電化學分析技術在中藥物質基礎研究中的應用Δ

徐飛，陳娟，吳啟南（南京中醫藥大學藥學院，南京市210046）

中藥是我國傳統醫學的重要組成部分，但我國中藥出口僅占世界天然藥物貿易的3%左右，且大部分為原料藥和保健藥。其原因在于缺乏現代科學分析手段對中藥的物質基礎進行深入細致的系統研究，使得原藥質量檢驗、有效成分提取、制劑質量監控、藥效病理毒理研究等方面均落后于發達國家。電化學分析是根據物質在溶液中的電化學性質及其變化建立的一類分析方法，以電導、電位、電流和電量等電參數與被測物含量的關系作為計量的基礎。其靈敏度及準確度都很高，因具有選擇性好、操作方便、分析速度快、適用面廣等特點，已成為中藥物質基礎研究的常用手段。本文綜述近年來電化學分析技術在中藥物質基礎研究中的應用，以期隨著傳統中藥研究的進一步深入，各種電化學分析手段將發揮更大的作用。

1 電化學分析技術在中藥有效成分研究方面的應用

中藥的有效成分大致可分為糖和苷類、醌類、苯丙素類、黃酮類、萜類、生物堿等幾大類。這些物質在分子結構上大都帶有電化學活性基團（如碳碳共軛雙鍵、碳鹵鍵、羰基、硝基、亞硝基、偶氮基等）。從原理上講，凡含有這些電化學活性基團的中藥有效成分均可用某一合適的電化學技術予以研究。

1.1 生物堿

生物堿指來源于生物界（主要指植物界）的一類含氮有機化合物，多具有顯著生物活性。大多數有較復雜的環狀結構，氮原子結合在環內。以玻碳電極為工作電極時，秋水仙堿[1]、小檗堿[2]、荷葉堿[3]、槐定堿[4]發生完全不可逆的氧化過程，荷葉堿的氧化產物在電極上有弱吸附，槐定堿的氧化峰是兩電子、兩質子的不可逆擴散氧化波。羥喜樹堿[5]發生受吸附控制的準可逆兩電子轉移電極反應。苦參堿類生物堿[6]中苦參堿和槐定堿會產生一個不可逆氧化峰，而相同條件下氧化苦參堿和氧化槐定堿均無氧化峰出現。在不同陽離子膠束體系中槐定堿和苦參堿的氧化峰電流均有所降低，氧化峰電位均發生正移[7]。碳納米管修飾電極對胡椒堿的還原反應具有明顯的催化作用[8]。多壁碳納米管修飾玻碳電極對苦參堿的電化學氧化具有良好的催化作用[9]。長春新堿[10]在β-環糊精修飾電極表面上發生受吸附控制的不可逆還原過程，在中性介質和較低溫度下，該修飾電極對長春新堿的電活性起催化作用。

1.2 苯丙素類化合物

苯丙素類化合物是中藥中常見的芳香族化合物，包括簡單苯丙素類、香豆素類、木脂素類。巖白菜素[11]在玻碳電極上發生不可逆的氧化反應，為兩電子、兩質子過程。和厚樸酚[12]在汞電極上的吸附具有中性分子吸附的特征，產生2個還原峰，分別對應于分子中酚羥基鄰位上和對位上的碳碳雙鍵的還原。活化玻碳電極對丁香酚的氧化還原有催化作用[13]。

1.3 黃酮類化合物

黃酮類化合物類型多樣，具多方面的生物活性。泛指2個苯環通過3個碳原子相互聯結而成的化合物。木犀草素[14，15]在玻碳電極表面發生的電極反應是吸附控制的準可逆兩電子轉移過程，在自制修飾碳糊電極上存在一對可逆的氧化還原峰，其半波電位與酸度成線性關系，電子轉移數目對酸度有依賴性[16]。蘆丁[17]在玻碳電極上發生一個受吸附控制的準可逆兩電子過程，在碳糊電極上的電極過程為一受擴散控制的兩電子、兩質子參與的準可逆過程[18]，有序介孔碳修飾熱解石墨電極對其具有良好的電催化氧化作用[19]。蘆丁修飾玻碳電極的電極反應機制為電化學-化學-電化學偶合反應（ECE）過程，此修飾電極對抗壞血酸有良好的催化氧化作用，而對高錳酸鉀（KMnO4）有良好的催化還原作用[20]。多壁碳納米管膜修飾電極能顯著提高燈盞花素的氧化峰電流[21]。槲皮素[22]在多壁碳納米管修飾碳糊電極上的電極過程為一受吸附控制的兩電子、兩質子參與的準可逆過程。花旗松素[23]在玻碳電極上出現一組準可逆氧化還原峰，在低速掃描時受吸附控制，電子轉移數n值的變化受掃速影響很大。水飛薊賓在玻碳電極上產生陰極還原峰[24]。黃芩苷[25]、大豆黃素[26]在玻碳電極上均出現一受吸附控制的不可逆氧化峰。柚皮苷[27]在滴汞電極上發生具有吸附性的兩電子不可逆還原過程。

1.4 醌類

醌類化合物是中藥中一類具有醌式結構的化學成分，具有抗菌、止血、抗病毒、擴張冠狀動脈等作用。大黃素[28]在滴汞電極上進行兩電子、兩質子的準可逆聚合反應過程。紫草素[29]在懸汞電極上進行可逆的擴散過程。大黃酸[30]在酸性溶液中玻碳電極上出現一明顯的還原峰，峰電流與掃描速率呈線性關系，峰電位與掃描速率的對數值、一定范圍內的pH值呈線性關系。丹參酮ⅡA[31]可在玻碳電極上進行兩電子的可逆過程。蘆薈苷[32]在玻碳電極上的電極過程具有吸附性和不可逆性。蘆薈大黃素在鉑電極上發生準可逆的雙電子轉移過程，溶劑對蘆薈大黃素的電化學性能有很大的影響。

1.5 萜類

萜類化合物化學結構多樣，在中藥中分布廣泛，具多方面的生物活性。冬凌草甲素在懸汞電極上發生不可逆的還原過程[33]。姜黃素在玻碳電極上為單電子轉移的準可逆電極反應過程，且峰電位與掃速無關。增大掃速，陽極峰發生分裂，氧化產物出現2種構型[34，35]。隱丹參酮[36]在玻碳電極上的反應為可逆過程。

2 電化學分析技術在中藥有效成分與生物大分子之間相互作用的應用

在一定條件下，藥物分子與生物大分子之間可通過分子間作用力形成超分子化合物，電分析化學法具有簡單、快捷、高靈敏度和高選擇性等特點，是小分子藥物與生物大分子相互作用的重要研究方法。

2.1 與DNA的相互作用

臨床上使用的許多抗癌、抗病毒藥物都是以DNA為作用靶點，通過與癌細胞或病毒的DNA發生相互作用破壞其結構，進而影響基因調控與表達功能，表現出抗癌或抗病毒性。研究小分子藥物與DNA的結合過程，對藥物開發和設計以及藥物藥效的研究都具有重要的意義。蘆丁與DNA結合生成一種非電活性的組成為1∶1的超分子化合物，結合常數β＝2.49×105mol·L-1[37]。固定在羥基磷灰石薄膜上的DNA與蘆丁之間的相互作用表明，蘆丁與DNA之間存在一定的嵌入作用[38]。姜黃素在DNA修飾玻碳電極上與DNA發生相互作用[39]，作用方式為嵌插結合，姜黃素與DNA之間形成了2種化合物：DNA-2curcumin和DNA-curcumin，二者的表觀結合常數βs分別為2.34×105L·mol-1和1.48 L·mol-1。pH為4.4時，蘆薈大黃素與DNA之間以靜電作用為主；pH為6.5和7.4時，以嵌入結合為主，且pH為7.4時，二者形成了一種具有電活性的超分子化合物[40]。木犀草素可嵌入DNA堿基對間形成非電活性的超分子化合物[41]。在中性條件下，DNA最穩定且最容易與隱丹參酮發生相互作用形成一種新的配合物[42]。白藜蘆醇與DNA之間的相互作用不應是嵌入式的，而可能是靜電吸引的結果[43]。

2.2 與蛋白質的相互作用

小分子藥物進入體內以后，將被吸收進入血液，并通過血液轉運到目標器官和細胞；在轉運過程中，多數小分子藥物能與血液中的蛋白質相結合。這種結合在某種程度上對血液中游離態小分子藥物的濃度起到調控作用，進而影響小分子藥物的轉運效率、以及小分子藥物的毒性和代謝。因此，研究小分子藥物與蛋白的相互作用在醫藥科學中具有很重要的意義。大黃酚與牛血清白蛋白（BSA）相互作用結合生成一種非電活性的超分子化合物，BSA的存在導致大黃酚氧化還原峰電流降低，峰電位基本不變，峰電流的下降值同所加入的BSA濃度在一定范圍內呈線性關系[44]。山柰素與人血清白蛋白（HSA）相互作用也可形成超分子復合物[45]。蘆丁對黃嘌呤氧化酶活性沒有抑制性，是由于蘆丁結構上多一個蕓香糖，導致空間位阻加大，阻止了蘆丁進入酶活性口袋[46]。低濃度（1 mmol·L-1）番茄堿對乙酰膽堿酯酶有明顯的激活作用，高濃度（10mmol·L-1）番茄堿對乙酰膽堿酯酶有明顯的抑制作用。

3 結語

電化學分析技術包羅萬象，且與其他手段相比，電化學手段具有無可比擬的高靈敏度和選擇性，使其在中藥方面的應用日益廣泛，逐步成為不可或缺的工具，且它獨具的綠色環保的特點符合當今發展的要求。但中藥成分復雜，且中藥成分的電化學行為經常會受到溶液的pH值、溶劑的濃度等因素的影響，導致了其應用的局限性。因此，我們要在現有基礎上結合日益更新的現代科學技術，密切關注技術聯用的發展動向以及學科之間的交叉聯系，從中藥的特點出發，對現有電化學分析方法、技術不斷加以改進，使其能夠更全面、更深入地應用于中藥物質基礎的研究。

[1]冶保獻，木合塔爾·吐爾洪，張宗培，等.秋水仙堿的電化學性質及電分析方法研究[J].分析科學學報，2004，20（5）：458.

[2]洪 如.小檗堿的電化學行為研究[J].化學工程與裝備，2010，12（7）：26.

[3]許雪琴，李志明，王 偉，等.荷葉堿的電化學行為研究及分析應用[J].分析科學學報，2008，24（6）：645.

[4]劉 輝，吳衛平，朱效華，等.槐定堿的電化學反應機制與分析[J].鄭州大學學報（醫學版），2010，45（3）：495.

[5]曲永紅，李麗萍，劉愛林.羥喜樹堿在玻碳電極上的直接電化學行為研究[J].海峽藥學，2008，20（9）：107.

[6]姚慧琴，高作寧，韓曉霞，等.苦參堿類生物堿在玻碳電極上的直接電化學行為及電分析方法研究[J].中國中藥雜志，2005，30（10）：765.

[7]王 梅，高作寧.槐定堿和苦參堿在不同陽離子膠束介質中的電化學行為[J].化學傳感器，2008，28（2）：51.

[8]衛應亮，張路平，邵 晨，等.胡椒堿在碳納米管修飾電極上的電化學行為研究[J].化學研究與應用，2009，21（3）：303.

[9]任超超，高作寧.苦參堿在多壁碳納米管修飾玻碳電極上的電催化氧化及其電分析方法[J].分析試驗室，2009，28（8）：47.

[10]王南平，張其平，陳洪霞，等.長春新堿在β-環糊精修飾電極上的電化學行為[J].化學世界，2008,49（6）：340.

[11]陳敬華，張 靜，莊 茜，等.巖白菜素的電化學行為及其測定[J].分析試驗室，2008，27（3）：30

[12]胡勁波，龔思源，孫成科，等.和厚樸酚的電化學行為及反應機理研究[J].分析化學，2000，28（5）：539.

[13]羅紅梅，廖 鈁，譚寶玉.丁香酚在活化玻碳電極上的電化學行為[J].廣州化工，2009，37（3）：104.

[14]屈凌波，趙俊宏，楊 冉，等.木犀草素的電化學性質及在其測定中的應用[J].理化檢驗化學分冊，2010，46（3）：313.

[15]劉愛林，張少波，吳瀟霎，等.木犀草素在玻碳電極上的直接電化學行為及其測定[J].電化學，2007，13（4）：441.

[16]武冬梅，李敬芬.木犀草素修飾碳糊電極的電化學性質研究[J].黑龍江醫藥科學，2005，28（3）：16.

[17]董社英，王遠，黃廷林，等.蘆丁在離子液體[bm im]BF4中的電化學行為及其影響因素[J].高等學校化學學報，2009，30（11）：2 165.

[18]何鳳云，徐 雯，朱子豐，等.蘆丁在碳糊電極上的電化學行為[J].南京曉莊學院學報，2008，6：23.

[19]馬永根，胡廣志，邵士俊，等.蘆丁在有序介孔碳修飾電極上的電化學行為及其測定[J].安徽農業科學，2009，37（30）：14 578.

[20]陶海升，闞顯文，鄧湘輝，等.蘆丁修飾電極的電化學特性及其催化性能[J].分析試驗室，2005，24（7）：21.

[21]郭 英，貝玉祥，高云濤，等.燈盞花素在多壁碳納米管修飾玻碳電極上的電化學行為及其測定[J].藥物分析雜志，2009，29（7）：1 130.

[22]朱子豐，何鳳云，柳閩生.槲皮素在碳納米管修飾碳糊電極上的電化學行為及測定[J].南京曉莊學院學報，2009，3：38.

[23]王明華，王 辰，高云濤，等.花旗松素的電化學行為及其測定的研究[J].藥物分析雜志，2010，30（3）：534.

[24]吳歐燕，許雪琴，陳國南.水飛薊賓的電化學行為研究[J].福州大學學報（自然科學版），2007，35（2）：288.

[25]崔書亞，黃依伶.循環伏安法測定三黃片中黃等普的含量[J].綿陽師范學院學報，2008，27（11）：48.

[26]黃寶美，姚程煒，邊清泉，等.大豆黃素的電化學行為及其循環伏安測定[J].理化檢驗化學分冊，2009，45（3）：319.

[27]劉 紅，錢宗耀，李炳奇，等.柚皮苷的伏安行為[J].理化檢驗化學分冊，2009，45（3）：310

[28]杜 添，牛雅萍，錢宗耀，等.循環伏安法研究大黃素的電化學行為[J].理化檢驗化學分冊，2010，46（1）：38.

[29]軒衛華，錢宗耀，李炳奇，等.紫草素的電化學伏安行為研究[J].分析試驗室，2010，29（2）：14.

[30]陳毅挺，張 蘭.大黃酸在酸性溶液中的電化學行為[J].福建醫科大學學報，2005，39（3）：335.

[31]李光文，林新華，林小燕.丹參酮ⅡA的電化學行為及其測定[J].電化學，2006，12（4）：449.

[32]黃麗英，王中成，賴 麗，等.蘆薈大黃素在水和非水溶劑中的電化學性質[J].電化學，2005，11（4）：446.

[33]袁利杰，張玉峰，冶保獻.冬凌草甲素的電化學性質及電分析方法研究[J].分析科學學報，2006，22（1）：28.

[34]吳 萍，陳 偉，張亞鋒，等.姜黃素的電化學性質及其測定[J].電化學，2005，11（3）：346.

[35]李 靜，李景印，郭玉鳳，等.姜黃素在玻碳電極上的電化學行為研究[J].河北省科學院學報，2006，23（4）：64.

[36]張 靜，陳敬華，葉樺珍，等.隱丹參酮的電化學行為及其測定[J].分析試驗室，2006，25（10）：7.

[37]包曉玉，陳建國，陳 欣，等.蘆丁與DNA相互作用的電化學研究[J].分析試驗室，2001，20（2）：1.

[38]王桂香，馬升勇，王文鑫，等.電化學方法研究蘆丁與鮮魚精DNA之間的相互作用[J].分析試驗室，2009，28（1）：113.

[39]張亞鋒，吳 萍，林新華.姜黃素與DNA相互作用的電化學性質[J].化學研究，2009，20（1）：37.

[40]萬紅艷，張亞鋒，陳敬華，等.蘆薈大黃素與DNA相互作用的紫外光譜和電化學研究[J].分析測試學報，2007，26（1）：59.

[41]屈凌波，趙俊宏，李建軍，等.木犀草素與DNA相互作用的電化學研究[J].分析測試學報，2008，27（1）：79.

[42]劉 薇，吳曉蘋，鄭國森，等.隱丹參酮的電化學性質及其與DNA相互作用的研究[J].分析測試技術與儀器，2007，13（4）：246.

[43]鄭建斌，張宏芳，張秀琦，等.白藜蘆醇的電化學行為及其與DNA的相互作用[J].高等學校化學學報，2006，27（9）：1 635.

[44]李守君，方洪壯，武冬梅，等.大黃酚和牛血清蛋白相互作用的電化學/光譜性質研究[J].分子科學學報，2008，24（6）：411.

[45]林麗清，林新華，陳敬華，等.山柰素與蛋白質相互作用的電化學行為研究[J].電化學，2010，16（2）：233.

[46]李錦蓮，胡 玲，劉海燕，等.蘆丁與黃嘌呤氧化酶相互作用的電化學/紫外光譜性質研究[J].黑龍江醫藥科學，2009，32（3）：74.