近紅外光譜在中藥中的應(yīng)用及其抗腫瘤成分分析的研究進(jìn)展

賀小剛,楚剛輝

新疆特色藥食用植物資源化學(xué)實(shí)驗(yàn)室,喀什大學(xué)化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,喀什 844006

很多中藥中含有抗腫瘤成分[1-2],但其含有抗腫瘤的有效成分含量較少,不易提取檢測(cè)。如何利用現(xiàn)代理論知識(shí)和現(xiàn)代技術(shù)來鑒定抗腫瘤成分,確保這些抗腫瘤藥物的質(zhì)量、藥效和真?zhèn)蔚确矫媸欠襁_(dá)標(biāo),已成為國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)方向。目前,已知常見的抗腫瘤成分包含黃酮類、多糖類、皂苷類、生物堿類、萜類和有機(jī)酸類等[3]。

近紅外光譜(NIRs)分析技術(shù)[4-5]是因其分析速度快、樣品無損和在線實(shí)時(shí)分析等突出優(yōu)點(diǎn)而發(fā)展起來的一種分析技術(shù)。尤其NIRs結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué),使NIRs更加成熟方便,在醫(yī)藥、食品、化工和農(nóng)業(yè)等方面有著廣泛的應(yīng)用[6-12]。

本文對(duì)NIRs在中藥中的應(yīng)用及抗腫瘤成分類型分析等方面進(jìn)行綜述,旨在為中藥中的抗腫瘤成分檢測(cè)分析、藥理研究及臨床應(yīng)用提供技術(shù)保障。

1 NIRs在中藥中的應(yīng)用

近紅外光是一種電磁波,介于可見光和中紅外光之間,波長(zhǎng)范圍為780～2 526 nm,主要反映分子中C-H、O-H 和N-H的倍頻與合頻振動(dòng)吸收,因此常用來測(cè)定含有以上基團(tuán)的有機(jī)化合物。NIRs的突出特點(diǎn)與化學(xué)計(jì)量學(xué)的完美組合,常用于物種的品種分類、產(chǎn)地分析、真?zhèn)舞b別和質(zhì)量檢驗(yàn)等方面[13-20]。

中藥材的品種不同,對(duì)應(yīng)的選育方法不同,只有合適的選育方法才能制備出更好的中藥材。侯嘉等[21]為考查新品種當(dāng)歸的適宜貯藏期和貯藏量的穩(wěn)定性,來選育更佳的當(dāng)歸品種,采用NIRs分析后,可有效直觀地對(duì)當(dāng)歸品種進(jìn)行鑒別。

許多藥材因產(chǎn)地不同,導(dǎo)致藥材的藥效不同,鑒別藥材的產(chǎn)地至關(guān)重要。HANB X 等[22]用NIRs能快速有效地對(duì)安徽、重慶、湖北和山東不同產(chǎn)地的木瓜進(jìn)行產(chǎn)地來源的鑒別,為木瓜等藥材提供了一種快速方便的鑒別方法。馬天翔等[23]采用NIRs能有效鑒別新疆、寧夏、內(nèi)蒙古、甘肅和青海5個(gè)地方不同產(chǎn)地的鎖陽(yáng),為鎖陽(yáng)的質(zhì)量評(píng)價(jià)提供了依據(jù)。

中藥的真?zhèn)舞b別是中藥制劑的重要過程。三七是一種具有顯著療效的中藥材,而三七粉一直是仿冒的目標(biāo),CHEN H等[24]利用NIRs結(jié)合類建模與基于權(quán)重的變量選擇方法來鑒別摻假的三七粉,結(jié)果表明,此方法可行有效。胡軼娟等[25]采集了6個(gè)主產(chǎn)地的前胡藥材和7種常見偽前胡樣品的近紅外光譜,通過NIRs方法鑒別真?zhèn)?其結(jié)果正確率為100%,從而為前胡藥材的真?zhèn)翁峁┝艘环N有效的鑒別方法。

一般中藥的成分頗為復(fù)雜,NIRs能簡(jiǎn)便地通過對(duì)中藥材的某一活性成分的鑒別來體現(xiàn)中藥材的質(zhì)量。HUANG J H等[26]用NIRs和加權(quán)偏最小二乘法快速鑒別百合屬植物及多糖含量,預(yù)測(cè)結(jié)果較好。籍瑞芳[27]用NIRs建模的方法,對(duì)菟絲子配方顆粒中黃酮類成分進(jìn)行定性定量分析,為指導(dǎo)臨床用藥提供有利的參考依據(jù)。

2 活性成分的抗腫瘤機(jī)制的研究現(xiàn)狀

一些中藥對(duì)某些腫瘤具有特殊的作用,其關(guān)鍵在于中藥中有可以抗腫瘤的成分類型,如黃酮類、多糖類、皂苷類、生物堿類、萜類和有機(jī)酸類等。這些成分類型的部分抗腫瘤機(jī)制已經(jīng)被報(bào)道[28-34]。見圖1。

圖1 中藥的活性成分抗腫瘤機(jī)制Fig.1 Antitumor mechanism of the active components of traditional Chinese medicines

黃酮類化合物是以2-苯基色原酮為基本母體、具有 C6-C3-C6 結(jié)構(gòu)的一系列化合物,具有抗腫瘤活性。多糖類化合物是多個(gè)單糖分子通過糖苷鍵連接的一種聚合的鏈狀大分子,具有提高和調(diào)節(jié)機(jī)體免疫的作用。皂苷類化合物是苷類中結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的化合物,是苷元為三萜或螺旋甾烷類化合物,因其藥理活性可用于藥物合成。生物堿類化合物是存在于植物中的含氮有機(jī)化合物,有顯著的生物活性,是中草藥中重要的有效成分之一。萜類是由甲戊二羥酸衍生且分子骨架以異戊二烯為基本結(jié)構(gòu)單元的化合物或其衍生物,大部分含有此結(jié)構(gòu)的活性物質(zhì)也具有抗腫瘤的效果。有機(jī)酸類化合物是具有酸性的有機(jī)化合物,一些有機(jī)酸具有抗炎、抗病毒和抗腫瘤的功效。

以上幾類化合物的抗腫瘤機(jī)制大致類似,包含以下幾個(gè)部分:作用于腫瘤細(xì)胞、抑制細(xì)胞增殖和促進(jìn)細(xì)胞凋亡;作用于血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子,調(diào)節(jié)腫瘤組織血管生成,從而抑制腫瘤生長(zhǎng);作用于免疫細(xì)胞或器官,提高身體的免疫力;作用于信號(hào)通路,調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng),干擾腫瘤細(xì)胞蛋白表達(dá)[35]。中藥中常見的抗腫瘤成分類型的活性化合物的抗腫瘤作用途徑見表1。

表1 中藥中常見活性成分的抗腫瘤作用途徑Tab.1 Anti-tumor pathways of common active components in traditional Chinese medicines

3 NIRs在中藥中抗腫瘤成分類型的分析應(yīng)用

3.1 黃酮類

黃酮類是常見的抗腫瘤成分。典型的用NIRs分析的黃酮類抗腫瘤活性物質(zhì)有木犀草素、木犀草苷、黃芩苷和蘆丁等。周琳琳等[53]利用NIRs對(duì)河南不同產(chǎn)地的野菊花中木犀草素進(jìn)行快速測(cè)定,運(yùn)用偏最小二乘法(PLS)建立模型,結(jié)果表明,該模型預(yù)測(cè)性能良好,可用于野菊花中木犀草素含量的快速測(cè)定。楚剛輝等[54]通過NIRs建立PLS模型,考察對(duì)木犀草苷定量校正模型的預(yù)測(cè)能力,結(jié)果表明,NIRs實(shí)現(xiàn)對(duì)微量木犀草苷的選擇性檢測(cè)是可行的。ESCAMILLA M N等[55]利用衰減-全反中紅外(ATR-IR)和NIRs對(duì)黃芩苷的含量進(jìn)行了快速測(cè)定,提供了一種更可靠的分析方法。韓雍等[56]以蕎麥為對(duì)象,用NIRs能快速、準(zhǔn)確測(cè)定蕎麥中蘆丁的含量。

3.2 多糖類

多糖是很多食物中的成分,其毒性低,是人們攝入的食用成分之一。很多天然的多糖類都有調(diào)節(jié)免疫的功能,因此具有預(yù)防和治療抗腫瘤的藥理活性。代表性的用于近紅外分析的抗腫瘤多糖類包括茯苓多糖、豬苓多糖、靈芝多糖和云芝多糖等。付小環(huán)等[57]利用傅里葉變換近紅外漫反射光譜結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法建立茯苓多糖的定量檢測(cè)模型及定性分析。李麗紅等[58]運(yùn)用PLS建立豬苓多糖的NIRs定量分析模型,實(shí)現(xiàn)對(duì)豬苓藥材的質(zhì)量監(jiān)測(cè)。張倩倩等[59]對(duì)靈芝子實(shí)體水提物進(jìn)行NIRs檢測(cè),為靈芝多糖成分快速定量分析提供了新方法與理論依據(jù)。張鈺瑩等[60]采集云芝提取物的NIRs,選擇反向區(qū)間PLS建立云芝多糖的定量模型。

3.3 皂苷類

皂苷類化合物有著獨(dú)特的功效,廣泛用于抗腫瘤藥物的合成。抗腫瘤皂苷類中最常見且常用于NIRs分析的有人參皂苷、三七皂苷和甘草皂苷等。ZHANG W 等[61]采用了偏最小二乘回歸(PLSR)建立了近紅外反射光譜快速分析中成藥中2種人參皂苷(Rg1和Re)的最佳模型,可以利用NIRs確定人參中皂苷的含量,為人參產(chǎn)品的質(zhì)量保證提供了技術(shù)。周雨楓等[62]用NIRs和PLS建立三七皂苷模型,可以快速實(shí)現(xiàn)中藥活性成分的在線檢測(cè)。蘇陽(yáng)等[63]用NIRs結(jié)合PLS建立升麻中新苷含量的定量模型。

3.4 生物堿類

含有生物堿的藥物也非常多,如鹽酸麻黃堿、硫酸阿托品等。用于NIRs分析的常見生物堿包含小檗堿、黃連堿和附子生物堿等。XUE J T 等[64]采用NIRs法通過PLS結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)建立模型可同時(shí)快速分析黃連4個(gè)部分(根莖、須根、莖、葉)的5種生物堿,并以小檗堿和黃連堿的分析結(jié)果進(jìn)行展示。鄧芳等[65]用NIRs測(cè)定附子及其炮制品中雙酯型生物堿的含量。

3.5 萜類

許多天然萜類物質(zhì)具有很強(qiáng)的抗腫瘤活性。萜類用于近紅外分析的相對(duì)較少,代表性萜類物質(zhì)有檸檬烯、梔子苷等。陳梓云等[66]利用NIRs獲取桔子精油的光譜信息,結(jié)合PLSR分析,建立桔子精油中檸檬烯含量的近紅外定量分析模型。CHEN Y 等[67]建立了蘭芩口服液中梔子苷的NIRs模型,為工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用提供了依據(jù)。

3.6 有機(jī)酸類

天然的有機(jī)酸在中草藥和水果的葉、根和果實(shí)中廣泛分布。常見的抗腫瘤活性物質(zhì)包含綠原酸、異阿魏酸和熊果酸等。MAO Z Y 等[68]利用近紅外漫反射光譜(NIRDRS)及采用連續(xù)小波變換和散射校正處理光譜的方法建立了快速測(cè)定植物中綠原酸的分析模型。蘇陽(yáng)等[69]采用PLS并經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變換和二階導(dǎo)數(shù)的光譜預(yù)處理方法建立模型,能可靠地對(duì)異阿魏酸的含量進(jìn)行預(yù)測(cè)。李蕾蕾等[70]用二階導(dǎo)數(shù)預(yù)處理枇杷葉中熊果酸的NIRs,能快速測(cè)定枇杷葉中熊果酸的含量。

以上活性成分用NIRs分析的結(jié)果見表2。

表2 NIRs用于活性成分的分析結(jié)果Tab.2 Analysis results of active components by NIRs

表2(續(xù)) NIRs用于活性成分的分析結(jié)果Tab.2(Continued) Analysis results of active components by NIRs

4 小結(jié)與展望

綜上所述,NIRs技術(shù)具有快速、無損和無需處理樣品的在線檢測(cè)優(yōu)點(diǎn),在中藥中的抗腫瘤活性成分的檢測(cè)中具有很高的應(yīng)用價(jià)值,尤其為抗腫瘤活性物質(zhì)的檢測(cè)與藥理研究提供了技術(shù)支撐。但NIRs也存在一些不足,如樣品取樣量大,其樣品數(shù)量都是幾十個(gè)甚至上百個(gè),從而使得實(shí)驗(yàn)過程較為繁瑣;獲得的NIRs數(shù)據(jù)處理復(fù)雜,需要多種化學(xué)計(jì)量方法進(jìn)行處理;大部分模型通用性相對(duì)比較差,一般一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭荒茚槍?duì)一種有效成分檢測(cè)等,使得有些常見的中藥的抗腫瘤活性成分沒有其他方法簡(jiǎn)便,從而限制了NIRs技術(shù)的應(yīng)用。另外,NIRs對(duì)中藥中常見的活性成分分析得較多,不常見活性成分則相對(duì)較少。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,一些更高效的分離富集方法正在被逐步開發(fā)出來,與NIRs技術(shù)相互結(jié)合,高效地分析藥物中的抗腫瘤活性成分,使分析方法方便快捷,從而在中藥中的抗腫瘤活性分析測(cè)試方面的應(yīng)用更加廣泛。