楊 燕,于春強,郭子嫻,王夢月,李曉波
上海交通大學藥學院,上海 200240
當歸Angelicae SinensisRadix為傘形科植物Angelicae sinensis(Oliv.) Diels 的干燥根,為常用中藥,具有補血活血、調(diào)經(jīng)止痛、潤腸通便之功效[1]。作為藥食同源之品,當歸也常入飲食保健[2]。當歸富含有揮發(fā)油、有機酸、多糖、黃酮等化學成分[3-4],具有降壓平喘、調(diào)節(jié)腸胃、抗動脈硬化、抑菌、調(diào)節(jié)機體免疫功能等藥理活性[5-8]。依據(jù)目前已形成的道地產(chǎn)區(qū),可將當歸分為岷歸(甘肅)、云歸(云南)、川歸(四川)、窯歸(湖北)4 個大類[9]。中藥材中化學成分復雜,同時藥材栽培地域的的地理條件、采收時間及貯藏方法等都會對其質(zhì)量造成影響[10]。因此,研究不同產(chǎn)地當歸品質(zhì)差異對于當歸規(guī)范化種植、保障藥材質(zhì)量以及臨床療效均具有重要意義。
HPLC 指紋圖譜能夠有效地反映中藥中的化學成分信息,宏觀可量化,已成為評價和控制中藥質(zhì)量的常用方法[11-13]。當歸藥材的質(zhì)量控制,除了對常規(guī)指標成分(阿魏酸,藁本內(nèi)酯等)進行定量分析外,目前還進行了指紋圖譜結(jié)合主成分分析、聚類分析等化學計量學研究[14-16]。然而,迄今為止,對不同商品當歸的質(zhì)量特征缺乏系統(tǒng)研究。本研究基于HPLC 指紋圖譜及多成分定量分析,結(jié)合主成分分析(principal component analysis,PCA)、偏最小二乘法(partial least squares discrimination analysis,PLS-DA)、Fisher 線性判別(fisher linear discrimination analysis,F(xiàn)LDA)等化學計量學方法,對不同產(chǎn)地當歸質(zhì)量特征進行了分析,從化學成分角度闡明不同產(chǎn)地當歸藥材的質(zhì)量特征,為當歸的產(chǎn)地溯源識別及質(zhì)量控制提供了科學依據(jù)。
27 批當歸樣品產(chǎn)于甘肅、云南、四川,均為全歸,經(jīng)上海交通大學王夢月副教授鑒定為傘形科植物當歸Angelicae sinensis(Oliv.) Diels 的干燥根(表1)。樣品存放于上海交通大學藥學院李曉波教授實驗室。

表1 不同產(chǎn)地27 批次當歸藥材樣品的基本信息Table 1 Detailed information of 27 batches of Angelicae Sinensis Radix samples from different producing areas
對照品阿魏酸(批號wkq18042309)、阿魏酸松柏酯(批號 wkq18102206)、綠原酸(批號wkq18022809)、Z-藁本內(nèi)酯(批號wkq18110502)、洋川芎內(nèi)酯I(批號wkq18041806)、E-丁烯基苯酞(批號wkq18092104)均購至四川維克奇生物技術(shù)有限公司,質(zhì)量分數(shù)均大于98%;磷酸(色譜純,上海安譜實驗科技股份有限公司);乙腈(色譜純,北京百靈威科技有限公司);甲醇(色譜純,北京百靈威科技有限公司);超純水。
SB-5200 DTD 型超聲波清洗儀(寧波新芝生物科技有限公司);BS-500A 型電子分析天平[賽多利斯科學儀器(北京)有限公司];BJ-500A 型粉碎機(拜杰公司);Agilent 1200 高效液相色譜儀(DAD檢測器)(美國安捷倫公司);Agilent Eclipse XDB-C18 (150 mm×4.6 mm,5 μm)色譜柱(美國安捷倫公司)。
取阿魏酸、綠原酸、阿魏酸松柏酯、洋川芎內(nèi)酯I、丁烯基苯酞、Z-藁本內(nèi)酯適量,精密稱定,加入甲醇配置成質(zhì)量濃度分別為0.666、0.724、0.770、0.696、0.664、0.536 mg/mL 的混合對照品溶液,保存于冰箱備用。
取當歸藥材約0.1 g,精密稱定,置于10 mL 具塞試管中,加入5 mL 甲醇,稱定質(zhì)量;試管置于燒杯中,超聲1 h,取出后放涼至室溫,再次稱定質(zhì)量,用甲醇進行補足,搖勻濾過,取續(xù)濾液高效液相進樣分析。
色譜柱為Agilent Eclipse XDB-C18(150 mm×4.6 mm,5 μm),流動相為0.1%磷酸溶液(A)-乙腈(B),體積流量1 mL/min;梯度洗脫,0~20 min,5%~30% B;20~40 min,30%~65% B;40~45 min,65% B;45~50 min,65%~100% B;50~53 min,100% B;53~58 min,100%~5% B,58~65min,5% B;檢測波長254、278、316、327 nm;柱溫35 ℃;進樣量10 μL。
2.4.1 精密度試驗 選取編號為S27 的當歸樣品約0.1 g,精密稱定,按“2.2”項下條件制備供試品溶液,測定方法條件同“2.3”項下,連續(xù)進樣6 次,分別計算各共有峰的保留時間與峰面積。結(jié)果表明各共有峰相對保留時間的RSD<0.85%,各共有峰相對峰面積的RSD<2.0%,表明儀器精密度良好。
2.4.2 重復性試驗 選取編號為S27 的當歸樣品約0.1 g,精密稱定,平行6 份,按“2.2”項下條件制備供試品溶液,測定方法條件同“2.3”項下,分別計算各共有峰的保留時間與峰面積,結(jié)果表明各共有峰的相對保留時間的RSD<1.0%,各共有峰的相對峰面積的RSD<1.2%。表明本方法重復性良好。
2.4.3 穩(wěn)定性試驗 選取編號為S27 的當歸樣品約0.1 g,精密稱定,按“2.2”項下條件制備供試品溶液,分別于0、2、4、8、16、24 h 進樣,測定方法條件同“2.3”項下,計算各共有峰的保留時間及峰面積。結(jié)果各共有峰的相對保留時間的RSD<1.8%,各共有峰的相對峰面積的RSD<2.5%。表明供試品在24 h 內(nèi)穩(wěn)定。
2.4.4 指紋圖譜的建立及化學計量學分析 分別精密稱取27 批當歸藥材粉末,按“2.2”項下條件制備成全歸供試品溶液,測定方法條件同2.3 項下。將所得的樣品數(shù)據(jù)全譜導入國家藥典委員會組織定型的《中藥色譜指紋圖譜相似度評價系統(tǒng)(2012版)》軟件中,采用中位數(shù)法,時間窗口設定為0.5 min,選取S1 作為參照圖譜(R),生成當歸藥材中藥指紋圖譜,并進行相似度計算。將得到的13 個共有峰的峰面積導入SPSS(23.0 版本)、SIMCA-P(13.0 版本)進行PCA 統(tǒng)計分析、逐步線性判別,使用SIMCA-P 進行有監(jiān)督模式的PLS-DA 分析,進行自動擬合求解。使用Prism GraphPad 8.0 作圖。
2.5.1 方法學考察
(1)線性關(guān)系:將“2.1”項下配制的混合對照品溶液進行梯度稀釋,配制為6 份不同濃度的混合對照品溶液。按照“2.3”項下條件進行測定,以對照品質(zhì)量濃度為橫坐標(X),以各對照品峰面積為縱坐標(Y)繪制標準曲線,計算回歸方程及相關(guān)系數(shù)(r),結(jié)果見表2,各成分在濃度范圍內(nèi)線性關(guān)系良好。
(2)最低檢測限(LOD):將對照品溶液稀釋多份,按照“2.3”項下條件進行測定,以信噪比(S/N)為3∶1 時的溶液濃度作為LOD,結(jié)果見表2。
(3)最低定量限(LOQ):將對照品溶液稀釋多份,按照“2.3”項下條件進行測定,以信噪比(S/N)為10∶1 時的溶液濃度作為LOQ,結(jié)果見表2。

表2 線性關(guān)系、LOD 和LOQ 考察結(jié)果Table 2 Detailed information of standard curve, LOD and LOQ
(4)精密度試驗:選取編號S27 的當歸樣品約0.1 g,精密稱定,按“2.2”項下條件制備供試品溶液,測定方法條件同“2.3”項下,連續(xù)進樣6 次,分別計算各共有峰的保留時間與峰面積。結(jié)果表明阿魏酸、阿魏酸松柏酯、綠原酸、Z-藁本內(nèi)酯、洋川芎內(nèi)酯I、E-丁烯基苯酞RSD 依次為0.67%、0.63%、0.43%、0.98%、1.20%,0.48%,表明儀器精密度良好。
(5)重復性試驗:選取編號S27 的當歸樣品約0.1 g,精密稱定,平行6 份,按“2.2”項下條件制備供試品溶液,測定方法條件同“2.3”項下,分別計算各共有峰的保留時間與峰面積,結(jié)果表明各共有峰的相對保留時間的RSD<1.0%,各共有峰的相對峰面積的RSD<1.2%。表明本方法重復性良好。
(6)穩(wěn)定性試驗:選取編號為S27 的當歸樣品約0.1 g,精密稱定,按“2.2”項下條件制備供試品溶液,分別于0、2、4、8、12 、24 h 進樣,測定方法條件同“2.3”項下,計算各共有峰的保留時間及峰面積。結(jié)果各共有峰的相對保留時間的RSD<1.8%,各共有峰的相對峰面積的RSD<2.5%。表明供試品在24 h 內(nèi)穩(wěn)定。
(7)加樣回收率試驗:取S27 號當歸樣品約0.1 g,精密稱定,共計6 份,每份都大致以1∶1 的比例加入相應化學成分的對照品,按“2.2”項下條件制備供試品溶液,測定方法條件同“2.3”項下,分別記錄各共有峰的保留時間與峰面積,計算各成分的加樣回收率和RSD 值。阿魏酸、阿魏酸松柏酯、綠原酸、Z-藁本內(nèi)酯、洋川芎內(nèi)酯I、E-丁烯基苯酞的加樣回收率分別為95.5%、93.2%、95.4%、95.0%、91.1%、93.2%;RSD 值分別為1.28%、1.17%、2.01%、0.77%、3.37%、2.18%。
2.5.2 樣品測定:取當歸樣品約0.1 g,精密稱定,按“2.2”項下條件制備供試品溶液,測定方法條件同“2.3”項下,記錄峰面積,按標準曲線計算各待測成分的含量。
將27 批次樣品色譜數(shù)據(jù)導入“中藥色譜指紋圖譜相似度評價系統(tǒng)”,建立27 批樣品的HPLC 指紋圖譜(圖1),以S1 為參照圖譜,時間窗口設定為0.5 min,以中位數(shù)法建立對照圖譜(圖2),共得到穩(wěn)定性較好的13 個色譜峰作為共有峰。取當歸對照品溶液,按照“2.3”項下分析條件進樣測定,通過與混合對照品溶液色譜圖比對、查閱文獻資料共指認出8 個色譜峰,其中2 號峰為綠原酸,3 號峰為阿魏酸,4 號峰為洋川芎內(nèi)酯I,5 號峰為洋川芎內(nèi)酯H,9 號峰為阿魏酸松柏酯,10 號峰為E-藁本內(nèi) 酯,11 號峰為E-丁烯基苯酞,12 號峰為Z-藁本內(nèi)酯。藁本內(nèi)酯的出峰時間穩(wěn)定且峰面積占比較大,作為參比峰,計算各共有峰的相對保留時間及相對峰面積。

圖1 27 批次當歸HPLC 指紋圖譜Fig.1 HPLC fingerprint of 27 batches of Angelicae Sinensis Radix

圖2 當歸藥材HPLC 對照指紋圖譜(中位數(shù)法)Fig.2 Reference HPLC fingerprint of Angelicae Sinensis Radix (median method)
3.2.1 相似度評價 采用《中藥色譜特征圖譜相似度評價系統(tǒng)軟件(2012 版)》對27 批次的當歸藥材色譜數(shù)據(jù)進行分析,生成指紋圖譜(圖1),并計算得到相似度評價結(jié)果,結(jié)果表明27 批次當歸藥材各色譜圖相似度在0.900~0.998。各批次藥材與參照圖譜S1 比較時,S6、S7、S15、S18、S20、S21、S24、S26 相似度較為離散,表明各個產(chǎn)地當歸之間存在一定差異。
3.2.2 PCA 通過主成分分析共提取了4 個特征值大于1 的主成分,由當歸藥材指紋圖譜共有峰特征值(表4)可知,4 個主成分的累積方差貢獻率達到85.260%,說明4 個主成分在反映3 個產(chǎn)地的當歸樣品共有成分的關(guān)系中起到主導作用。其中第1 個主成分貢獻率為34.751%;第2 個主成分貢獻率為31.718%;第3、4 個主成分貢獻率分別為10.595%、8.197%。由主成分矩陣(表5)可知各個共有峰對4 個主成分不同的貢獻率,第1 主成分主要代表了峰2~4、10~12;第2 主成分主要代表了峰4~8、13;第3 主成分的信息主要來自峰9、12、13;第4 主成分的信息主要來自峰1。同時采用多元統(tǒng)計分析軟件 SIMCA-P 14.0 對13 個共有峰進行PCA 分析(圖3),可見樣品被分為3 類:第1 類為S1~S5,第2 類為S6~S10,第3 類為S11~S27,此分類結(jié)果與按當歸產(chǎn)地分類結(jié)果一致,表明前4 個主成分可以代表27 批次樣品的整體質(zhì)量。

表4 當歸藥材指紋圖譜共有峰特征值Table 4 Characteristic values of common peaks in HPLC fingerprint of Angelicae Sinensis Radix

表5 共有峰成分矩陣Table 5 Component matrix of common peaks

圖3 27 批次當歸主成分分析Fig.3 Principal component analysis of 27 batches of Angelicae Sinensis Raidx
3.2.3 PLS-DA 由PLS-DA 三維得分圖(圖4)可知,3 個產(chǎn)區(qū)當歸可明顯區(qū)分,與PCA 結(jié)果一致,且組別間分離效果更加顯著,進一步通過計算各個共有峰的變量重要性投影(Variable importance in the projection,VIP)值(圖5),以VIP 值大于1 為標準,篩選可以作為產(chǎn)地間相互區(qū)分的差異性指標,結(jié)果顯示Z-藁本內(nèi)酯(VIP=2.08),E-藁本內(nèi)酯(VIP=1.83),阿魏酸松柏酯(VIP=1.75),綠原酸(VIP=1.00)4個成分是可以作為組間區(qū)分的潛在指標,與主成分分析結(jié)果也較為接近。

圖4 27 批次當歸PLS-DA 得分圖Fig.4 PLS-DA scores of 27 batches of Angelicae Sinensis Radix

圖5 27 批次當歸13 個共有峰VIP 值Fig.5 VIP values of 13 common peaks of 27 batches of Angelicae Sinensis Radix
3.3.1 當歸中6 個指標成分含量測定 由當歸HPLC 指紋圖譜共指認出13 個共有化學成分,存在VIP 值大于1 的4 個差異性成分,其中藁本內(nèi)酯中Z型相比E型為優(yōu)勢構(gòu)象,比E型更加穩(wěn)定,在中藥材中含量也相對較高;阿魏酸松柏酯由于不穩(wěn)定易轉(zhuǎn)化為阿魏酸與松柏醇,在實驗中將阿魏酸松柏
酯含量換算為等量阿魏酸,并與本身測定的阿魏酸之和計入總量,以“總阿魏酸”表示。因此本試驗主要測定了當歸樣品中總阿魏酸、Z-藁本內(nèi)酯、綠原酸的含量,同時考慮到當歸中的洋川芎內(nèi)酯I,E-丁烯基苯酞也是主要有效成分,因此一并納入進行含量測定,結(jié)果見表6,可見不同產(chǎn)地當歸中化學成分含量存在明顯差異。通過分析含量測定結(jié)果箱線圖(圖6),可明確各產(chǎn)地當歸中代表性化學成分。四川當歸中的綠原酸量均在0.30 mg/g 以上,整體高于其他產(chǎn)地(P<0.05),可作為區(qū)分四川當歸與其他產(chǎn)地當歸的一個指標成分;洋川芎內(nèi)酯I在云南迪慶維西縣采收的當歸中質(zhì)量分數(shù)最高,達到0.24 mg/g;四川產(chǎn)區(qū)的當歸中E-丁烯基苯酞量基本都在0.50 mg/g 以上,高于其他產(chǎn)地當歸(P<0.000 1),也可作為區(qū)分四川當歸與其他產(chǎn)地當歸的一個指標成分,甘肅岷縣當歸中含量在0.2~0.3 mg/g,組內(nèi)差異不明顯,云南產(chǎn)區(qū)的S16、S18、S19、S20、S21、S24 號當歸E-丁烯基苯酞含量高于云南產(chǎn)地的其他批次當歸;27 批次當歸中總阿魏酸的質(zhì)量分數(shù)均在1.42~2.58 mg/g,其中S8、S23、S25、S26、S27 5 個批次中總阿魏酸的含量均達到了2.50 mg/g 以上,劍川當歸中阿魏酸含量明顯高于其他產(chǎn)區(qū)(P<0.05),可作為區(qū)分云南劍川當歸與其他產(chǎn)地當歸的差異性成分;7 個批次的云南劍川當歸中Z-藁本內(nèi)酯基本都在23.00 mg/g 以上,云南大理洱源批次當歸則為最低,甘肅岷縣麻于鄉(xiāng)的當歸中質(zhì)量分數(shù)最高,達到29.15 mg/g,岷縣蒲麻鎮(zhèn)與中都鄉(xiāng)產(chǎn)地當歸的質(zhì)量分數(shù)也均在27.00 mg/g以上,高于其他產(chǎn)地(P<0.05),可作為區(qū)分甘肅當歸與其他產(chǎn)地當歸的差異性成分。

表6 當歸中指標成分測定結(jié)果Table 6 Determination results of marker components in Angelicae Sinensis Radix

圖6 HPLC 指紋圖譜各指標成分含量測定箱線圖Fig.6 Determination results of marker components of HPLC fingerprint from Angelicae Sinensis Radix
3.3.2 FLDA 利用SPSS 23.0 統(tǒng)計軟件的Fisher 線性判別分析驗證指標成分可以作為當歸產(chǎn)地識別的適用性,對來自甘肅、四川以及云南的27 個樣本按地區(qū)進行分組建模,以綠原酸、洋川芎內(nèi)酯I、E-丁烯基苯酞、總阿魏酸、Z-藁本內(nèi)酯作為判別變量,根據(jù)Wilks’Lambda 統(tǒng)計量,當被加入的變量F值>3.84 時,該變量則可以保留在函數(shù)中建立判別函數(shù),最終提取到綠原酸(a)、E-丁烯基苯酞(b)、Z-藁本內(nèi)酯(c)3 個變量,建立2 個判別函數(shù)(discriminant function,DF)。

DF(1)攜帶原始信息的 83.6%,DF(2)攜帶原始信息的16.4%。以2 個判別函數(shù)得分作圖,獲得典則質(zhì)心圖(圖7),可以看出各產(chǎn)地樣 本之間各自聚為一類,且存在組間距離,3 個成分對當歸產(chǎn)地溯源具備區(qū)分潛力。由樣本自身驗證及交叉驗證結(jié)果,自身驗證判別中只有甘肅產(chǎn)地中一個樣本被誤判為云南產(chǎn)地,樣本總正確判別率達96.3%;樣本交叉驗證結(jié)果中甘肅產(chǎn)地中一個樣本被誤判為云南產(chǎn)地,云南產(chǎn)地中一個樣本被誤判為四川當歸樣本,樣本總正確判別率達92.6%。表明綠原酸、Z-藁本內(nèi)酯、E-丁烯基苯酞可以作為產(chǎn)地區(qū)分的指標成分,這一結(jié)果與PLS-DA 分析、及含量測定分析結(jié)果基本一致。

圖7 判別分析典則質(zhì)心圖Fig.7 Centroid of canonical discriminant function
本實驗利用二極管陣列檢測器對當歸樣品供試液進行全波長掃描,獲得3D 圖譜,查看色譜峰的紫外吸收光譜,結(jié)果表明當檢測波長設定為254 nm時,色譜基線平穩(wěn),色譜峰分離度良好,色譜峰數(shù)目多。通過設計正交試驗,考察超聲提取條件。以阿魏酸、阿魏酸松柏酯、綠原酸、E-丁烯基苯酞、洋川芎內(nèi)酯I、Z-藁本內(nèi)酯的峰面積為評價指標,對原始數(shù)據(jù)均值化,然后取6 個指標的平均值作為每次試驗的試驗結(jié)果。結(jié)果顯示,50 倍的100%甲醇超聲60 min 為最優(yōu)提取條件。
當歸品質(zhì)的形成與非生物因素息息相關(guān),如水分、光照、海拔等。據(jù)考證,當歸最早的出產(chǎn)地在今甘肅宕昌一帶,是公認的當歸道地產(chǎn)區(qū)[17],隨著栽培技術(shù)的發(fā)展,云南、四川等地的當歸產(chǎn)量也逐步提升,但單純從當歸的外觀性狀、HPLC 指紋圖譜中很難明確其產(chǎn)地來源及內(nèi)在質(zhì)量差異。《中國藥典》2015年版中將當歸藥材的阿魏酸含量作為質(zhì)量控制指標[1]。但是在當歸中的阿魏酸有2 種來源,一是植物本身含有的阿魏酸,即游離阿魏酸,另一種是由其他化合物經(jīng)過某些途徑轉(zhuǎn)化為阿魏酸,阿魏酸松柏酯性質(zhì)很不穩(wěn)定,在甲醇、強酸性、強堿性、光照及高溫等環(huán)境下易轉(zhuǎn)化為阿魏酸與松柏醇[18],藥典中測定的阿魏酸含量會高于當歸本身含有的阿魏酸,它實際上包括了游離阿魏酸以及由阿魏酸松柏酯轉(zhuǎn)化而來的阿魏酸的總量;同時在考察當歸樣品提取的提取工藝時,若采用回流提取,阿魏酸松柏酯會由于受熱不穩(wěn)定分解,導致樣品重現(xiàn)性較差;采用超聲提取,可減少阿魏酸松柏酯由于加熱造成分解揮發(fā),并將阿魏酸及阿魏酸松柏酯以總阿魏酸的量計入,可避免由于環(huán)境條件改變造成阿魏酸含量發(fā)生改變,含量測定不準確的情況。此外,當歸中還存在其他活性成分,如苯酞類的藁本內(nèi)酯、丁烯基苯酞,有機酸類的阿魏酸、綠原酸等成分均表現(xiàn)出較強的藥理活性作用[11-13],僅測定阿魏酸的含量,當歸質(zhì)量特征得不到全面的表征與反映。
本研究結(jié)果表明,云南產(chǎn)區(qū)當歸中總阿魏酸的含量整體高于其他產(chǎn)區(qū),特別是劍川當歸中總阿魏酸的含量均在2.00 mg/g 以上,可作為云南劍川當歸區(qū)別于其他產(chǎn)區(qū)的特異性指標成分,相似結(jié)論也有研究報道[19-20]。當歸中的揮發(fā)性成分種類繁多,主要包括藁本內(nèi)酯、正丁烯基內(nèi)酯等,現(xiàn)代醫(yī)學認為,當歸揮發(fā)性成分在解痙、陣痛、抗炎、抑制血小板聚集等方面都有藥理活性[5]。甘肅產(chǎn)區(qū)當歸中揮發(fā)性成分Z-藁本內(nèi)酯可作為甘肅當歸的成分識別標志;四川當歸中除了E-丁烯基苯酞之外、綠原酸含量也明顯高于其他產(chǎn)區(qū),可作為四川當歸的成分識別標志。本實驗注重于不同產(chǎn)區(qū)當歸內(nèi)在質(zhì)量差異,由PCA、PLS-DA 尋找到的潛在性差異性成分可實現(xiàn)不同產(chǎn)地當歸的區(qū)分溯源,并對各個產(chǎn)地當歸的特異性識別成分進行歸屬,并經(jīng)由判別分析驗證結(jié)果可靠性,尋找到不同產(chǎn)地當歸的“識別標志”,以期能為當歸藥材的質(zhì)量控制及產(chǎn)地識別提供依據(jù),對于當歸規(guī)范化種植、提升藥材質(zhì)量和臨床療效上也有積極意義。
利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突