中藥材指紋圖譜研究進(jìn)展

袁琴琴

摘要 詳細(xì)概述了中藥材指紋圖譜的概念、特點(diǎn)、研究現(xiàn)狀、建立方法和評(píng)價(jià)方法，為指紋圖譜技術(shù)在中藥材上的應(yīng)用提供了一定參考。

關(guān)鍵詞 指紋圖譜；研究現(xiàn)狀；建立方法；評(píng)價(jià)方法

中圖分類號(hào) R284.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2017）04-0132-03

Research Progress on Fingerprint of Traditional Chinese Medicine

YUAN Qin-qin

（Life Sciences Department of Heze University， Heze， Shandong 274000）

Abstract The concept， characteristics， research status， establishment and evaluation method of fingerprint of traditional Chinese medicine were reviewed in detail， which will provide a certain reference for application of fingerprint technology in traditional Chinese medicine.

Key words Fingerprint；Research status；Establishment method；Evaluation method

我國(guó)中藥材品種眾多，資源豐富，為了更好地控制中藥材質(zhì)量，確保用藥安全，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)中藥的現(xiàn)代化和國(guó)際化，如何找到一個(gè)既符合中醫(yī)臨床傳統(tǒng)用藥習(xí)慣，又能很好地保證中藥材內(nèi)在特性，進(jìn)而提高現(xiàn)行中藥質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)含量，一直是人們研究的熱點(diǎn)[1]。隨著現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，質(zhì)量控制方法已經(jīng)從傳統(tǒng)的手摸、眼觀等感官檢查發(fā)展到理化鑒別、顯微鑒定、光譜和色譜等技術(shù)進(jìn)行中藥材質(zhì)量控制[2-3]。目前，中藥指紋圖譜技術(shù)作為中藥材質(zhì)量控制的方法已成為一種國(guó)際共識(shí)，在中成藥生產(chǎn)、檢驗(yàn)和研究過程中發(fā)揮著越來越重要的作用[4]。筆者對(duì)中藥材指紋圖譜的概念、特點(diǎn)、研究現(xiàn)狀、建立方法、評(píng)價(jià)方法進(jìn)行詳細(xì)的概述，以期為指紋圖譜技術(shù)在中藥材上的應(yīng)用提供參考。

1 中藥指紋圖譜的概念及特點(diǎn)

1.1 概念

中藥指紋圖譜是指某種中藥材或中成藥經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚砗?，運(yùn)用現(xiàn)代分析技術(shù)對(duì)其化學(xué)成分的信息進(jìn)行表征并加以描述，進(jìn)而得到能夠標(biāo)志該中藥材或中成藥特征的色譜圖或光譜圖，是一種綜合的、可量化的化學(xué)鑒定手段。中藥指紋圖譜可以鑒別某種藥材真?zhèn)位虍a(chǎn)地的“共性”，并且可以評(píng)價(jià)這種藥材或中藥材半成品的質(zhì)量的穩(wěn)定性、真實(shí)性以及優(yōu)良性，它強(qiáng)調(diào)的是同一中藥材的相似性，而不強(qiáng)調(diào)個(gè)體的唯一性[5-6]。因此中藥指紋圖譜對(duì)于促進(jìn)中藥材的現(xiàn)代化發(fā)展和提高其質(zhì)量具有十分重要的作用。

1.2 特點(diǎn)

1.2.1 系統(tǒng)性。系統(tǒng)性是指指紋圖譜中所顯示出來的信息包含了這種藥材的大部分成分。

1.2.2 特征性。特征性是指指紋圖譜中所顯示出來的諸如保留時(shí)間、相對(duì)保留時(shí)間等信息應(yīng)具有的較強(qiáng)的選擇性。這些信息經(jīng)過綜合的分析后，能夠區(qū)分該中藥材的優(yōu)劣、來源以及判別真?zhèn)?，使這一指紋圖譜能夠成為某一中藥材的“化學(xué)條碼”。

1.2.3 穩(wěn)定性。穩(wěn)定性是指所建立的指紋圖譜在規(guī)定的方法、條件下，即不同操作者、不同實(shí)驗(yàn)室所重復(fù)做出的指紋圖譜應(yīng)在所允許的誤差范圍內(nèi)，以體現(xiàn)其通用性和實(shí)用性。只有圖譜的特征峰能保持相對(duì)的穩(wěn)定，才能有效控制其樣品的質(zhì)量[7-8]。

2 指紋圖譜的發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，中藥質(zhì)量的控制已從化學(xué)成分定量分析發(fā)展到整體質(zhì)量評(píng)價(jià)的階段，因此在中藥質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)過程中指紋圖譜技術(shù)就起到了十分重要的作用[9]。20世紀(jì)80年代中藥指紋圖譜技術(shù)就已經(jīng)用于中藥質(zhì)量的檢測(cè)，如采用薄層色譜、紅外光譜等來制訂某種中藥材或中成藥的指紋圖譜[10]。隨著中藥現(xiàn)代化的深入發(fā)展，中藥指紋圖譜引起中藥領(lǐng)域科研人員的極大關(guān)注[11]。2001年在廣州舉行的有關(guān)指紋圖譜的研討會(huì)議起了引導(dǎo)作用，促使國(guó)家藥品監(jiān)督管理局正式將指紋圖譜的研究納入考察某一中藥材質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的行列中[12]。在國(guó)外，許多國(guó)家也將指紋圖譜的技術(shù)作為中藥質(zhì)量控制的手段，日本在20世紀(jì)80年代就使用高效液相指紋圖譜作為控制中藥材質(zhì)量的方法，在印度和美國(guó)的草藥典也將指紋圖譜作為評(píng)價(jià)中藥材質(zhì)量好壞的方法之一。因此，運(yùn)用中藥指紋圖譜的方法控制中草藥質(zhì)量已經(jīng)被國(guó)際公認(rèn)[13-16]。

3 中藥指紋圖譜建立的方法

3.1 紫外光譜法（UV）

紫外光譜法較適用于中藥材內(nèi)含有較強(qiáng)紫外吸收能力的物質(zhì)，但中藥材化學(xué)成分復(fù)雜，紫外光譜各吸收峰疊加現(xiàn)象明顯，特征性不足。因此可通過導(dǎo)數(shù)光譜尋找隱藏的吸收峰，從而提高紫外光譜法的特征性和分辨率[17]。徐瀾等[18]利用紫外光譜法測(cè)定了酪氨酸的含量，結(jié)果較為滿意。

3.2 紅外光譜法（IR）

紅外光譜法是對(duì)藥品鑒定的一種權(quán)威的分析技術(shù)，它的原理是利用物質(zhì)的分子對(duì)紅外輻射的吸收能夠得到與分子結(jié)構(gòu)相似的紅外光譜圖。紅外光譜有很高的特征性，每一個(gè)化合物都有其獨(dú)特的紅外光譜。然而對(duì)中草藥而言，每一種藥材的成分都非常復(fù)雜，它的紅外光譜就是疊加所有化學(xué)成分的紅外光譜。傅興圣等[19]利用紅外光譜法建立了13個(gè)地點(diǎn)的生磁石樣品的指紋圖譜，結(jié)果表明，13批生磁石樣品的共有峰在指紋圖譜上均有體現(xiàn)，通過夾角余弦法計(jì)算其相似度較好，可以為磁石的質(zhì)量評(píng)價(jià)提供一定的依據(jù)。

3.3 核磁共振指紋圖譜

核磁共振方法的原理是利用中藥材有效成分中特定的元素原子，用其吸收電磁的輻射進(jìn)而得到這種藥材的核磁共振指紋圖譜，在色譜圖中的縱坐標(biāo)則為峰的強(qiáng)度，橫坐標(biāo)為吸收的頻率。這種方法所需樣品量少、掃描的時(shí)間短，而且結(jié)果具有很高的重復(fù)性和穩(wěn)定性[20]，因此在中藥指紋圖譜中這種方法的應(yīng)用比較廣泛。孫慶雷等[21]利用核磁共振指紋技術(shù)獲得黃芩提取物的指紋圖譜，試驗(yàn)結(jié)果表明，此方法建立的不同批次黃芩的核磁共振指紋圖譜重復(fù)性和特征性都較好，可以為黃芩鑒別真?zhèn)翁峁┮罁?jù)。

3.4 薄層色譜（TLC）指紋圖譜

薄層色譜法具有操作簡(jiǎn)便、快速分離、檢測(cè)時(shí)間易于掌控等優(yōu)點(diǎn)，是最早也是現(xiàn)在最普遍的一種研究中藥指紋圖譜的方法。這種方法的原理是將吸附劑涂于薄層板上，使其成為一個(gè)均勻薄層，然后將供試品溶液用毛細(xì)管點(diǎn)樣，干燥后將薄層板放入含有合適展開劑的展開槽內(nèi)，以使供試品所含的成分分離，按同樣的方法處理對(duì)照物，對(duì)中藥材的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)[22-23]。在《中華人民共和國(guó)藥典》中有很多的藥材是選用薄層色譜的方法來鑒別，但薄層板的制備、展開劑的配比比例等諸多的因素對(duì)薄層色譜檢測(cè)有一定的影響，這就限制了薄層色譜方法在中藥材研究中的應(yīng)用[24]。丁平等[25]利用薄層色譜法建立了靈芝三萜類化合物的薄層色譜指紋圖譜，取得了較滿意的結(jié)果。

3.5 高效液相色譜法（HPLC）

高效液相色譜是以液體為流動(dòng)相的，采用高壓輸送系統(tǒng)，根據(jù)不同的化學(xué)成分在流動(dòng)相和固定相吸附、解吸附的能力不同而達(dá)到分離目的的一種方法。高效液相色譜具有適用范圍廣、高速、高效、靈敏、重現(xiàn)性好的優(yōu)點(diǎn)，并且不受樣品沸點(diǎn)、穩(wěn)定性、分子量大小的限制，因此在藥物分析、食品分析、污染分析、化工分析以及生物制藥領(lǐng)域中應(yīng)用非常廣泛，在《中華人民共和國(guó)藥典》中共有超過約400種的中藥質(zhì)量控制和超過600種化學(xué)合成藥物應(yīng)用高效液相色譜法[26-27]。

高效液相采用很多新型的檢測(cè)器，其中最常見的是二極管陣列檢測(cè)器，利用這種檢測(cè)器可得到某種成分的三維圖譜，因此這種技術(shù)更適用于分析多種復(fù)雜成分在紫外光區(qū)均有吸收的藥物；另外，高效液相的方法和質(zhì)譜技術(shù)的聯(lián)用使其靈敏度得到顯著提高，這種技術(shù)使HPLC高效的分離能力與質(zhì)譜（MS）的高度選擇性、靈敏性相結(jié)合，因此不但彌補(bǔ)了紫外檢測(cè)的不足，還可以提供化學(xué)成分的結(jié)構(gòu)信息，為進(jìn)一步分析復(fù)雜樣品的成分分析成為可能[28-29]?；谝陨系膬?yōu)點(diǎn)，高效液相色譜法已廣泛用于中藥指紋圖譜的建立，作為其質(zhì)量控制的標(biāo)準(zhǔn)為中藥材的鑒別以及質(zhì)量的評(píng)價(jià)提供了更全面和可靠的依據(jù)[30]。馬金花等[31]采用色譜柱 PLATISIL ODS（250.0 mm×4.6 mm，5.0 μm）、甲醇-0.2%磷酸水為流動(dòng)相進(jìn)行梯度洗脫，建立了重慶不同產(chǎn)地杜仲葉的HPLC指紋圖譜，結(jié)果顯示，HPLC方法具有很好的重現(xiàn)性、穩(wěn)定性，因此可以為控制杜仲葉的內(nèi)在品質(zhì)提供有效可靠的依據(jù)。

3.6 氣相色譜（GC）指紋圖譜

氣相色譜以氣體為流動(dòng)相，具有高效、高靈敏、高選擇性、進(jìn)樣量少等優(yōu)點(diǎn)，主要用于含有揮發(fā)性成分物質(zhì)的鑒別。通常與質(zhì)譜技術(shù)聯(lián)用，這種聯(lián)用技術(shù)不但可以區(qū)分不同中藥材中揮發(fā)性成分的差異，還可以鑒定被檢測(cè)成分的結(jié)構(gòu)，缺點(diǎn)是僅適用于低沸點(diǎn)的物質(zhì)[32]。

田吉等[33]采用GC-MS的方法建立了11批金銀花藥材的氣相色譜指紋圖譜，通過試驗(yàn)結(jié)果得出該方法有較好的穩(wěn)定性和重復(fù)性，并對(duì)11批金銀花藥材進(jìn)行了相似度分析，為評(píng)價(jià)金銀花品質(zhì)提供了一定的依據(jù)。

3.7 高速逆流色譜（HSCCC）指紋圖譜

高速逆流色譜法是國(guó)際上一種新型的液-液分配的逆流色譜技術(shù)[34]，此方法不使用固相的載體作固定相，因此克服了固相載體帶來的樣品損失、吸附、峰形拖尾、污染等缺點(diǎn)。高速逆流色譜法具備回收率高、超載制備能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，因此特別適合用于分離極性大的化合物?，F(xiàn)在HSCCC技術(shù)在國(guó)內(nèi)對(duì)中藥材分析方面的應(yīng)用還處于開始階段，但這一技術(shù)的應(yīng)用前景非常廣闊[35-36]。顧銘等[37]采用HSCCC技術(shù)分離丹參脂溶性成分，并且通過分光光度計(jì)和液質(zhì)聯(lián)用的技術(shù)對(duì)高速逆流方法分離出來的成分進(jìn)行鑒定，結(jié)果顯示，建立中藥指紋圖譜時(shí)選用HSCCC法是可行的。

3.8 高效毛細(xì)管電泳（HPCE）指紋圖譜

HPCE方法是電泳和色譜結(jié)合起來的一項(xiàng)新型高效分離的色譜技術(shù)，也是目前發(fā)展最快的一種分離技術(shù)。它具有高柱效、速度快、進(jìn)樣量小、抗污能力強(qiáng)、前處理簡(jiǎn)單、成本低、選擇性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。HPCE建立指紋圖譜有很多的優(yōu)點(diǎn)，但也存在一定的不足，如重現(xiàn)性差，謝瑩等[38]提出采用對(duì)照品校正和保留指數(shù)等方法來提高高效毛細(xì)管電泳的重現(xiàn)性。程偉等[39]采用高效毛細(xì)管電泳法構(gòu)建了5個(gè)不同產(chǎn)地連錢草的指紋圖譜，結(jié)果表明，這5批次連錢草藥材共有峰有16個(gè)，各個(gè)樣品圖譜的峰重疊率低于60.3%，主要化學(xué)成分種類和質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同產(chǎn)地差異較大；該試驗(yàn)的穩(wěn)定性、重復(fù)性較好，可以作為控制連錢草藥材質(zhì)量的方法。

3.9 DNA指紋圖譜

目前，DNA指紋圖譜技術(shù)發(fā)展迅速，這一方法采用的是PCR技術(shù)合成DNA片段，而不同生物樣品中DNA片段數(shù)目不等、大小也不相同，利用這種差異進(jìn)行鑒別所形成的指紋圖譜稱為DNA指紋圖譜[40]。這一技術(shù)具有類似于人指紋的高變異性、簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、多位點(diǎn)性的特點(diǎn)，因而自其誕生就引起了人們的高度重視，是中藥品種鑒別中一種非常準(zhǔn)確而又可靠的技術(shù)[41-42]。目前，通常采用隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)DNA、擴(kuò)增片段長(zhǎng)度多態(tài)性DNA、限制性內(nèi)切酶片段長(zhǎng)度多態(tài)性DNA進(jìn)行中藥材DNA指紋圖譜的構(gòu)建[43]。李明軍等[44]采用RAPD標(biāo)記的方法，對(duì)17 種淫羊藿植物的DNA 指紋圖譜進(jìn)行分析，結(jié)果表明，17種淫羊藿植物均具有各自特有的譜帶、共同擁有的譜帶和共同缺失的譜帶，這些譜帶可為淫羊藿物種的鑒別提供準(zhǔn)確有效的資料。

4 中藥指紋圖譜的評(píng)價(jià)方法

如何對(duì)所得到的指紋圖譜進(jìn)行分析，繼而獲得最全面有價(jià)值的信息，在指紋圖譜圖的研究工作中也是非常重要的。中藥指紋圖譜2個(gè)最基本的屬性是“整體性”和“模糊性”，因此對(duì)中藥指紋圖譜的評(píng)價(jià)時(shí)，首先應(yīng)從指紋圖的“整體性”出發(fā)，即盡可能把圖譜中所包含全部信息顯示出來；“模糊性”的重點(diǎn)是指待測(cè)樣品與對(duì)照品圖譜之間的相似性，而不是完全一致的去追求細(xì)枝末節(jié)。

4.1 直觀分析比較法

這種方法是指應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)品與待測(cè)樣品的圖譜外觀和所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)直接比較，這種方法通過視覺直接對(duì)比、分析和判斷，具有強(qiáng)烈的主觀性，此法僅適用于干樣品的定性快速鑒別或?qū)D譜中數(shù)據(jù)比較少的情況，但目前比較少采用此法進(jìn)行指紋圖譜的評(píng)價(jià)。

4.2 相似度計(jì)算法

相似度計(jì)算法常用的2種方法是夾角余弦和相關(guān)系數(shù)法[45]。

夾角余弦法是將中藥材的指紋圖譜數(shù)據(jù)看作多維空間向量，是指指紋圖譜特征變量上的變化模式的相似度，它體現(xiàn)一種成比例相似性的關(guān)系，可以為中藥材鑒別真假相似性提供信息[46]。王龍星等[47]運(yùn)用夾角余弦法對(duì)不同產(chǎn)地的11批吳茱萸的HPLC指紋圖譜進(jìn)行了相似度評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示，利用夾角余弦法能夠較好地評(píng)價(jià)11批吳茱萸指紋圖譜之間的相似性。夾角余弦法的計(jì)算公式如下：

Cir=mk=1Xik·Xrk（mk=1X2ik）（mk=1X2rk）

相關(guān)系數(shù)法與變量的單位無關(guān)，對(duì)各個(gè)特征的變量值不敏感，特征變量的變化模式受變量值相互間的差異影響不大。此方法是測(cè)量各個(gè)樣品之間在特征變量上的相似性狀的相似度，不但可鑒別樣品的真?zhèn)蝺?yōu)劣，而且可以提供一定信息的相似度[48]。公式如下：

rir=mk=1（Xik-）（Xrk-）（mk=1（Xik-）2（mk=1（Xrk-）2

4.3 模式識(shí)別法

模式識(shí)別（Pattem recognition）是用機(jī)器替代人對(duì)事物進(jìn)行分析、判別和描述，是從化學(xué)計(jì)量學(xué)分離出來的一種數(shù)學(xué)方法。它的作用是識(shí)別出某個(gè)樣品與其他樣品之間的關(guān)系，也就是說在一定觀測(cè)的基礎(chǔ)上把某種樣品劃分到屬于自己的模式中。它劃分的標(biāo)準(zhǔn)可以采用UV、HPLC、GC、MS等方法對(duì)樣品中所含化學(xué)組成成分進(jìn)行測(cè)定，然后分類[49]。模式識(shí)別的結(jié)果是能夠?qū)ξ粗臉悠愤M(jìn)行分類和歸屬，模式識(shí)別還能對(duì)無法直接測(cè)量物質(zhì)隱含的性質(zhì)進(jìn)行辨別給定的事物或與其相似或相同的事物，模式識(shí)別也能夠理解成是模式分類，就是把樣品分幾類，然后判斷某種事物是屬于哪一類。模式識(shí)別可以使人們?cè)诩词褂绊懸蜃臃浅６嗟那闆r下也能夠?qū)Χ喾N問題進(jìn)行恰當(dāng)?shù)奶幚?，通過使用計(jì)算機(jī)的技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理總結(jié)，找出目標(biāo)與眾多因子之間的特定聯(lián)系。

5 展望

目前，中藥指紋圖譜技術(shù)作為評(píng)價(jià)中藥材品質(zhì)的最佳手段，越來越受到重視，但在建立指紋圖譜的過程中也存在著許多不穩(wěn)定的因素[50]，如何減少這些因素的影響是建立相對(duì)穩(wěn)定的指紋色譜有待解決的難題。首先樣品的采集地點(diǎn)、品種、預(yù)處理以及采收季節(jié)等原因?qū)χ兴幉牡幕瘜W(xué)成分都有一定的影響，因此對(duì)中藥材建立規(guī)范的GAP管理就顯得至關(guān)重要，如從進(jìn)行藥材的選種、采收等方面都要進(jìn)行嚴(yán)格的規(guī)范。其次對(duì)指紋圖譜方法學(xué)考察也是建立穩(wěn)定指紋圖譜的必要條件。只有盡可能消除不穩(wěn)定因素，才可以保證所建立的指紋圖譜具有重復(fù)性、專屬性和唯一性等[51]。

中藥指紋圖譜用于中藥材的研究還在初始的探索階段，雖然存在著一些問題，但隨著現(xiàn)代分析技術(shù)的不斷發(fā)展以及多學(xué)科的相互滲透等原因，中藥指紋圖譜將逐步能真正地反映中草藥利用的安全性，在中藥質(zhì)量控制的領(lǐng)域有十分廣闊的前景。

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