化學計量學在三黃片質量綜合評價中的應用Δ

鄔偉魁，嚴倩茹，宋 偉

(1.梅州市食品藥品監督檢驗所中藥室，廣東 梅州 514000； 2.梅州市食品藥品監督檢驗所生測室和化妝品室，廣東 梅州 514000； 3.武漢大學人民醫院藥學部，武漢 430060)

三黃片由大黃、鹽酸小檗堿和黃芩浸膏組成，為常用清熱類中成藥，生產企業眾多，藥品質量參差。該藥收載于《中華人民共和國藥典：一部》(2020年版)[1]，包括鹽酸小檗堿、黃芩苷和大黃(大黃素和大黃酚)3個含量測定項，標準可對各成分含量高低進行簡單的比較，但無法綜合評價三黃片的質量。

化學計量學是利用數學、統計學方法系統研究化學測量值內涵的科學[2]。其通過在化學研究中引入多變量分析法，可進行模式識別、綜合排序，在藥材采收期對成分的影響研究[3]、中藥質量標志物[4]、中藥色譜分析[5]和中成藥質量評價[6]等方面應用廣泛。灰色關聯分析基于相似度來判斷目標物的關聯性，可充分利用較少的原始數據去挖掘規律，作為模糊系統研究手段已應用于中藥藥效評價[7]、炮制對譜效關系的影響研究[8-9]、種質資源差異分析[10]、生產過程關鍵工藝參數辨識[11]以及不同產地和商品規格藥材質量評價[12]，還可與熵權法[13]、優劣解距離法[14]等方法聯合用于中藥材質量評價，但在中成藥質量評價中應用較少。在中藥研究中常涉及多成分、多參數、多指標的情況，簡單求和值大小無法表征各效應值的優劣。總評歸一(OD)值被用于產地加工與炮制工藝研究[15-17]、提取工藝評分[18]和制備工藝評價[19]，但少見用于中成藥質量評價。聚類分析是基于“物以類聚”的原則對目標物進行分類，可用于中藥材[20]及制劑[21]的質量研究。R語言和Python軟件已被廣泛用于聚類分析及熱圖繪制，近年來，一些在線作圖與數據分析平臺(如www.bioinformatics.com.cn)[22]將相關數據包開發成在線平臺，方便研究者使用[23]。

針對三黃片的既往文獻多為三黃片化學成分分析[24]、含量測定方法研究[25]，少見應用灰色關聯分析、OD值等化學計量學對三黃片進行質量綜合評價。為更客觀地綜合評價三黃片的內在質量，本研究通過測定5個省份13個廠家30個批次樣品多組分的含量，采用灰色關聯分析、OD值和聚類分析綜合評價三黃片質量，探索構建“初步分類+細化排序”的模式，為中成藥質量評價提供新思路。

1 材料

1.1 三黃片樣品

不同批次的三黃片為日常抽檢樣品，廠家及批號見表1。

表1 含量測定結果Tab 1 Results of content determination

1.2 數據來源

采用HPLC法[1]測定鹽酸小檗堿、黃芩苷和大黃(大黃素和大黃酚)的含量，結果見表1。為進一步直觀展示樣品含量特征，繪制樣品含量雷達圖和沖積圖，見圖1—2。

圖1 樣品含量雷達圖Fig 1 Radar chart of content

雷達圖中，內環為大黃(大黃素和大黃酚)，中環為鹽酸小檗堿，外環為黃芩苷。雷達圖顯示，不同批次樣品含量存在一定差異，輪廓突起表明含量較高，輪廓凹陷表明含量相對較低，如C1內環突起即大黃(大黃素和大黃酚)含量較高，但C1外環凹陷即黃芩苷含量較低，該樣品綜合質量如何不得而知。沖積圖顯示，同一樣品的各組分含量高低并非呈現相同趨勢，出現此高彼低、錯綜復雜的情況。雷達圖和沖積圖雖然直觀顯示了樣品含量結果，但未能顯示樣品綜合質量，故對三黃片進行化學計量學研究十分必要，有助于評價藥品綜合質量。

2 方法

2.1 灰色關聯度

2.1.1 參考序列選擇：設有m個樣品，每個樣品有n項評價指標，組成1個評價單元序列Xik(i=1，2，3……m；k=1，2，3……n)；m=30，n=3。

2.1.2 模型建立：按灰色關聯分析公式[26]，對三黃片參考序列中的數據進行如下處理。(1)原始數據規格化；(2)相對于最優和最差參考序列的關聯系數計算；(3)關聯度和相對關聯度計算。相對關聯度越大越好，根據評價單元的相對關聯度大小，得出其質量優劣排序。

2.2 OD值

采用文獻[27]方法對含量測定結果進行歸一化處理，樣品中3個含量指標均為取值越大越好(dmax)，計算公式為dmax=(Yi-Ymin)/(Ymax-Ymin)，Ymin為指標中最小值，Ymax為指標中最大值。OD=(d1+d2+d3+ …dk)/k，k為指標數，k=3，OD值越大越好，根據評價單元的OD值大小，得出其質量優劣排序。

2.3 聚類分析

利用在線作圖與數據分析平臺(www.bioinformatics.com.cn)[6]，對數據進行聚類并繪制熱圖，使用Ward聯接，距離方法為歐氏距離。

3 結果

三黃片的灰色關聯度與質量排序、OD值與質量排序結果見表2，聚類分析熱圖見圖3。灰色關聯分析結果顯示，廣西B企業3個批次樣品質量排序分別為第4、20和25位，河南H企業5個批次樣品質量排序分別為第5、10、18、23和27位，廣西F企業7個批次樣品質量排序分別為第8、15、16、21、24、28和29位，提示同一企業不同批次三黃片的質量差異明顯，相關企業有必要加強制劑工藝研究，強化生產過程控制，確保產品質量穩定。廣西F企業7個批次樣品中，僅1個樣品排序居前10位，4個樣品排序在20位以外，提示該企業產品質量差異較大。OD值質量排序結果與灰色關聯分析排序結果基本一致。聚類分析結果顯示，30批次樣品被聚為2部分，其中，質量排序居前9位的8個樣品(A、E、H4、J、F3、C2、G1和B2)聚為一類，該類樣品質量較優，與排序結果基本相符。

圖2 樣品含量沖積圖Fig 2 Alluvial plot of content

圖3 聚類熱圖Fig 3 Cluster analysis heat map

表2 三黃片相對關聯度與質量排序、OD值與質量排序Tab 2 Relative relevance and quality ranking, OD value and quality ranking of Sanhuang Tablets

4 討論

30個批次三黃片的含量測定結果均符合標準規定，對各成分含量高低進行簡單比較很難綜合評價其質量。本研究結果表明，三黃片相對關聯度值為0.279～0.559，OD值為0.063～0.585，提示不同廠家不同批次三黃片的質量差異較大，企業需加強質量穩定性研究，相關部門需加強質量風險監管。聚類分析可將樣品初步分類，關聯度與OD值可細化排序，3種方法相輔相成，探索形成“初步分類+細化排序”的模式，可用于三黃片質量的綜合評價。本研究以三黃片多組分含量為綜合評價指標，對不同廠家不同批次的樣品進行質量評價，3種化學計量學方法相互印證，可較為客觀地反映藥品的內在質量，為中成藥質量綜合評價提供思路借鑒。