基于指紋圖譜結(jié)合化學(xué)模式識(shí)別對(duì)接骨草的質(zhì)量評(píng)價(jià)

文 陽，海來約布，蔡曉霞，地久此呷，蘭建龍，曲別軍長，馬 權(quán)，劉 圓,3,4，李文兵,3,4*

1. 西南民族大學(xué)，四川 成都 610041

2. 四川中醫(yī)藥高等專科學(xué)校，四川 綿陽 621000

3. 四川省羌彝藥用資源保護(hù)與利用技術(shù)工程實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610225

4. 青藏高原民族藥用資源保護(hù)與利用國家民委重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610225

5. 新疆醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830054

接骨草又名陸英，為忍冬科接骨木屬植物接骨草SambucusjavanicaBlume.的干燥全草，具有疏肝健脾、活血化瘀、利尿消腫的功效，用于急性病毒性肝炎，腎炎水腫，跌撲損傷，骨折[1]。接骨草最早以陸英之名在《神農(nóng)本草經(jīng)》中記載：“主骨問諸痹，四肢拘攣疼酸，膝寒痛”[2]。說明其最早用于治療骨科疾病，與現(xiàn)代羌醫(yī)臨床用于治療骨傷骨病一致。其資源非常豐富，廣泛分布于我國各地山坡、林下、溝邊和草叢中[3]。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)接骨草開展了較為廣泛的研究，但多集中在化學(xué)成分和藥理活性，對(duì)于其質(zhì)量評(píng)價(jià)研究較少?，F(xiàn)代研究表明，接骨草化學(xué)成分主要有黃酮類、苯丙素類、甾體類、酚酸類及揮發(fā)油類成分[4-8]。《衛(wèi)生部藥品標(biāo)準(zhǔn)中藥材第一冊》（1992 年版）收載接骨草標(biāo)準(zhǔn)（陸英），但僅有簡單的性狀描述，缺乏含量測定項(xiàng)，難以全面控制和評(píng)價(jià)藥材的質(zhì)量。本研究以不同產(chǎn)地17 批接骨草為研究對(duì)象，通過HPLC 指紋圖譜對(duì)接骨草主要化學(xué)成分進(jìn)行宏觀整體表征，并結(jié)合化學(xué)模式識(shí)別譜對(duì)指紋圖譜中提取共有峰的面積進(jìn)行分析，從而得到影響不同產(chǎn)地質(zhì)量的特征化學(xué)成分并進(jìn)行含量測定，擬為接骨草質(zhì)量控制提供科學(xué)依據(jù)。

1 儀器與試藥

1.1 儀器

Agilent 1260 型高效液相色譜儀（美國安捷倫科技公司），ME-104/02 型萬分之一電子天平（梅特勒-托利多儀器有限公司），ME-55/02 型十萬分之一電子天平（梅特勒-托利多儀器有限公司），XP26 型百萬分之一電子天平（Mettler Toledo 公司），KQ300DB 型超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司），HWS-26 型電熱恒溫水浴鍋（上海一恒科學(xué)儀器有限公司），1810D 型摩爾超純水器（重慶摩爾水處理設(shè)備有限公司）。

1.2 試劑

綠原酸（批號(hào)MUST-21070910，質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99.60%）、新綠原酸（批號(hào)MUST-21030108，質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99.67%）、隱綠原酸（批號(hào)MUST-21082610，質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99.88%），均購于成都曼思特生物科技有限公司；乙腈為色譜純，水為超純水，其余試劑均為分析純。

1.3 藥材

17 批接骨草藥材分別采自于四川省成都市、阿壩州和西藏自治區(qū)林芝市，經(jīng)西南民族大學(xué)青藏高原研究院劉圓教授鑒定為忍冬科接骨木屬植物接骨草S.javanicaBlume.的干燥全草，信息見表1。

表1 接骨草樣品來源信息Table 1 Sample information of S. javanica

2 方法與結(jié)果

2.1 色譜條件

Agilent C18（150 mm×4.6 mm，4 μm）色譜柱，流動(dòng)相為乙腈（A）-0.2%磷酸溶液（B），梯度洗脫，0～11 min，90%～82% B；11～30 min，82%～80%B；30～35 min，80%～90% B；檢測波長為327 nm，體積流量為1.0 mL/min，柱溫為30 ℃；進(jìn)樣體積為10 μm。

2.2 供試品溶液的制備

取接骨草粉末（過三號(hào)篩）0.5 g，精密稱定，置具塞錐形瓶中，精密加入50%甲醇20 mL，密塞，稱定質(zhì)量，回流提取30 min，放冷，再稱定質(zhì)量，用50%甲醇補(bǔ)足減失的質(zhì)量，搖勻，濾過。取續(xù)濾液，即得。

2.3 對(duì)照品溶液的制備

分別取新綠原酸5.09 mg、綠原酸5.04 mg、隱綠原酸5.30 mg 對(duì)照品，精密稱定，置于5 mL 量瓶，用50%甲醇稀釋至刻度，得混合對(duì)照品母液，質(zhì)量濃度分別為1.018、1.008、1.060 mg/mL；再精密量取母液1 mL，置于5 mL 量瓶，用50%甲醇稀釋至刻度，制得含新綠原酸0.203 6 mg/mL、綠原酸0.201 6 mg/mL、隱綠原酸0.212 0 mg/mL 的混合對(duì)照品。

2.4 方法學(xué)考察

2.4.1 精密度考察 取同一接骨草供試品（S1），按“2.2”項(xiàng)下方法制備供試品溶液一份，按“2.1”項(xiàng)下色譜條件連續(xù)進(jìn)樣6 次，以綠原酸（3 號(hào)峰）為參照峰（S），計(jì)算各特征峰的相對(duì)保留時(shí)間與相對(duì)峰面積。各特征峰的相對(duì)保留時(shí)間RSD 值分別為0.06%、0.05%、0.08%、0.10%、0.07%、0.09%、0.12%、0.07%，各特征峰的相對(duì)保留峰面積分別為0.25%、0.96%、0.32%，1.43%、1.23%、0.79%、1.86%、0.88%均小于2%，表明儀器精密度良好。

2.4.2 重復(fù)性考察 取同一接骨草供試品（S1），按“2.2”項(xiàng)下方法制備6 份供試品溶液，按“2.1”項(xiàng)下色譜條件進(jìn)樣，以綠原酸（3 號(hào)峰）為參照峰（S），計(jì)算各特征峰的相對(duì)保留時(shí)間與相對(duì)峰面積。各特征峰的相對(duì)保留時(shí)間RSD 值分別為0.09%、0.07%、0.03%、0.06%、0.08%、0.08%、0.09%、0.10%，各特征峰的相對(duì)峰面積RSD 值分別為0.35%、0.89%、0.11%、0.81%、1.01%、1.89%、1.42%、1.43%均小于2%，表明重復(fù)性良好。

2.4.3 穩(wěn)定性試驗(yàn) 取同一接骨草供試品（S1），按“2.2”項(xiàng)下方法制備供試品一份，按“2.1”項(xiàng)下色譜條件分別于配制后0、4、10、14、24 h 進(jìn)樣，以綠原酸（3 號(hào)峰）為參照峰（S），計(jì)算各特征峰的相對(duì)保留時(shí)間與相對(duì)峰面積。各特征峰的相對(duì)保留時(shí)間RSD 值分別為0.06%、0.06%、0.03%、0.03%、0.03%、0.04%、0.04%、0.04%，各特征峰相對(duì)峰面積RSD 值分別為0.88%、1.14%、1.19%、0.69%、1.11%、1.26%、1.36%、1.85%，均小于2%，表明穩(wěn)定性良好。

2.5 指紋圖譜的建立及相似度評(píng)價(jià)

取17 批不同產(chǎn)地接骨草藥材按“2.2”項(xiàng)下方法制備供試品溶液，按“2.1”項(xiàng)色譜條件進(jìn)樣并記錄色譜數(shù)據(jù)，將所得的17 批接骨草色譜圖以AIA格式導(dǎo)入“中藥色譜指紋圖譜相似度評(píng)價(jià)系統(tǒng)（2012.1 版本）”，設(shè)S6 為參照峰多點(diǎn)校正得到接骨草樣品的指紋圖譜（圖1），并進(jìn)行相似度評(píng)價(jià)。17批接骨草指紋圖譜的共有峰有9 個(gè)，通過對(duì)照品圖譜對(duì)比，指認(rèn)其中3 個(gè)色譜峰，見圖2，即1 號(hào)峰為新綠原酸、2 號(hào)峰為綠原酸及3 號(hào)峰為隱綠原酸。2 號(hào)峰峰面積較大，峰形與分離度較好，故選擇2 號(hào)峰（綠原酸）為參照峰（S），計(jì)算共有峰相對(duì)保留時(shí)間RSD%均小于0.5%，但共有峰相對(duì)峰面積為44.68%～136.11%，差異較大，表明17 批接骨草藥材中9 個(gè)化合物之間含量差異較大，相對(duì)峰面積結(jié)果見表2。以接骨草藥材指紋圖譜為對(duì)照，17 批接骨草藥材的相似度為0.926～0.998，相似度均大于0.9，說明不同接骨草藥材批次整體相似度較高，相似度評(píng)價(jià)見表3。

圖1 17 批接骨草藥材的HPLC 指紋圖譜Fig. 1 UPLC fingerprints of 17 batches of S. javanica

圖2 混合對(duì)照品 (A) 和樣品 (B) HPLC 色譜圖Fig. 2 HPLC of reference substance (A) and samples (B)

表3 17 批接骨草藥材相似度評(píng)價(jià)結(jié)果Table 3 Results of similarity evaluation of 17 batches of S.javanica fingerprints

2.6 基于化學(xué)模式識(shí)別對(duì)接骨草藥材的分析

2.6.1 聚類分析（cluster analysis，CA） 利用SPSS.26.0 軟件以接骨草指紋圖譜標(biāo)定的9 個(gè)共有峰的峰面積為變量，對(duì)17 批接骨草藥材數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，采用最遠(yuǎn)鄰元素的聚類方法，以平方歐式距離為樣品間距離進(jìn)行聚類分析，結(jié)果見圖3。當(dāng)分類距離15 時(shí)，顯示17 批樣品共聚為3 類，其中來自成都市雙流區(qū)黃甲鎮(zhèn)產(chǎn)地的S10 單獨(dú)聚為一類為，S6（汶川縣臥龍鎮(zhèn)三圣溝）、S9（汶川縣臥龍鎮(zhèn)三家寨）、S13（黑水縣達(dá)古冰川）聚為一類，其余成都產(chǎn)地、汶川產(chǎn)地、黑水產(chǎn)地、全部茂縣產(chǎn)地和西藏產(chǎn)地聚為一類。

圖3 17 批接骨草藥材聚類分析樹狀圖Fig. 3 Dendrogram of cluster analysis of 17 batches of S.javanica

2.6.2 主成分分析（principal component analysis，PCA） 采用SPSS.26.0 軟件對(duì)17 批接骨草的9 個(gè)共有峰峰面積進(jìn)行降維標(biāo)準(zhǔn)化處理，計(jì)算相關(guān)系數(shù)載荷矩陣、特征值和累積方差貢獻(xiàn)率，結(jié)果顯示KMO 值為0.533＞0.5，代表各變量相關(guān)性較好，以主成分特征值＞1 為提取標(biāo)準(zhǔn)，提取得到3 個(gè)主成分（L1、L2 和L3），主成分累積方差貢獻(xiàn)率為77.643%，結(jié)果見表4，能基本反映樣品共有峰的信息，以主成分因子變量繪制公因子碎石圖，結(jié)果顯示特征值較高的3 個(gè)主成分因子的斜率更大，說明所提取的3 個(gè)主成分可以最大程度地代表接骨草藥材的整體質(zhì)量特征。因此可將這3 個(gè)主成分作為接骨草藥材的評(píng)價(jià)指標(biāo)。初始因子載荷矩陣，見表5，將其進(jìn)行正交旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)后得到的9 個(gè)共有峰成分在3 個(gè)主成分中的旋轉(zhuǎn)矩陣，反映了各變量對(duì)主成分的貢獻(xiàn)大小，其絕對(duì)值越大對(duì)該成分在決定樣品區(qū)分中的作用越大。載荷矩陣結(jié)果表明主成分1 信息主要來自3 號(hào)峰（綠原酸）、5 號(hào)峰、9 號(hào)峰，主成分2 信息主要來自1 號(hào)峰（新綠原酸）、4 號(hào)峰（隱綠原酸），主成分3 信息主要來自7 號(hào)峰。并根據(jù)主成分載荷矩陣，計(jì)算3 個(gè)主成分得分，3 個(gè)主成分得分表達(dá)式：L1＝?0.079X1＋0.023X2＋0.546X3＋0.157X4＋0.518X5＋0.197X6＋0.119X7－0.075X8＋0.315X9；L2＝0.716X1＋0.454X2＋0.190X3＋0.371X4＋0.242X5＋0.006X6＋0.187X7＋0.447X8－0.004X9。L3＝0.033X1－0.014X2－0.014X3＋0.119X4－0.014X5＋0.042X6＋1.396X7＋0.689X8＋0.350X9。將17 批樣品各特征向量標(biāo)準(zhǔn)化，代入主成分得分表達(dá)式中計(jì)算主成分得分，再以每個(gè)主成分所對(duì)應(yīng)的貢獻(xiàn)率占所提取主成分總的貢獻(xiàn)率之和的比例作為權(quán)重計(jì)算主成分綜合模型[9]：L綜＝0.220X1＋0.098X2＋0.325X3＋0.226X4＋0.330X5＋0.103X6＋0.362X7＋0.240X8＋0.209X9，3 個(gè)主成分得分及綜合得分情況見表6，其中S10 綜合得分為2.866 遠(yuǎn)高于其他批次，可單獨(dú)聚為一類；S6、S9 和S13 綜合得分均大于1 而小于2，將該3 批聚為一類；S2～S5、S7～S9、S11～S12、S14～S17 綜合得分均為小于1，因此將該13 批樣品聚為一類，這與聚類分析結(jié)果一致。根據(jù)綜合得分可知，其值越大表明峰面積相對(duì)越大，說明藥材含量相對(duì)含量越高[10]，可知S10 批次含量最高，S6、S9 和S13 批次次之，然后為S1、S8、S11 批次，S2～S5、S7、S9、S12、S14～S17 樣品批次排最后。

表4 特征值及累積方差貢獻(xiàn)率Table 4 Eigenvalue and cumulative variance contribution rate

表5 初始因子載荷矩陣Table 5 Initial factor load matrix

表6 主成分得分和綜合得分Table 6 Principal component score and comprehensive score table

用SIMAC14.1 軟件對(duì)17 批接骨草藥材樣品進(jìn)行主成分分析，以指紋圖譜中的9 個(gè)共有峰峰面積為變量，以此構(gòu)建17×9 的原始數(shù)據(jù)矩陣，繪制17 批不同產(chǎn)地接骨草樣品的PCA 得分圖，見圖4，結(jié)果顯示3 個(gè)主成分能反映不同產(chǎn)地接骨草的主要特征，說明不同產(chǎn)地接骨草在化學(xué)成分含量上存在一定差異。

圖4 接骨草PCA 得分散點(diǎn)圖Fig. 4 PCA scores of S. javanica

2.6.3 正交偏最小二乘-判別分析（orthogonal partial least squares discriminant analysis，OPLS-DA） 為了進(jìn)一步區(qū)分不同產(chǎn)地的接骨草組內(nèi)質(zhì)量差異，將17 批樣品9 個(gè)共有峰峰面積導(dǎo)入SIMAC14.1 軟件進(jìn)行OPLS-DA 方法分析，建立OPLS-DA 模型，見圖5，結(jié)果顯示17 批接骨草樣品被分為3 類，與聚類分析和主成分分析結(jié)果一致，結(jié)合OPLS-DA 模型中變量重要性投影值（variable importance in the projection，VIP）（圖6）進(jìn)行分析,以VIP＞1 為條件篩選出差異標(biāo)志物，篩選出4 個(gè)差異標(biāo)志物，對(duì)接骨草樣品的影響程度依次為3 號(hào)峰（綠原酸）＞4 號(hào)峰（隱綠原酸）＞5 號(hào)峰（未知）＞1 號(hào)峰（新綠原酸），其對(duì)應(yīng)的VIP 值依次為1.155、1.152、1.093、1.086，見表7，說明綠原酸（3 號(hào)峰）、隱綠原酸（4 號(hào)峰）、5 號(hào)峰及新綠原酸（1 號(hào)峰）是不同產(chǎn)地的接骨草有的差異標(biāo)志物。

圖5 接骨草樣品OPLS-DA 得分圖Fig. 5 OPLS-DA scores of S. javanica

圖6 17 批接骨草樣品的OPLS-DA 的VIP 圖Fig. 6 VIP value from OPLS-DA load diagram of 17 batches of S. javanica

表7 接骨草各成分VIP 值Table 7 VIP values of each component of S. javanica

2.7 接骨草差異特征成分的含量測定

采用指紋圖譜結(jié)合CA、PCA 及PLS-DA 對(duì)不同批次的接骨草樣品進(jìn)行研究分析，通過PCA 可知3 號(hào)峰（綠原酸）、5 號(hào)峰、9 號(hào)峰，1 號(hào)峰（新綠原酸）、4 號(hào)峰（隱綠原酸）以及7 號(hào)峰是影響不同批次接骨草樣品質(zhì)量的特征化學(xué)成分。由PLS-DA 結(jié)果可知VIP＞1 的有3 號(hào)峰（綠原酸）、4 號(hào)峰（隱綠原酸）、5 號(hào)峰及1 號(hào)峰（新綠原酸），表明不同批次間的含量差異較大，是接骨草的差異性特征成分，基于劉昌孝院士[11-13]提出的于質(zhì)量標(biāo)志物（quality marker，Q-Marker）的五大原則既有效性、特有性、傳遞性與溯源性、可測性，推測5 號(hào)峰不適合作為接骨草質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)控制的特征指標(biāo)。綜上，本實(shí)驗(yàn)以綠原酸、隱綠原酸、新綠原酸作為接骨草差異特征成分進(jìn)行含量測定。

2.7.1 線性關(guān)系考察 取新綠原酸、綠原酸和隱綠原酸混合對(duì)照品5 mL，用50%甲醇逐級(jí)稀釋2 倍成6 個(gè)對(duì)照品溶液，按“2.1”項(xiàng)下色譜條件測定新綠原酸、綠原酸和隱綠原酸的峰面積，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算線性回歸方程及相關(guān)系數(shù)（r），結(jié)果見表8。

表8 對(duì)照品的線性方程、相關(guān)系數(shù)和線性范圍Table 8 Linear equation, correlation coefficient and linear range of reference substance

2.7.2 精密度試驗(yàn) 取混合對(duì)照品一份，按“2.1”項(xiàng)下色譜條件連續(xù)進(jìn)樣6 次，測得新綠原酸、綠原酸、隱綠原酸峰面積的RSD值分別為1.07%、0.26%、0.27%，結(jié)果顯示儀器精密度良好。

2.7.3 重復(fù)性試驗(yàn) 取接骨草（S1）樣品按“2.2”項(xiàng)下方法制備6 份供試品溶液，按“2.1”項(xiàng)下色譜條件進(jìn)樣，測得新綠原酸、綠原酸、隱綠原酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的RSD 值分別為0.54%、0.43%、0.44%，結(jié)果表明該方法的重復(fù)性良好。

2.7.4 穩(wěn)定性試驗(yàn) 按“2.2”項(xiàng)下方法制備供試品一份，按“2.1”項(xiàng)下色譜條件分別在0、4、10、14、24 h 進(jìn)樣，測得新綠原酸、綠原酸、隱綠原酸峰面積的RSD 值分別為0.73%、2.23%、1.01%，表明供試品24 h 內(nèi)穩(wěn)定。

2.7.5 加樣回收率試驗(yàn) 精密稱S1 樣品0.25 g，共6 份，分別加入一定量的新綠原酸、綠原酸、隱綠原酸對(duì)照品溶液，按“2.2”項(xiàng)下方法制備供試品，按“2.1”項(xiàng)下色譜條件進(jìn)樣，新綠原酸、綠原酸、隱綠原酸的加樣回收率分別為95.26%、96.68%、98.07%，RSD 分別為1.52%、1.31%、0.99%。

2.7.6 樣品含量測定 取17 批接骨草樣品，按“2.2”項(xiàng)下方法制備供試品，按“2.1”項(xiàng)下色譜條件，進(jìn)樣分析，測定17 批樣品新綠原酸、綠原酸、隱綠原酸含量，結(jié)果見表9，接骨草藥材中新綠原酸、綠原酸、隱綠原酸平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.034%、0.190%、0.036%。

表9 17 批接骨草樣品中差異特征成分的含量Table 9 Contents of Q-Markers in S. javanica

3 討論

本實(shí)驗(yàn)考察了不同提取溶劑（水、乙醇、甲醇、70%甲醇、50%甲醇和30%甲醇）、不同提取時(shí)間（15、30、45、60 min）、不同提取方法（超聲、回流）、不同料液比（1∶20、1∶40、1∶60）對(duì)接骨草藥材指紋圖譜色譜圖及含量測定的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：提取時(shí)間、提取方法及料液比對(duì)接骨草指紋圖譜色譜圖及含量測定無明顯改變，而50%甲醇提取的色譜峰較多新綠原酸、綠原酸及隱綠原酸含量較高。故選擇料液比為1∶20，50%甲醇超聲提取30 min 為最佳提取方法。同時(shí)在《中國藥典》2020 年版和文獻(xiàn)的洗脫方法基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，考察了甲醇-純水、乙腈-0.2%磷酸水梯度洗脫2 種流動(dòng)相體系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)以乙腈-0.2%磷酸水為流動(dòng)相時(shí)，樣品的分離度最佳，故選擇乙腈-0.2%磷酸水作為流動(dòng)相；通過全波長掃描，比較不同波長色譜圖，發(fā)現(xiàn)在327 nm 處色譜峰目標(biāo)成分分離度最佳，故選擇327 nm 作為接骨草藥材指紋圖譜的檢測波長。

綜上，本實(shí)驗(yàn)采用指紋圖譜結(jié)合相似度評(píng)價(jià)、CA、PCA、PLS-DA 分析對(duì)不同產(chǎn)地接骨草藥材進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)研究，篩選出特征性指標(biāo)成分并進(jìn)行定量分析。利用HPLC 建立了17 批接骨草藥材指紋圖譜有9 個(gè)共有峰，指認(rèn)了其中3 個(gè)特征峰，分別為新綠原酸、綠原酸和隱綠原酸。相似度表明 17 批接骨草藥材的相似度均大于0.9，說明不同接骨草藥材批次整體相似度較高。在聚類分析中，將17 批樣品聚成3 類，既S10為單獨(dú)一類，S6、S9、S13 聚為一類，其余13 批次聚為一類。PCA 和OPLS-DA 與CA 結(jié)果一致，表明17 批接骨草樣品化學(xué)成分既有相似性又有差異性，采用OPLS-DA 模型VIP 值篩選出綠原酸、隱綠原酸、新綠原酸是接骨草的差異性特征成分。研究表明綠原酸具有調(diào)控成骨細(xì)胞增殖和分化的能力，也可促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖，抑制成骨細(xì)胞堿性磷酸酶活性，從而具有一定的成骨活性，是接骨草的成骨活性成分之一[14]，新綠原酸、綠原酸、隱綠原酸具有治療免疫性關(guān)節(jié)炎的作用[15]，與接骨草的接骨功效有一定關(guān)聯(lián)性。結(jié)合化學(xué)模式識(shí)別對(duì)指紋圖譜中提取共有峰的面積進(jìn)行分析，并基于中藥Q-Marker 的“五大原則”，推測綠原酸、隱綠原酸、新綠原酸為接骨草藥材的 QMarkers，為接骨草藥材質(zhì)量評(píng)價(jià)及臨床應(yīng)用提供參考。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突