基于多元統(tǒng)計分析和網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)預(yù)測延胡索醋制前后潛在質(zhì)量標(biāo)志物

賈宇然， 余伯陽， 李任時

(中國藥科大學(xué)中藥學(xué)院中藥可追溯與標(biāo)準(zhǔn)化研究中心，江蘇 南京 211198)

延胡索為罌粟科植物延胡索CorydalisyanhusuoW.T.Wang的干燥塊莖，始載于《雷公炮炙論》，有活血散瘀、利氣止痛的功能，主治心腹腰膝疼痛、跌打損傷、瘀血作痛、月經(jīng)不調(diào)等癥，是一味傳統(tǒng)的止痛中藥[1]，其主要成分是生物堿，包括叔胺堿，季銨堿，堿性酚胺生物堿等，還含有少量樹脂、黏液質(zhì)、揮發(fā)油等[2-3]。目前，延胡索臨床應(yīng)用以醋制品為多，其所含游離生物堿與醋酸結(jié)合后生成易溶于水的醋酸鹽，同時炮制后飲片質(zhì)地變軟，提高了生物堿類成分的提取率?，F(xiàn)代研究表明，醋性味酸、苦、溫，具有引藥入肝、散瘀止痛活性，醋制后可增強(qiáng)舒肝止痛作用[4-5]。

目前，關(guān)于生、醋延胡索質(zhì)量控制方法主要有2種，一是基于《中國藥典》延胡索質(zhì)控指標(biāo)——延胡索乙素，二是結(jié)合近紅外光譜[6]、HPLC指紋圖譜[7-9]，但前者不能全面控制藥材質(zhì)量，后者并未系統(tǒng)研究藥材醋制前后化學(xué)成分與藥效、藥性改變的關(guān)聯(lián)。基于中藥質(zhì)量控制研究困境，劉昌孝院士提出中藥質(zhì)量標(biāo)志物(Q-marker)的概念，結(jié)合天然化學(xué)、分析化學(xué)、化學(xué)計量學(xué)、藥理學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)等學(xué)科，構(gòu)建更科學(xué)的質(zhì)量控制理論[10-12]。

本研究將HPLC與多元統(tǒng)計分析相結(jié)合，篩選、鑒定延胡索醋制前后的特征差異性成分，預(yù)測潛在質(zhì)量標(biāo)志物，探究其變化規(guī)律。再通過網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析潛在質(zhì)量標(biāo)志物與鎮(zhèn)痛作用相關(guān)靶點(diǎn)和通路，從而驗證其用于質(zhì)量控制合理性，以期為相關(guān)質(zhì)量控制研究提供理論依據(jù)。

1 材料

1.1 藥材與試劑 藥材信息見表1，經(jīng)中國藥科大學(xué)余伯陽教授鑒定為罌粟科植物延胡索CorydalisyanhusuoW.T.Wang的干燥塊莖，標(biāo)本保存于中國藥科大學(xué)中藥可追溯與標(biāo)準(zhǔn)化中心。磷酸、三乙胺、甲酸銨、乙酸銨、甲酸、冰乙酸(色譜級，上海阿拉丁生化科技股份有限公司)；乙腈(色譜級，德國默克公司)；甲醇(色譜級，上海星可高純?nèi)軇┯邢薰?；氨水(分析級，南京化學(xué)試劑股份有限公司)；龍門米醋(食品級，北京二商龍和食品有限公司)。對照品延胡索乙素(18050203，純度≥98%，成都普非德生物技術(shù)有限公司)；延胡索甲素(19042601，純度≥98%，四川省維克奇生物科技有限公司)；去氫紫堇堿(18111303，純度≥98%，成都普非德生物技術(shù)有限公司)；海罌粟堿(19042412，純度≥98%，四川省維克奇生物科技有限公司)。醋延胡索均由生品經(jīng)醋制得到，編號CS1～CS21。

表1 樣品信息

1.2 儀器 Agilent InfinityⅡ Prime 1260儀、InfinityLab Poroshell 120 EC-C18柱(2.1 mm×150 mm，2.7 μm，美國安捷倫公司)；JYH-B40Q1小型煎藥壺(小熊電器股份有限公司)；Milli-Q超純水系統(tǒng)(美國密理博公司)；TOKIT智能熱敏爐炒鍋(上海純米電子科技有限公司)；BM-1200電子天平(啟東友銘衡器有限公司)。

2 方法

2.1 生、醋延胡索特征差異成分分析

2.1.1 生、醋延胡索制備

2.1.1.1 生延胡索 去除雜質(zhì)，切片備用。

2.1.1.2 醋延胡索 凈延胡索，加20%醋拌勻，悶透，置炒制容器內(nèi)，炒干，取出，放涼，切片備用[13]。

2.1.2 供試品溶液制備 稱取延胡索、醋延胡索飲片各100 g，加水700 mL，浸泡30 min，煮沸后繼續(xù)煎煮30 min，200目篩趁熱過濾；再加入600 mL水，煮沸后繼續(xù)煎煮20 min，同法過濾，合并濾液。濾液減壓濃縮(≤50 ℃)至500 mL，得水提液[14-15]，搖勻，取水提液5 mL，精密加入濃氨試液-甲醇(1∶20)混合溶液5 mL，混勻后靜置30 min，水浴鍋蒸干，殘渣用60%甲醇復(fù)溶，定容至5 mL，搖勻，濾過，取續(xù)濾液，即得。

2.1.3 對照品溶液 精密稱取延胡索乙素、去氫紫堇堿、海罌粟堿、延胡索甲素對照品適量，加甲醇溶解，制備成質(zhì)量濃度為1 mg/mL的溶液。

2.1.4 色譜條件 InfinityLab Poroshell 120 EC-C18色譜柱(2.1 mm×150 mm，2.7 μm)；流動相乙腈-0.1%磷酸(三乙胺調(diào)pH值至7.0)，梯度洗脫，程序見表2；體積流量0.3 mL/min；柱溫35 ℃；檢測波長280 nm；進(jìn)樣量5 μL。

表2 梯度洗脫程序

2.1.5 多元統(tǒng)計分析 本研究將HPLC數(shù)據(jù)經(jīng)Excel軟件預(yù)處理后，導(dǎo)入Simca-p13.0軟件進(jìn)行正交偏最小二乘判別分析(Orthogonal Partial Least Squares Discrimination Analysis, OPLS-DA)，OPLS-DA以變量載荷評價參數(shù)(Variable Importance for the Projection, VIP)來描述變量的貢獻(xiàn)程度，以VIP>1的變量作為特征變量，分析延胡索與醋延胡索水提液差異性，篩選出醋制前后特征差異成分。

2.2 潛在質(zhì)量標(biāo)志物驗證分析

2.2.1 特征差異成分潛在作用靶點(diǎn)篩選 特征差異成分在PubChem數(shù)據(jù)庫中下載其化學(xué)結(jié)構(gòu)圖的sdf.格式以及Smiles化學(xué)式。登錄反向藥效團(tuán)匹配數(shù)據(jù)庫“PharmMapper”上傳sdf.格式文件，然后選擇Pharmacophore Models Whose Pkd ≥ 6.0，設(shè)置匹配的靶點(diǎn)數(shù)目為300，點(diǎn)擊submit，獲取每種化學(xué)成分對應(yīng)排名前300的靶點(diǎn)。將活性成分對應(yīng)的Smiles化學(xué)式輸入SEA與SIB數(shù)據(jù)庫，得到作用靶點(diǎn)，為提高作用靶點(diǎn)的準(zhǔn)確度，將這3個數(shù)據(jù)庫得到的作用靶點(diǎn)取交集，作為化學(xué)標(biāo)記物潛在作用靶點(diǎn)，即為成分靶點(diǎn)。運(yùn)用蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(UniProt)中UniProtKB搜索功能，通過輸入靶點(diǎn)名稱并限定物種為人，將檢索得到的所有靶點(diǎn)校正為其官方名稱后，獲取與活性成分相關(guān)的靶點(diǎn)和Unitprot編號。

2.2.2 疾病潛在作用靶點(diǎn)篩選 利用在線文本挖掘服務(wù)器GeneCards、HOME-NCBI-GENE、人類孟德爾遺傳OMIM數(shù)據(jù)庫輸入關(guān)鍵詞查找分析相關(guān)的人類基因。通過輸入關(guān)鍵詞“Analgesia”得到與鎮(zhèn)痛相關(guān)的作用靶點(diǎn)，即疾病靶點(diǎn)。

2.2.3 作用靶點(diǎn)富集分析及通路圖繪制 應(yīng)用ClueGO version 2.3.4軟件與其插件CluePedia分析工具，對特征差異成分作用靶點(diǎn)The Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes(KEGG)通路作富集分析。利用DAVID Bioinformatics Resources 6.8數(shù)據(jù)庫，輸入由ClueGO軟件得出的P<0.05的通路，整合繪制最終的通路圖。

3 結(jié)果

3.1 潛在質(zhì)量標(biāo)志物篩選

3.1.1 指紋圖譜建立 按“2.1.2”項下方法制備21批供試品溶液，在“2.1.4”項色譜條件下進(jìn)樣分析，將“AIA”文件導(dǎo)入“中藥色譜指紋圖譜相似度評價系統(tǒng)”(2012版)，建立圖譜，見圖1～3。結(jié)果表明，21批延胡索供試品溶液色譜峰數(shù)目無顯著差異，不同批次之間相同色譜峰峰面積有一定差異，表明不同產(chǎn)地延胡索成分種類無明顯差異，但是含量差異顯著；延胡索與醋延胡索供試品溶液色譜峰數(shù)目無顯著差異，醋制后部分色譜峰面積明顯增加，表明醋制提高了化學(xué)成分的溶出。

圖1 21批延胡索指紋圖譜

圖2 21批醋延胡索指紋圖譜

注：A為延胡索供試品溶液，B為醋延胡索供試品溶液。

3.1.2 OPLS-DA分析 結(jié)果見圖4～5，可知生、醋延胡索能得到較好的分離，模型驗證結(jié)果(R2X=0.801，R2Y=0.918，Q2=0.844)證明其可靠程度較高。其中，26、23、21、17、10號峰VIP值大于1，可能為延胡索醋制前后的特征差異性成分。

注：CR、VCR分別為延胡索、醋延胡索。

結(jié)合對照品比對，可知26號峰為延胡索甲素，10號峰未知，23號峰為延胡索乙素，17號峰為去氫紫堇堿，21號峰為海罌粟堿。大量研究表明，此類成分大多具有鎮(zhèn)痛活性，可能是生、醋延胡索藥效差異性的物質(zhì)基礎(chǔ)，需進(jìn)一步通過網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)進(jìn)行驗證[16-18]。

圖5 各樣品VIP得分圖

3.2 方法學(xué)考察

3.2.1 線性關(guān)系考察 取延胡索乙素、去氫紫堇堿、海罌粟堿、延胡索甲素對照品適量，精密稱定，加甲醇制成質(zhì)量濃度為250 μg/mL的貯備液，取適量稀釋，在“2.1.4”項色譜條件下進(jìn)樣。以質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)(X)，峰面積為縱坐標(biāo)(Y)進(jìn)行回歸，結(jié)果見表3，可知各成分在各自范圍內(nèi)線性關(guān)系良好。

表3 各成分線性關(guān)系

在S/N=3時計算檢測限，S/N=10時計算定量限，結(jié)果延胡索乙素、去氫紫堇堿、海罌粟堿、延胡索甲素檢測限分別為2.96、2.91、8.12、16.67 μg/mL，定量限分別為9.87、9.70、27.06、55.57 μg/mL。

3.2.2 精密度試驗 取同一份供試品溶液，在“2.1.4”項色譜條件下進(jìn)樣6次，測得延胡索乙素、去氫紫堇堿、海罌粟堿、延胡索甲素峰面積RSD分別為1.32%、1.38%、1.32%、1.30%，表明儀器精密度良好。

3.2.3 重復(fù)性試驗 取飲片適量，按“2.1.2”項下方法平行制備6份供試品溶液，在“2.1.4”項色譜條件下進(jìn)樣，測得延胡索乙素、去氫紫堇堿、海罌粟堿、延胡索甲素峰面積RSD分別為1.61%、1.88%、1.43%、1.82%，表明該方法重復(fù)性良好。

3.2.4 穩(wěn)定性試驗 取同一份供試品溶液，于0、3、6、9、12、24 h，在“2.1.4”項色譜條件下進(jìn)樣，測得延胡索乙素、去氫紫堇堿、海罌粟堿、延胡索甲素峰面積RSD分別為0.82%、1.07%、1.10%、1.43%，表明溶液在24 h內(nèi)穩(wěn)定性良好。

3.2.5 加樣回收率試驗 取各成分含量已知的飲片，每份分別加入50%、100%、150%水平對照品溶液，按“2.1.”項下方法制備供試品溶液，在“2.1.4”項色譜條件下進(jìn)樣，計算回收率，結(jié)果見表4。

表4 各成分加樣回收率試驗結(jié)果(n=3)

3.3 醋制前后潛在質(zhì)量標(biāo)志物含量變化規(guī)律 通過外標(biāo)曲線法測定各批次延胡索和醋延胡索水提液中延胡索乙素、去氫紫堇堿、海罌粟堿、延胡索甲素含量，結(jié)果見圖6。

注：與延胡索水提液比較，** P<0.01。

結(jié)果表明，不同批各成分含量差異較大，延胡索水提液中延胡索乙素、去氫紫堇堿、海罌粟堿、延胡索甲素質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.029 0～0.064 6、0.060 4～0.114 9、0.039 3～0.111 7、0.023 2～0.054 7 mg/g，而醋延胡索水提液中分別為0.045 4～0.087 0、0.075 7～0.122 7、0.066 1～0.176 6、0.063 1～0.978 0 mg/g，表明延胡索醋制后，水提液中主要成分含量提高，其中延胡索乙素、海罌粟堿、延胡索甲素較明顯。上述3種成分均為叔胺堿，不易溶于水，而在醋制過程中與醋酸結(jié)合生成醋酸鹽，增加在水中的溶解度，從而含量大大提高；去氫紫堇堿為季銨堿，以離子形式溶解于水中，醋制過程對其溶出影響不大。

3.4 潛在質(zhì)量標(biāo)志物作用靶標(biāo)及網(wǎng)絡(luò)驗證 將PharmMapper、SEA和SIA數(shù)據(jù)庫得到的所有靶點(diǎn)刪除重復(fù)，并去除假陽性，整合得到化學(xué)標(biāo)記物作用靶點(diǎn)53個。由GeneCards、HOME-NCBI-GENE-與OMIM數(shù)據(jù)庫檢索整合得到的鎮(zhèn)痛靶點(diǎn)共312個，成分作用靶點(diǎn)與鎮(zhèn)痛作用靶點(diǎn)取交集共得潛在作用靶點(diǎn)20個，主要包括ATP結(jié)合和B亞家族成員1轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因、乙酰膽堿酯酶、α2 A腎上腺素能受體基因等，與中樞鎮(zhèn)痛相關(guān)的通路有2條，包括神經(jīng)活性配體受體相互作用通路(Neuroactive ligand-receptor interaction)[19]、多巴胺神經(jīng)通路(Dopaminergic synapse)[20-21]，信號相關(guān)通路有3條，包括cGMP-PKG信號通路(cGMP-PKG signaling pathway)[22]、cAMP信號通路(cAMP signaling pathway)[23-24]、鈣離子信號通路(Calcium signaling path-way)[25]。

由此表明，特征差異性成分的作用靶點(diǎn)分布于不同的通路，多成分、多靶點(diǎn)相互調(diào)節(jié)是鎮(zhèn)痛的可能作用機(jī)制。通過Cytoscape 3.7.2軟件建立“成分-靶標(biāo)-通路”網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，見圖7，可知上述靶點(diǎn)、通路與鎮(zhèn)痛作用密切相關(guān)，故延胡索乙素、延胡索甲素、去氫紫堇堿、海罌粟堿可作為延胡索醋制前后潛在質(zhì)量標(biāo)志物。

圖7 基于潛在質(zhì)量標(biāo)志物的“成分-靶點(diǎn)-通路”網(wǎng)絡(luò)圖

4 討論

本實驗建立了生、醋延胡索水提液指紋圖譜，通過對比，發(fā)現(xiàn)延胡索醋制前后化學(xué)成分種類沒有變化，但經(jīng)醋制后，各成分的含量有所提高，隨后，采用正交偏最小二乘判別分析對指紋圖譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，快速篩選、鑒定出生、醋延胡索的特征差異性成分，結(jié)果表明，延胡索醋制后，延胡索乙素、海罌粟堿、延胡索甲素含量增長較為明顯，而醋制過程對去氫紫堇堿溶出影響不大，可能與相應(yīng)成分的結(jié)構(gòu)特性相關(guān)。最后，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)對特征差異性成分進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分析，進(jìn)一步明確其與生、醋延胡索發(fā)揮鎮(zhèn)痛藥效相關(guān)。初步確定延胡索乙素、延胡索甲素、去氫紫堇堿、海罌粟堿可以作為延胡索潛在質(zhì)量標(biāo)志物，以期為延胡索質(zhì)量控制提供理論基礎(chǔ)。對于中藥炮制前后物質(zhì)基礎(chǔ)的變化及中藥飲片質(zhì)量控制研究等具有借鑒意義。