 取多维指纹图谱。近年来，已有 一些研究者对多元 或多源指纹图谱进行了探索研究。如 Qi LW 等利用 DAD 和ELSD 检测器,同时分析了中药黄芪19及含黄芪中药制剂20中的黄酮类成分和 皂苷类成分。Yi L 等利用多种检测器串联,分析了中药复方“当归补血汤”中的 黄酮类、皂苷类、有机酸类和挥发 油类物质21。Li YP 等22利用 HPLC-

11、DAD 和 GC-MS 分析了中药红毛七中不同类型的生物碱。目前这类研究大多关注于如何获取多张色谱指纹图谱，而没有涉及其他方面研究，如认证方法（即证明所获得 的 色谱图具有指纹性、验证方法（即仪器分析方法的方法学验证以及多张谱图的比 对计算方法研究等。本制备化学分析药效检测谱效关系辨识图 1 中药多维谱效关系研究示意图研究建立中药多维指纹图谱，需要综合多学科李云飞，等 /2010, 8(3: 167-1702010 年 5 月 第 8 卷第 3 期 Chin J Nat Med May 2010 Vol. 8 No. 3169技术手段，特别是对不同样品预处理方法进行比较 研究，以便尽可能地发挥

12、各 张谱图信息互补的优势 以及减少各谱图的信息重叠。另外，与常规的单张 指纹图 谱技术相比，如何保证多维指纹图谱所获取的信息是样品中具有代表性的特征成分 是多源指纹图谱研究的另一难点。2 多指标药效检测方法研究如何建立即能达到一定通量，又符合和体现中医药理论（如君臣佐使的多指标 药效检测方法，是中药多维谱效关系研究的关键环节。笔者认为，应当根据中药产品临床适应症和所涉及的相关作用靶位或靶点，从整体、器官、细胞和分子生物学等不同层次和水平开展药理学研究，寻找能够较准确 反映中药药效及功能主治，并 具备快速、准确、样 品用量小的活性筛选指标，建立中药体内外多指标 药效检测 方法。为提高药效检测的通

13、量，可以引入 系统生物学等研究手段，探索建立基于体 外细胞模型 （in vitro甚至计算模型（in sillico 的多指标药效检测方法,并采用整体 动物模型（in vivo 对谱效关系 辨识结果进行验证。3 多维谱效关系辨识方法研究中药多维谱效关系研究的核心内容是辨识多维谱效关系。从谱效相关性出发 构建药效指纹图谱，关键在于确定与药效相关的色谱指纹峰（即药效指纹峰。若 将色谱指纹峰和药效指标分别视为自变量 与因变量，则辨认药效指纹峰可视为筛选 与因变量呈相关关系的自变量。因此，可使用逐步回归分析等算法来建立药效指 纹图谱。笔者认为，通过对中药多维化学特征谱与药效间相互关系进行定量数 学 描

14、述，可探索中药化学特征谱与药效间的相随变 化规律，辨识出药效指纹峰，从而 建立中药药效指 纹图谱。所涉及的建模方法包括多元线性回归、偏 最小二乘回 归、人工神经网络和支持向量机等；其中药谱效关系模型可以是隐式或显式的，模 型的自变量既可以是谱图中所有谱峰，也可以是辨识得到 的药效组分峰。需要指 出，中药多维谱效关系辨识 的难点还在于，对于来自不同途径的多张子图，选择何 种方法计算权重，如何剔除其中的冗余信息等。药效指纹图谱检测技术已成为中药质量分析领域的重要研究方向。本 文提出，通过分别获取多维化学特征谱图信息和药效信息，建立基于谱效相关性的 中药多维药效指纹图谱，用于评价中 药产品质量。与现

15、有的相关研究思路相比，多 维药效指纹图谱技术能更全面和完整地表征中药的化 学组成特征及其与药效相关 性，充分反映中药产品 内在质量，有望解决化学组成复杂中药的质量分析 难题。参考文献1 Cheng YY, Che n MJ, Tong WD. An approach to comparative an alysis ofchromatographic fingerprints for assuring the quality of botanical drugsJ. J Chem InfComput Sci, 2003, 43（3: 1068-1076.2 Che ng YY, Che n M

16、J, Welsh WJ. Fractal fin gerpri nting of chromatographicprofiles based on wavelet analysis and its application to characterize the quality grade ofme-dici nal herbsJ. J Chem Inf Comput Sci, 2003, 43（6: 1959-1965.3 WHO. General guidelines for methodolagies on research and evaluation oftraditio nal me

17、dici neM. Gen eva: World Health Orga ni zati on, 2002.4 FDA. Guida nee for in dustry bota ni cal drug productsM. Cen ter for DrugEvaluation and Research （CDER, 2000.5 中国药品与食品监督管理局（SFDA.中药注射剂指纹图 谱技术要求（草案M. SFDA, 2000.钱俊（Qian J,尹莲（Yin L.加味四妙丸有效部位群 HPLC 指纹图谱归属分 析及谱效关系研究J.世界科学技 术一中医药现代化（World Sci Techno

18、l Mod Tradit Ch in Med ,2007, 9（1: 40-45.7 尹莲（Yin L,钱俊（Qian J.加味四妙丸有效部位群 GC 指纹图谱谱效关系及 配伍变化研究J.中成药（Chin Tradit Pat Med, 2007, 29（9: 634-637.8 许良（Xu L,毕开顺（Bi KS.多元线性回归分析法在蒙 药森登汤谱效关系解 析中的应用J.计算机与应用化学（Comp Appl Chem, 2008, 25（10: 1189-1192.9 郭承军（Guo CJ,石俊英（Shi JY.金银花抗小鼠流感作 用的谱效关系研究J. 中药药理与临床（Pharmacol C

19、lin Chin Mater Med, 2009, 25（4: 50-52.10 卢红梅（Lu HM,梁逸曾（Liang YZ,钱频（Qian P.鱼腥草注射液质量控制 中的谱效学初步探讨J.药学学报（Acta Pharm Sin, 2005, 40（12: 1147-1150.11刘荣华（Liu RH,余伯阳（Yu BY,陈兰英（Chen LY,等.山楂叶抗大鼠 PMN 呼吸爆14发谱效关系研究J.中国中药 杂志（China J Chin Mat Med, 2008, 33（15: 1884- 1889.12薛飞群 （Xie FQ,费陈忠 （Fei C 乙张丽芳 （Zhang LF,等.中药

20、复方 TF-103 抗球虫活性与指纹图谱组效关系研究J.中国兽药杂志（Chin J VetDrug, 2006, 4（3: 1-5.13孔维军（Ko ng WJ,赵艳玲（Zhao YL,山丽梅（Shan LM,等.左金丸及类方HPLC 指纹图谱与生物热活性的谱-效”关系研究J.化学学报（Acta Chem Sin,2008, 62（22:李云飞，等/2010, 8(3: 167- 170170 Chi n J Nat Med May 2010 Vol. 8 No.32010 年 5 月第 8 卷第 3 期2533-2538.林立（Lin L,刘晓秋（Liu XQ.泻白散 HPLC 谱效关系 初

21、探J.中国现代中药（Mod ChinMat Med, 2009, 11（8: 35-37.15窦志华（Dou ZH,罗琳（Luo L, 丁安伟（Ding AW,等.复方五仁醇胶囊含药血清 指纹图谱与保肝作用的谱效关 系J.第四军医大学学报（J Fourth Mil Med Univ, 2008, 29（2:116-118.16沈岚 （Shen L,张梁 （Zhang L,冯怡 （Feng Y,等.芍药甘草复方效应组分谱效关 系研究J.中国中药杂志（Chi na J Ch in Mat Med, 2008, 33（22: 2658-2662.17范骁辉（Fan XH,叶正良（Ye ZL,程翼宇（

22、Cheng YY.基于信息融合的中药多元 色谱指纹图谱相似性计算方法J.高等学校化学学报（Chem J Chin Univ, 2006, 27（1:26-29. 18Fan XH, Cheng YY, Ye ZL, et al. Multiple chromatographic fingerprint and itsapplication to the quality control of herbal medicinesJ. Anal Chim Acta, 2006, 555（2:217-224.19Qi LW, Yu QT, Li P, et al. Quality evaluation

23、of Radix As-tragali through a simulta neousdeterm in ati on of six majoractive isoflav ono ids and four main sap onins by high-performa nee liquidchromatography coupled with diode array and evaporative light scatteri ng detectorsJ. JChro-matogr A, 2006, 1134（1-2: 162-169.20 Qi LW, Yu QT, Yi L, et al

24、. Simulta neous determi nation of 15marker con stitue nts in various Radix Astragali preparati ons by solid-phase extractionand high-performance liquid chromatography.J Sep Sci, 2008, 31(1: 97-106.21 Yi L, Qi LW, Li P, et al. Simulta neous determ in ati on of bio-active con stitue nts inDanggui Buxu

25、e Tang for quality con-trol by HPLC coupled with a diode array detector, anevapo-rative light scatteri ng detector and mass spectrometryJ. Anal Bioa nal Chem, 2007,389(2: 571-580.22 Li YP, Hu Z, He L. An approach to develop bi nary chroma-tographicfin gerpri nts of the total alkaloids from Caulophyl

26、-lum robustum by high performa nce liquidchromatogra-phy/diode array detector and gas chromatography/mass spectrometryJ. JPharm Biomed An al, 2007, 43(5: 1667-1672.A Strategy for Multidime nsional Spectrum-effect Relati on-ship of Traditi onal Chin eseMedici neLI Yun-Fei, CHENG Yi-Yu, FAN Xiao-Hui*Pharmaceutical In formatics In stitute, Zhejia ng Uni versity, Han gzhou 310058, Chi naABSTRACT In this paper, a strategy for research on multidime nsional spectrumeffe