中藥指紋圖譜中常用的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法

張艷欣 吳佩穎 王丹丹

摘 要 本文從藥材質(zhì)量?jī)?yōu)劣鑒別、產(chǎn)地判定等方面介紹了中藥指紋圖譜中常用的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，旨在更好地評(píng)價(jià)中藥質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 中藥指紋圖譜 數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法 中藥評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：R288 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C 文章編號(hào)：1006-1533（2019）09-0074-04

Mathematical statistical methods commonly used in fingerprints of TCM

ZHANG Yanxin1*， WU Peiying1**， WANG Dandan2（1. Shanghai University of Traditional Chinese Medicine， Shanghai 201203， China； 2. SPH Xing Ling Science & Technology Pharmaceutical Co.， Ltd.， Shanghai 201703， China）

ABSTRACT This paper introduces the commonly used mathematical statistics methods in the identification of raw materials and the determination of origin， and aims to better evaluate the quality of traditional Chinese medicine.

KEY WORDS TCM fingerprint； quantitative method； Chinese medicine evaluation

中藥質(zhì)量控制和評(píng)價(jià)是中藥現(xiàn)代化的瓶頸，中藥多成分的復(fù)雜性決定了傳統(tǒng)的單一成分或單指標(biāo)評(píng)價(jià)難以全面表達(dá)中藥的質(zhì)量，指紋圖譜技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，對(duì)中藥組分所共有成分或特異性成分均可有效地反映[1]，可宏觀和量化地對(duì)中藥展開(kāi)質(zhì)控分析[2]，并已成為國(guó)際公認(rèn)的評(píng)價(jià)和控制中藥質(zhì)量的有效方法[3]。中藥成分復(fù)雜，有效物質(zhì)與無(wú)效物質(zhì)混雜且組分差異明顯，傳統(tǒng)的化學(xué)方法不能快速準(zhǔn)確地完成定性與定量等分析，引入數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，可對(duì)中藥指紋圖譜分析中出現(xiàn)的多指標(biāo)、高維和大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)間的內(nèi)在規(guī)律，以更好地實(shí)現(xiàn)中藥質(zhì)量的有效控制[4]。本文概述了中藥指紋圖譜中常用的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，并對(duì)其在中藥指紋圖譜中多個(gè)方面的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)單總結(jié)概括，旨在為中藥質(zhì)量研究提供啟示。

1 數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法簡(jiǎn)介

數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法是中藥質(zhì)量評(píng)價(jià)中的常用方法，可以處理分析多組變量，把握事物的特征及其發(fā)展規(guī)律，完成總體參數(shù)估計(jì)的修正以及統(tǒng)計(jì)推斷。中藥指紋圖譜的分析具有較多優(yōu)勢(shì)，首先，數(shù)理統(tǒng)計(jì)中的定量分析能夠?qū)τ绊懼兴庂|(zhì)量的多個(gè)因素進(jìn)行分析，然后結(jié)合其中的規(guī)律以及關(guān)聯(lián)性改進(jìn)生產(chǎn)工藝提高中藥質(zhì)量；再者運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)中多指標(biāo)性對(duì)復(fù)雜的中藥體系進(jìn)行多元化分析，可達(dá)到高精度、高準(zhǔn)確的全面質(zhì)控的目的。

2 中藥指紋圖譜中常用的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法

2.1 聚類分析

聚類分析是根據(jù)研究對(duì)象特征對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行分類的一種多元分析技術(shù)，把性質(zhì)相近的個(gè)體聚一類，使得同一類中的個(gè)體都具有高度的同質(zhì)性[5]。在中藥指紋圖譜的分析中，對(duì)于中藥產(chǎn)地、環(huán)境和采集方式對(duì)于藥材的質(zhì)量影響[6]、中藥真?zhèn)蔚蔫b別[7]等均有應(yīng)用。但是該法應(yīng)用需保證足夠樣本量，方能保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。

李小亭等[8]分別建立了8個(gè)不同產(chǎn)地枸杞的指紋圖譜，運(yùn)用組間連接法進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析可區(qū)分不同產(chǎn)地。增大聚類閾值后，質(zhì)量相似的枸杞被分為分成四類，《中國(guó)藥典》中枸杞的入藥來(lái)源僅為寧夏枸杞，而聚類分析的結(jié)果顯示新疆、青海等產(chǎn)地的枸杞與其質(zhì)量相似，可考慮成為《中國(guó)藥典》藥用枸杞的新來(lái)源。羅靜等[9]建立橘核的HPLC指紋圖譜，以歐氏距離為相似程度指標(biāo)，將樣品分為市售和自采兩類，說(shuō)明橘核各成分含量與采集方式有所關(guān)聯(lián)，來(lái)自不同產(chǎn)地的自采類藥品又分為兩組，佐證了橘核中的有效成分的含量與其生長(zhǎng)環(huán)境有所關(guān)聯(lián)。

2.2 主成分分析

主成分分析是處理多維數(shù)據(jù)的常用分析方法，它可將多重指標(biāo)的特點(diǎn)綜合成少數(shù)幾個(gè)新的差異顯著的指標(biāo)，且能盡可能多地反映原指標(biāo)信息[10-12]，對(duì)中藥品種的鑒別、種質(zhì)的篩選以及對(duì)不同產(chǎn)區(qū)[13]、不同采收期的藥材質(zhì)量評(píng)價(jià)有重大意義。

鄭曉珂等[14]建立了不同采收月份的連翹指紋圖譜對(duì)其主成分進(jìn)行分析，以貢獻(xiàn)率較大的連翹脂苷和連翹苷的含量為依據(jù)確定連翹的最佳采收期為8月底至9月初為宜。茅銀燕等[15]建立不同產(chǎn)地千年健指紋圖譜進(jìn)行質(zhì)量研究，發(fā)現(xiàn)不同產(chǎn)地千年健化學(xué)組分的差異不明顯，通過(guò)主成分分析得到三個(gè)貢獻(xiàn)率較高的主成分，以其方差貢獻(xiàn)率作為分析的權(quán)重系數(shù)，分別計(jì)算產(chǎn)地不同的千年健藥材的主成分得分和綜合得分，可知其藥材組分構(gòu)成及含量一致性較低，產(chǎn)地相同的藥材質(zhì)量參差不齊，緯度對(duì)其質(zhì)量有較大影響且低緯度產(chǎn)地藥材更優(yōu)。

2.3 判別分析

判別分析是用來(lái)判別樣品所屬類型的常用多元統(tǒng)計(jì)方法，其基本思想是“在各種已知樣品觀測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，確定一個(gè)判別函數(shù)，根據(jù)已有的判別準(zhǔn)則，對(duì)未知類型的新樣品進(jìn)行比較歸類”[16]。在中藥指紋圖譜質(zhì)量評(píng)價(jià)應(yīng)用中，多用于中藥的產(chǎn)地區(qū)分[17-18]、品種辨析[19]、藥性辨別[20]等方面，但該法要求要判別的類型必須包含在樣品中，且分類清晰，變量準(zhǔn)確[21]。

肖佳佳等[22]以天麻的HPLC指紋圖譜對(duì)春天麻與冬天麻建立Fisher判別函數(shù)，驗(yàn)證判別準(zhǔn)確率100%，可達(dá)到對(duì)冬天麻和春天麻鑒別的目的，從而可保證天麻藥品的優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)。蘇建春等[23]采用UPLC對(duì)河南、甘肅、山西、河北、山東5省份64批黃芩樣品進(jìn)行測(cè)定，分別建立五個(gè)不同省份的黃芩對(duì)照指紋圖譜，對(duì)結(jié)果展開(kāi)Bayes判別，分別得到了五個(gè)省份黃芩藥材的Fisher線性判別函數(shù)，驗(yàn)證得符合率為96.9%，基本可判別黃芩產(chǎn)地。張洪坤等[24]基于HPLC-ELSD指紋圖譜技術(shù)對(duì)知母進(jìn)行聚類分析和判別分析，亳州和河北產(chǎn)區(qū)的知母被分為兩類，得到Fishers判別函數(shù)后經(jīng)交叉驗(yàn)證，分組正確率 97.7%，可用于兩個(gè)產(chǎn)地知母的判別。

2.4 因子分析

因子分析是一種運(yùn)用不可實(shí)際觀測(cè)的潛在變量因子來(lái)描述能實(shí)際觀測(cè)到的隨機(jī)變量之間所存關(guān)系的統(tǒng)計(jì)方法[25]。在中藥指紋圖譜中，對(duì)于處理方法、環(huán)境因素[26]、藥理作用等與中藥質(zhì)量的相關(guān)性研究中有較多應(yīng)用。

張峰[27]建立了唐古特大黃的HPLC指紋圖譜，選取前5個(gè)主要成分因子開(kāi)展聚類分析，發(fā)現(xiàn)其中的土壤因素因產(chǎn)地不同成分含量存在差異性，佐證了環(huán)境因子與唐古特大黃不同居群的藥用部位的物質(zhì)成分息息相關(guān)，對(duì)唐古特大黃的栽培環(huán)境選擇具有指導(dǎo)作用。馬麗等[28]采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法對(duì)鱉甲藥材相關(guān)的無(wú)機(jī)元素建立指紋圖譜，采用“總體特征分布分析—主成分與系統(tǒng)聚類分析結(jié)合—因子分析”進(jìn)行分析，得出鱉甲的特征元素為Fe、Mn、Zn等，其微量元素的生物學(xué)效應(yīng)與中醫(yī)理論和鱉甲臨床作用等相對(duì)應(yīng)[29]。

2.5 多元統(tǒng)計(jì)方法聯(lián)合應(yīng)用

多元統(tǒng)計(jì)方法的聯(lián)合應(yīng)用消除了單一多元統(tǒng)計(jì)方法分析不全面的弊端[30]，可對(duì)中藥指標(biāo)性成分的篩選[31]、中藥種間差異、產(chǎn)地的區(qū)分[32]、生長(zhǎng)環(huán)境的影響[33]等方面進(jìn)行分析，從而更好地評(píng)價(jià)中藥質(zhì)量[34]。

包永睿等[35]對(duì)天麻HPLC指紋圖譜進(jìn)行聚類分析，將10批不同產(chǎn)地的天麻分為4類；進(jìn)行主成分分析，篩選出6個(gè)天麻總苷差異成分再對(duì)其進(jìn)行第二次聚類分析，結(jié)果與第一次聚類分析結(jié)果一致，可初步篩選影響天麻總苷差異的指標(biāo)性成分。王麗[36]利用主成分分析、系統(tǒng)聚類分析和相似性分析組成的多元統(tǒng)計(jì)方法對(duì)21個(gè)沙棘樣品的氫核磁共振圖譜進(jìn)行分析，可準(zhǔn)確區(qū)分不同亞種的沙棘樣品。Zhang等[37]建立天麻藥材HPLC指紋圖譜，運(yùn)用層次聚類分析、主成分分析和偏最小二乘法判別分析，結(jié)果全部一致。可準(zhǔn)確區(qū)分有無(wú)被熏蒸過(guò)的天麻藥材。

3 小結(jié)

中藥指紋圖譜技術(shù)能系統(tǒng)地分析中藥各組分信息，符合中藥藥效整體性和模糊性特點(diǎn)，在中藥質(zhì)量評(píng)價(jià)和控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用得到越來(lái)越多的認(rèn)可[38]，但因其包含的信息量龐大，需要借助數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法來(lái)進(jìn)行更好的分析。數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法種類多樣，可同時(shí)分析和處理多組變量，從中藥指紋圖譜中分析影響中藥質(zhì)量的多個(gè)指標(biāo)之間相互關(guān)系及規(guī)律，使中藥的藥效物質(zhì)基礎(chǔ)作用特點(diǎn)得到充分表征。要想對(duì)中藥成分達(dá)到全面精準(zhǔn)質(zhì)控，既要在宏觀上對(duì)整體成分進(jìn)行把控，也要在微觀層次進(jìn)行研究。中藥質(zhì)量控制是一項(xiàng)長(zhǎng)久而艱巨的工作，任重而道遠(yuǎn)，雖然數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法當(dāng)前在指紋圖譜中應(yīng)用較多，卻并未形成完備體系。隨著對(duì)中藥復(fù)雜化體系的深入研究，數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法有望逐步建成常見(jiàn)中藥材質(zhì)量評(píng)價(jià)的成熟體系，并與藥效物質(zhì)基礎(chǔ)結(jié)合，以達(dá)到對(duì)中藥材的全面質(zhì)量控制。

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