化学计量学在心可舒片质量分析及评价中的应用研究

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心可舒(XKS)片是由丹参、葛根、三七、木香、山楂五味药材按照君臣佐使配伍组成的中成药,具有活血化瘀,行气止痛的功效,对于气滞血瘀引起的冠心病,心绞痛等多种疾病有显著疗效,君药丹参作为方剂的主体发挥主要治疗作用。目前对XKS片及丹参的分析评价逐渐深入。在质量控制方面,常使用近红外(NIR)光谱技术和高效液相色谱(HPLC)指纹图谱技术,NIR光谱分析的准确性很大程度上依赖校正模型的优劣,如何建立更好的校正模型是质量评价的重要内容。HPLC色谱分析前处理复杂、耗时长、多使用有机溶剂,在用于生产过程及时分析以及大批次样品检验时存在效率低和污染环境等问题。在作用机制方面,报道了通过网络药理学方法对XKS片治疗部分病症的物质基础虚拟筛选以及揭示用于治疗部分症状的药理作用机制,但未有从药性方面对XKS片的作用机制和配伍规律进行阐释。化学计量学作将多变量解析方法引入分析过程,与中药多组分多靶点的特征以及君臣佐使等用药原则有相通之处,被广泛用于中药复杂体系的分析。基于此,本论文借助化学计量学对XKS片进行更深入的分析,进一步完善XKS片的质量分析方法和药理作用机制。主要研究内容包括以下几部分:1.一种基于光谱相似度的用于光谱样本个性化校正集选择及建模的方法提出了一种个性化的用于未知样本校正集选择及建模的方法,该方法考虑每个未知待测样本的光谱特征,基于光谱相似度从样本池中为每个未知待测样本有针对性的选择目标校正集和目标验证集,进而为每个未知待测样本有针对性的建立校正模型,并根据目标验证集的预测结果优化相应的校正集样本数量。此外,利用插值算法细化样本空间分布,建立的个性化校正模型也会随之精细。为验证所提方法的有效性,把余弦距离和马氏距离作为光谱相似性度量的方式,讨论了三次样条插值(spline),保形分段三次插值(pchip)和修正Akima三次Hermite插值(makima)三种不同的分段插值算法用于细化光谱空间分布的情况,分别对玉米数据集和丹参数据集的4个质量参数建立了偏最小二乘(PLS)回归模型,并与经典的 Kennard-Stone(KS)算法和 samplesetpartitioning based on jointx-y distance(SPXY)算法比较。实验结果表明,在建立定量模型时,大多数情况下该方法比经典的KS和SPXY方法有更好的模型性能,以马氏距离作为光谱相似度评价方式优于余弦距离,可以为建模过程中如何针对未知样本更好地选择代表性的验证集和校正集以及个性化建模提供参考。2.心可舒片的近红外光谱与高效液相色谱特征图谱的图谱转换运用模型转移算法,在由简单到复杂的体系中研究了 NIR光谱与HPLC特征图谱两种不同原理的图谱转换以及影响图谱转换的因素。研究体系包括:高斯函数模拟体系和XKS片中药复杂体系。分析的影响因素包括转移样本数、光谱预处理、色谱预处理。实验结果表明,对于模拟数据,NIR光谱不仅能非常准确的预测色谱峰的保留时间,还能精确预测相应峰面积,图谱转换前后的样本间相似度值及顺序的一致性为100%,这表明NIR光谱和HPLC图谱的转换是可行的,考察结果表明预测的色谱图对缺失的成分有完美的辨识能力,但对增加的成分无法辨识,此时可以考虑加入异常组分信息样本通过模型更新解决。在XKS片复杂体系中,经XKS溶液NIR光谱和XKS片剂NIR光谱转换后,8个特征峰均得到展现,转换前后色谱平均相似度均为0.98,多数样本图谱转换前后的峰面积比值在0.90-1.10之间,平均值分别为0.97和0.93,由此可见,结果基本是可接受的。尽管XKS片体系比较复杂,可能由于批次间一致性较好,因此少数的转移样本即可获得较好的图谱转换效果。由于测定样品HPLC色谱时常出现基线漂移、保留时间偏移等现象,所以在图谱转换前采用化学计量学算法对齐色谱峰是必要的,对于非侵入式XKS片剂的图谱转换,光谱预处理是必要的。3.网络药理学结合中药药性研究心可舒片治疗心绞痛的作用机制整理了常用中药材的药性和物质基础,采用关联分析(Association Analysis)方法挖掘药性与物质基础的关系,依据药性与物质成分的关联结果,推测XKS片成分可能的药性归属,运用网络药理学方法从药性角度阐释XKS片治疗心绞痛的生物学基础,构建了 XKS片治疗心绞痛的药性-成分-共同靶点-心绞痛疾病网络、四气-靶点网络、五味-靶点网络,对成分作用疾病的靶点进行蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)分析、基因本体(GO)富集分析以及对与不同药性相关的靶点分别进行京都基因与基因组百科全书(KEGG)富集分析。分析结果如下:关联分析结果表明生物碱类与热性、温性、苦味、辛味关联较强;苯丙素类与温性、辛味关联较强;黄酮类与温性、辛味关联较强;醌类与寒性、苦味关联较强;鞣质与寒性、酸味关联较强;萜类与温性、辛味关联较强;有机酸类与温性、酸味、甘味关联较强;甾体类与温性、寒性、苦味关联较强。网络分析确定了 XKS片中30种可能的活性成分,醌类成分主要来自丹参,发挥苦寒作用;黄酮类成分主要来自葛根,对机体发挥辛凉作用;有机酸类成分主要来自山楂、丹参,发挥酸、甘、温作用,萜类成分主要来自三七、木香,发挥辛温作用。挖掘了 XKS片成分作用于心绞痛疾病的47个靶点,PTGS2、IL2、PPARG、VEGFA、TNF、MMP9是关键靶点且均通过XKS片组方的多种药性发挥作用。四气-靶点网络和五味-靶点网络表明XKS片组方用于治疗心绞痛时一种药性通过多种靶点发挥作用,多数靶点会与多种药性相关联。TNF、VEGFA、IL6、IL1B等是PPI网络的重要节点,推测XKS片治疗心绞痛可能通过这些靶蛋白直接或间接地发挥疗效,也表明在生物体内药物的不同药性之间相互关联发挥着治疗疾病的效应。GO分析表明XKS片治疗心绞痛的47个靶标涉及神经炎症反应调节、上皮细胞迁移调节等多种生物过程的协同作用。KEGG通路富集结果表明一条通路可与多种药性相关联。
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