主题:【第十三届原创】现代分析技术在中药质量标志物中的应用研究进展

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现代分析技术在中药质量标志物中的应用研究进展



摘要:中药质量标志物(Q-marker)已广泛应用于中成药的质量评价与控制。近年来越来越多的研究使用不同种类的分析仪器,密切联系中药有效性-物质基础- Q-marker研究,建立了丰富的中成药系统质量控制方法,为探讨建立中药全过程质量控制及质量溯源体系奠定了基础。然而,近十几年来,中成药的质量控制缺乏统一标准,虽逐渐被行业内重视,但仍不能体现其本身特性,许多现有质量标准及规范缺乏科学性、有效性、溯源性,对中药产业的健康发展产生了很大的影响。Q-marker研究关键步骤最初由刘昌孝院士于2016年首次提出,其中提到中药质量标准研究需要结合多种现代分析技术的理念在行业内引起了强烈反响。对目前中药产品Q-marker的研究现状进行综述及分析,将中药Q-marker的研究思路与不同分析仪器的特点相结合,形成具有分析仪器特色的中药Q-marker质量控制新思路,旨在引发专家同行的思考与共鸣,推动中成药质量控制方法的发展与完善,保障中药产品行业的快速稳步发展。

关键词:质量标志物;含量测定;分析仪器;色谱法;光谱法;质谱法;核磁共振波谱

中图分类号:R288    文献标志码:A

Advances in Application of Modern AnalyticalTechniques in Quality Marker (Q-marker) of Traditional Chinese Medicine



Abstract: The quality marker (Q-marker) of Traditional Chinese Medicine(TCM) was the core concept of quality evaluation and control of TCM in recentyears. Different kinds of analytical instruments were used to closely link theresearch on the Q-marker of TCM in Effectiveness-Material Basis- Q-marker. Toestablish a systematic quality control method for TCM, and lay a foundation forexploring the whole process quality control and quality traceability system ofTCM. However, in recent decades, the quality control of TCM lacks unifiedstandards. Although it has gradually been paid attention to by the industry, itstill can not reflect its own characteristics, lacks of scientific, effectiveand rational, seriously affecting the healthy development of the industry of TCM.In 2016, academician Changxiao Liu first proposed the key steps for the studyof Q-marker of TCM, which mentioned that the concept of combining variousmodern analytical techniques to control the quality of TCM has aroused strongrepercussions in the industry. This paper summarized and analysed the currentsituation of quality standards of TCM, combined the research ideas of Q-markerof TCM with different characteristics of analytical instruments, and formed anew idea of quality control of Q-marker of TCM with the characteristics ofanalytical instruments, aiming at arousing the thinking and resonance ofexperts and colleagues, and promoting the quality control of TCM. Thedevelopment and perfection of the method can ensure the rapid and steadydevelopment of the TCM product industry.

Key words: Q-marker; the determination of content; analyticalinstruments; Chromatography; Spectrometry; Mass Spectrometry; Nuclear Magnetic ResonanceSpectroscopy

中药质量标志物(Q-marker)是存在于中药材和中药产品中固有的或加工制备过程中形成的、与中药的功能属性密切相关的化学物质,作为反映中药安全性和有效性的标示性物质进行质量控制[1]。在中药生产及检测过程中建立有效的Q-marker控制方法和评价体系,对实现中药标准化、现代化和国际化具有推动作用[2]。近年来,伴随着多种现代分析仪器的检测手段的更新、灵敏度的提高和精密度的提升,以及计算机软件与化学计量学方法的相互结合,更多的先进技术和方法应用到Q-marker的制定标准中,以进一步改善中药生产及检测的质量标准,建立中药全程质量控制及质量溯源体系[3-7]。例如,将液相色谱法-串联质谱法、分子生物学检测技术、高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱法等用于Q-marker的质量控制研究[8-12]。中药Q-marker已广泛应用与质量控制研究中,研究者建立了中药材DNA条形码分子鉴定法、色素测定法、中药中真菌毒素测定法、近红外分光光度法、基于基因芯片的药物评价技术等指导方法,为今后药品标准项目的增订、限度标准的确定以及引导和规范新药和已上市药物的质量研究和评价奠定基础[13-18]。现就近年来现代分析技术在Q-marker中的应用做一综述。

1色谱法

色谱法在现代分析研究中主要是将不同极性的物质分离后消除彼此的检测影响,它主要包括气相色谱、液相色谱、薄层色谱、超临界流体色谱等。色谱法凭借其对不同极性样品的分离能力,在中药Q-marker研究中主要是辨识不同化学物质,从其生源途径或特异性分析初步筛选出更具专属性的化学成分作为Q-marker。

1.1 薄层色谱法(TLC)

TLC是将适宜的固定相(如硅胶)均匀涂布于玻璃板、塑料或铝基片上,经过点样操作将样品置于薄层板,利用展开剂的扩散,与分析物的对照物按相同的方法在同一块薄层板上所得的色谱图作对比,还可用薄层扫描仪进行扫描。TLC操作相对简便,同时具有分离和鉴定的功能,它既可以对已知成分进行定性、定量分析,也可对未知成分或复杂成分进行特征性鉴别分析,配合扫描技术、数码成像和数据处理,可形成综合分析能力较强的TLC轮廓谱[19]。影响其测定结果的因素较多,如薄层板的质量,展开湿度、温度、点样与显色技术及显色灵敏度等。TLC已应用于中药Q-marker中黄酮、皂苷、生物碱和糖类等成分的分离鉴定。马柏林[20]等采用微乳薄层色谱鉴别法检测中药材杜仲花、叶、皮和种子中的Q-marker槲皮素、杜仲黄酮A、杜仲黄酮 B。孙悦[21]等采用微乳薄层色谱鉴别法检测中药制剂复方石韦胶囊中的Q-marker苦参碱和氧化苦参碱、黄芪甲苷。在TLC实际应用中,十二烷基硫酸钠-正丁醇-正庚烷(276310或 39529)在微乳展开剂中所占的比例较高,可用于分离鉴定黄酮类、生物碱和蒽醌类成分等[22]

1.2 气相色谱法(GC)

GC是以气体为流动相,具有分离效率高、样品用量少、分析速度快等特点。适用于分离、鉴别和定量测定样品中的挥发性成分。GC在中药Q-marker研究中多用于中药材挥发性成分(如芳香醇、柠檬烯、蒎烯、龙脑)的测定,也可以经过衍生化反应后生成生物碱、脂肪类、内酯类、酚类、糖类等用于分析中药的其他成分。GC已经成为分离分析中药中Q-marker的重要分析方法之一,它在中药Q-marker的定性鉴别、挥发油类分析及含量测定等分析中都有广泛的应用研究。GC指纹图谱可建立全面反映中药所含Q-marker的种类与数量,为辨识中药Q-marker起到了关键的作用。李红梅[23]等采用GC结合火焰离子化检测器,以水蒸气和正己烷萃取藿香正气水,以正十七烷为参照物,标识了16个共有指纹峰,为辨识藿香正气水Q-marker 提供了可靠的定性依据。何小稳[24]等采用顶空单滴微萃取技术结合GC分析测定了百草油中挥发性成分薄荷醇和水杨酸甲酯的含量,避免了复杂的样品前处理过程,为辨识百草油Q-marker提供含量测定的方法。吴和珍[25]等利用GC分析测定片姜黄挥发油中44种成分并对其中的10种Q-marker进行GC定量分析,定量结果准确可靠,为片姜黄挥发油Q-marker的辨识研究提供参考。阎正[26]等利用毛细管GC对中成药东乐膏进行了分析,其中东乐膏由大黄、乳香、没药、冰片等药材制成,研究建立了8个Q-marker特征指纹峰的东乐膏GC指纹图谱,并对东乐膏中的主要挥发性Q-marker冰片的含量进行了快速分离测定。张铁军[27]等确定了延胡索的Q-marker为延胡索乙素、延胡索甲素、黄连碱、巴马汀、去氢延胡索甲素、D-四氢药根碱及原阿片碱,为延胡素质量控制研究提供科学依据。

1.3 高效液相色谱法(HPLC)

高效液相色谱法是基于经典液相色谱而发展起来的,其传质阻力较小,分离效率较高、分离速度较快,且具强检测灵敏度,现已成为中药Q-marker研究中的重要手段之一,对于保证药物质量控制效果具有非常重要的作用。其基本操作方法是用具有一定极性的单一溶液或是不同比例的混合溶剂作为流动相,利用高压色谱泵将其注入填充有特定填料的色谱柱中,依靠流动相将所注入的试样带入柱内后进行分离,由色谱柱分离后的成分随流动相依次进入检测器,得到检测结果[28]。张琦[29]等利用超高效液相色谱系统建立了白芍药材的特征指纹图谱,在短短9 min快速标定了15个共有峰,并对其中5个Q-marker进行定性定量研究,完善了白芍药材的质量控制方法。巩丹丹[30]等建立大黄、黄芩和黄连的HPLC组方指纹图谱,确定其融合模型,观察组方融合指纹图谱与一清片复方样品指纹图谱的一致性,从而以组方融合指纹图谱代替复方整体来智能预测复方制剂质量。卢建秋[31]等采用HPLC法同时测定藿香正气水中甘草和陈皮的Q-marker甘草苷、橙皮苷的含量,采用HPLC法在段时间内同时测定了藿香正气水中厚朴的Q-marker厚朴酚与和厚朴酚、白芷的Q-marker欧前胡素和异欧前胡素、甘草的Q-marker甘草酸的含量。刘昌孝[32]等将丹参素、丹酚酸B、丹参酮A等9个化学成分确定为复方丹参片用于定性鉴别的Q-marker。并对复方丹参片提出建议,如果要对复方丹参片的有效成分进行质量控制,可以采用HPLC或LC-MS方法测定丹参素、丹酚酸B和丹参酮A和三七皂苷R1的量,为复方丹参片的质量控制提供科学依据。

1.4 超临界流体色谱(SFC)

SFC是一种分离原理近似于正相色谱的分析技术,以超临界流体二氧化碳作为流动相对分析物产生分离作用。它是一种先进的分析技术,具有分析时间短、灵敏度高、绿色环保等优点。SFC为手性药物拆分提供了一种简便、快速、环保的新方法,可作为液相色谱或气相色谱的一种补充。SFC采用无毒、低成本的二氧化碳作为主要的流动相,可节省大量有机试剂,具有分析速度快、分离效果好等特点。对于成分比较复杂的中药而言,利用SFC能够快速分离中药中的多种成分,产生的废液少,相对环保,节约成本,并且能获得准确的结果。肖梦琦[33]等利用SFC对人参与三七中的多种皂苷成分进行了分离测定,包括人参皂苷Rg1、人参皂苷Re、人参皂苷Rb1与三七皂苷R1等Q-marker,为人参和三七的质量控制提供方法。杨杰[34, 35]等利用SFC从中药淫羊藿中分离制备了12个结构相近(苷元相同,糖链不同;糖链相同,苷元不同;苷元相同,仅糖链中糖的连接位置不同的同分异构体)的黄酮单体化合物,鉴定其为淫羊藿的Q-marker,并对其进行了定性和定量分析。

2 光谱法

光谱法是根据物质的光谱强度来确定其相对含量的方法,它主要包括紫外光谱法、红外光谱法、拉曼光谱法、原子吸收光谱法等。近年来光谱技术迅速发展,在多组分混合物分析中可以达到更高的分辨率,越来越多地被应用于农产品、食品和药品等领域的质量控制分析。大多数光谱法都能实现对中药样本的直接分析,无需额外分离提取,不仅对环境友好,而且降低了有机溶剂对中药有效成分产生不良影响的可能性。另外,因为效率高且仪器操作难度较低,还可实现在线监测。光谱法可根据确定的 Q-marker 来定性和定量,定性鉴别推荐采用传统方法与 DNA 条形码,定量可以采用一测多评的方法以及指纹图谱,从整体上对产品质量进行把控。

2.1 紫外光谱法(ultravioletspectrometry,UV)

UV是分子最外层的价电子在不同能级轨道上跃迁而产生的,是一种常见的光谱分析方法。UV具有原理简单、操作方便、使用面广、灵敏度高、准确度高等特点。目前,UV较多的应用于中药Q-marker定性分析方面,对于外形相近的中药材,其可迅速进行真伪鉴别;对于不同产地的中药材,亦可迅速进行产地鉴别。另外,UV也广泛应用于中药Q-marker的质量控制方面,其可迅速测定中药有效成分的含量近年来,随着复方中药的研究为人们所关注,国内外对中药复方Q-marker的研究越来越多,UV也因其快速分析鉴定的优势得到广泛地应用。谭梅英[36]等利用UV结合聚类分析方法,采集了5种叶类中药的UV图谱,并对图谱做一阶导数光谱处理,得到的指纹图谱进行聚类分析,准确地将布渣叶和其他四种叶类中药鉴别出来,并且反映了各样品之间的亲疏远近关系。邢丽红[37]等以HPLC法为一级数据,测定金银花提取物中绿原酸、咖啡酸等5种Q-marker的含量,并采集UV光谱,分别建立了样品紫外吸收光谱与上述5种有机酸含量之间的校正模型,考察了各模型的预测能力。结果表明预测结果准确,紫外光谱法可快速测定金银花中有机酸的含量。Huang[38]等建立了一种测定丹参和冠心宁注射液中单宁含量的方法,采用化学计量学方法对采集到的样品UV图谱构建偏最小二乘回归数学模型,相关系数r为0.952,模型表现良好,为中药注射剂中Q-marker的质量控制提供了技术支持。张铁军[39]等通过性-效-物三元关系和作用机制研究结合UV法确定元胡止痛滴丸的Q-Marker为胡索甲素、延胡索乙素、欧前胡素、原阿片碱和异欧前胡素。

2.2 近红外光谱法(near infraredspectroscopy,NIRS)

NIRS是介于可见光和中红外光之间的电磁波,将物质的近红外光谱通过适当的化学计量学多元校正将其浓度或性质关联建立模型,对未知样品进行预测,在有机化合物的鉴定中应用广泛。NIRS 法具有简单快速、不损伤样品,可直接测定液、固和胶状样品,适合于生产过程中的在线监测分析。理论上,每种物质结构不同,都应该有其独特的近红外光谱,然而中药化学成分复杂,采集到的近红外光谱由多种复杂成分的吸收叠加构成。近红外光谱结合化学计量学方法分析后,可将背景光谱扣除,经过光谱波段的选择和光谱预处理后,Q-marker的特征吸收就可以用来定性及定量分析。Zang[40]等利用NIRS对地龙提取物中的Q-marker鸟苷和肌苷两种核苷酸建立定量分析模型,采用偏最小二乘法将地龙水提过程实现质量的快速分析。雷晓晴[41]等利用NIRS采集丹参样品的光谱,结合偏最小二乘法,对Q-marker丹参素、原儿茶醛、咖啡酸等11种化合物进行定性、定量分析,实现了丹参中多种成分的快速无损检测,更好地控制了丹参药材和饮片的质量。

2.3原子吸收光谱法(atomicabsorption spectrum,AAS)

AAS是由待测元素灯发出的特征谱线通过供试品蒸气时,被蒸气中待测元素的基态原子所吸收,吸收遵循一般分光光度法的吸收定律,通过测定辐射光强度减弱的程度可求出待测元素的含量[42]。其主要用于中药材中微量元素的测定、杂质的测定以及制剂分析。崔朋雷[42]等利用AAS对黄芪、甘草、合欢花3种治疗心血管疾病的中药测定其微量元素的含量,采用优化后的硝酸:高氯酸=4:1混酸体系作为消化液,为中药中铁、锰、锌、铜等元素的含量测定提供方法。王庆富[43]等利用AAS测定凤尾草、贯众、海金沙和蜈蚣草中钙、镁、铜、锌、铁等8种元素的含量,矿物质元素含量与生长环境及药材对元素的富集作用存在一定关系,部分元素含量与药材种类及区域不同具有显著性差异。

3 质谱法(mass spectrum,MS)

MS分析原理主要包括飞行时间质谱法、三重四级杆质谱法等,通过测定样品得离子质量和强度,来分析化合物的化学成分和结构。在中药Q-marker研究中主要用于鉴定和测定中草药及植物的化学成分的化学结构和含量。色谱联用技术的出现加快中药研发的步伐,该技术具有所需样品量少、速度快等特点,且可得到更多信息,目前,在药物分析领域正处于快速发展阶段并广泛应用于中药微量Q-marker研究的色谱联用技术包括气相色谱/质谱联用(GC-MS)、液相色谱/质谱联用(LC/MS)、液相色谱/质谱/质谱联用(LC/MS/MS)、毛细管电泳/质谱联用(CE/MS)和电感耦合等离子体/质谱联用(ICP-MS)等。现代质谱技术凭借其灵敏度高、检测高效快速、离子对特征性强等优点在中药Q-marker代谢及Q-marker药代动力学研究领域发挥着不可替代的作用。MS技术可以实现对初步筛选出的 Q-marker 进行深入的传统中医理论的药效、药性学物质基础研究以及药动学变化的研究,进一步验证其生物活性。

3.1 液质联用技术(LC-MS)

LC-MS为中药Q-marker及其代谢物的复杂体系的分离分析提供了有效手段。LC-MS能给出分析物的质谱图,提供分析物的结构信息,对鉴别非常有用;LC-MS能将一级质谱中飞出的离子,选择碰撞打碎成碎片离子,由二级质谱选择测定,增加了分析物的特征性,并提供了更多的化合物结构信息,检测灵敏度大大提高。Han[44]等利用超高效液相色谱结合飞行时间质谱研究了龙胆Q-marker龙胆苦苷在人体尿液的15种代谢产物,其中包括Q-marker经过氧化、环化、葡醛酸结合和去糖基化反应等代谢转化,该研究为新药研发提供了科学依据。Li[45]等利用LC-MS/MS建立了穿心莲在血浆中Q-marker穿心莲内酯琥珀酸盐的定量检测方法,并成功应用于人体药代动力学研究,大大提高了检测的灵敏度,提高了检测效率。Li[46]等利用UHPLC-MS/MS对散结镇痛胶囊在血浆中10种Q-marker建立同时定量检测方法,成功应用于大鼠体内的药动学研究,该方法检测限低,灵敏度高,为散结镇痛胶囊的临床开发提供了科学依据。

3.2 气质联用技术(GC-MS)

采用GC-MC法,利用不同组分的挥发性差异,经过气相色谱柱的分离,依据Q-marker的色谱保留时间,以及质谱的分子离子与特征碎片离子组成的断裂模式,结合标准样品裂解图,对Q-marker逐个作出定性鉴定与定量分析。郭丰[47]等利用基于毛细管气相色谱质谱联用分析技术,对中药木瓜的挥发油成分进行分析,从69种挥发油中选取16种含量最高的挥发油为Q-marker,更加准确的确定木瓜挥发油的主要Q-marker,为阐明木瓜的中药功效起到了推进作用。李升[48]等利用GC-MS法检测出丁香挥发油中4种成分,辨识出丁香挥发油的Q-marker是3-烯丙基-2-甲氧基苯酚,占总成分的69.77%。该研究为丁香挥发油质量控制提供参考。郑莹[49]等利用GC-MS枳壳挥发油主要为萜类成分,是其发挥促胃肠动力作用的主要Q-marker,其中Q-marker柠檬烯的含量与枳壳的促胃肠动力作用呈一定的正相关性。该研究为揭示枳壳药材促胃肠动力物质基础和作用机制提供了可靠的科学依据。孙蓉[50]等提出一种基于“效-毒”相互评价的Q-marker的辨析技术,研究认为对于有毒中药的Q-marker,应分别同时建立功效和毒性研究,还应考虑含量限度和“效-毒”平衡问题。

4 核磁共振法(NMR)

NMR是一种物理方法,它检测的是组成有机化合物分子的原子核的性质及其周围化学环境的相互作用。在适当的磁场条件下,样品能够吸收射频区的电磁辐射,所吸收的辐射频率取决于样品的特性,吸收与分子中的某一给定的原子核有关,吸收峰频率对吸收峰强度作图构成 NMR谱图[51]。刘晓婷[51]等将NMR与固相萃取前处理设备结合,成功测定中药板蓝根饮片中的Q-marker表告依春的含量,实际测得板蓝根饮片中Q-marker表告依春含量为0.19-1.26 mg/g,显示出固相萃取强大的富集作用,可以克服NMR在低含量复杂样品的定量分析难题。禹珊[52]等选择中药虎杖和板蓝根为研究对象,用NMR同时测定虎杖中Q-marker白藜芦醇和虎杖苷两种药效成分的含量以及板蓝根中Q-marker表告依春的含量。样品预处理方法简便,可为中药虎杖和板蓝根的Q-marker研究提供科学依据。熊亮,彭成[53]采用多种波谱学技术和化学方法,鉴定了赶黄草所有成分的结构,认定赶黄草酮B可作为赶黄草代表性的Q-Marker,益母草碱可作为益母草代表性的Q-Marker。杨静[54]等利用NMR、MS和LC-UV综合分析得出,丹参素、原儿茶醛、丹酚酸B、丹酚酸A、原儿茶酸、迷迭香酸等成分是丹红注射液的质量标志物。

小节

综上所述,随着现代分析技术的发展,检测手段的科学性、准确性与灵敏度不断提高,中药Q-marker质量控制标准会越来越完善。研究中药Q-marker必须立足于中药特色,密切联系中药有效性-物质基础-质量控制标志性成分研究,建立中药全程质量控制及质量溯源体系,只有这样,所建立的质量控制体系才能真正达到控制中药质量,保证中药用药安全、有效的目的。













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wangshirf
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写得可以!有摘要,有总结,但是最后小节  字错了,应该是  小结!!!!!!!!!