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编号:10288898
1HNMR 指纹法鉴定植物中药
http://www.100md.com 《中草药》 2000年第11期
     作者:赵天增 秦海林 梁晓天

    单位:赵天增 秦海林(河南省科学院化学研究所 郑州 450002);梁晓天(中国医学科学院 中国协和医科大学)药物研究所)

    关键词:1HNMR 指纹图 植物中药鉴定 方法学研究

    中草药001137摘 要 阐述了1HNMR 指纹法鉴定植物中药的理论要 点、方法学研究及其应用。

    中药是中医防病治病的物质基础,其基源与品质直接影响中医的临床疗效和中药 的实验研究。因此,中药的品种鉴别和品质评价一直是中药鉴定学领域主要的研究方向。 中药防病治病的基础是中药中所含活性成分,所以,中药的真伪必须包括其化学成分,特别 是活性成分的内容。以植物中药的化学成分为指标,用植物化学的研究方法对其进行品种鉴 别和品质评价的研究与传统的形态学和组织学方法相结合,不仅能揭示中药材的外在品质, 更能反映其内在的品质。1HNMR 指纹法鉴定植物类中药是一种新的植物中药鉴定方法 [1~4]。我们在查阅大量国内外文献[5~10]、全面了解植物类药材鉴定的重 要性、方法和现状的基础上,提出并建立了1HNMR 指纹法鉴定植物中药的理论和方 法。 目前,通过对 25 类不同科属 36 种植物中药的 152 个不同来源样品及部分中药伪品的考 察,实验结果充分证实了1HNMR 指纹法理论的正确及方法的可行性和优点[ 1~4]。我们拟将1HNMR 指纹法鉴定植物中药作一系统介绍。
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    1 依据和理论要点

    1HNMR指纹法鉴定植物中药是根据对鉴定方法的要求,对植物中药的两个假设和1HNMR 图谱的特点而建立起来的。对鉴定方法的要求是可靠、灵敏、简 便、价廉。假设每种植物中药都有其特征的化学成分(或化学成分组),这些特征的化学成分 相对之间的含量比例是基本固定的。1HNMR 图谱有 4 个特点:单一性指氢谱的谱峰 与样 品中不同基团上的氢是严格的一一对应关系;全面性指所测样品中的每一个基团上的氢在图 谱中都有其相关的谱峰;定量性指图谱中信号的相对强弱反映样品各个基团上氢的数目比例 ;易辨性指通过化合物结构的研究,可归属图谱中的每一个信号。

    以植物中药的化学成分为指征,用植物化学的研究方法与传统的形态学和组织学方法相结合 对其进行品种鉴别和品质评价的研究,需解决两个关键问题:一是植物中药代表性化学成分 的选定;二是植物中药代表性化学成分的表征方法。1HNMR 指纹法鉴定植物中药的 理论 要点正是为解决上述两个关键问题而建立起来的。通过选择适当的提取分离程序,获取植物 中药代表性化学成分的总提取物是该理论的核心,我们将这种总提取物称为植物中药特征总 提物 (The General Characteristic Extracts of Traditional Chinese Herbal Medicine s,简称为 GCEs of TCHMs)。植物中药特征总提物的组成可用多种检测手段予以表征,而其 1HNMR 图谱不仅有高度的重现性和特征性,更主要是其同时具备上述 4 个特点,易 于 解析和进一步分析研究。因此,在规范的提取分离程序下,植物中药特征总提物的 1HNMR 图谱与植物品种间存在严格的对应关系,非常适用于植物中药的品种鉴别和化学分 类研究 。我们将这种图谱称为植物中药1HNMR 指纹图 (1HNMR Fingerprints of TCHMs)。 通过植物中药1HNMR 指纹图谱分析,可以达到快速准确鉴别多种植物中药的目的。建 立 植物中药1HNMR 指纹图是该理论的一个重点。另外,通过对各不同来源的同品种植 物中 药特征总提物的收率计算,可初步对其作出品质评价,这是该理论的另一个重点。
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    2 方法学研究

    2.1 植物中药样品的采集:为了取得达到统计学要求的多产 地代表性样品,目前,本项研究共收集到正品植物中药 36 种,其中,部分品种包括 2~8 个不同来源的样品,共 152 个样品。同种不同采摘期的植物中药的1HNMR 指纹图的 比 较正在进行中。

    2.2 植物中药特征总提物的获取:依据鉴定方法要简便、价廉的要求,通过反复探索,最 后确定对各种植物中药均采用统一的提取分离程序获取其特征总提物[1]

    2.3 植物中药的1HNMR 指纹图分析

    2.3.1 重复性和特征性的研究:实验证实,同 种植物中药特征总提物 A 和 B 的1HNMR 指纹图不仅有很好的重复性,而且还有高 度的 特征性,可以用来鉴别植物中药的品种。以人参为例,其 A 和 B 的1HN MR 指纹图数据,不仅可以看出明显的特征性,而且可以看出不同来源样品很好的重复性[ 1]
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    2.3.2 同科属不同种植物中药的1HNMR 指纹图:同科属不同种植物中药的1 HNMR 指纹图有相似性,同时也表现出由于各类似成分的不同或主要成分间相对含量的不同所引起 的图谱差异,可用于同科属不同种植物中药的品种和化学分类鉴别。例如,五加科人参属植 物中 3 种主要的药用植物人参、西洋参、三七指纹图相互之间有相似性,说明了它们之间 的亲缘关系;同时表现出明显的差异,可以区分不同品种[1]

    2.3.3 同科不同属植物中药的1HNMR 指纹图:某些同科不同属植物中药的 1HNMR 指纹图同样表现相互间的相似性,说明其亲缘关系;同时表现出明显的差异,可进行属间 和种间的区分。例如,蓼科蓼属植物虎杖和何首乌与蓼科大黄属植物掌叶大黄和唐古特大黄 特征总提物 A 和 B 的1HNMR 指纹图[2]

    2.3.4 植物中药1HNMR 指纹图的解析:对植物中药1HNMR 指纹图的分析 除了进 行一般性的比较外,要真正使其在植物中药的鉴定中发挥作用,必须对其进行深入的解析。 通过解析,可以了解同科属不同种或同科不同属植物中药的代表性化学成分,说明其亲缘关 系;同时了解它们间化学成分的差别及主要成分间含量的差异,说明1HNMR 指纹图 差异的原因,使得对植物中药研究得更科学、更深入,为中药走向世界提供科学依据。
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    2.3.5 不同磁场仪器对1HNMR 指纹图的影响:不同磁场仪器测定的同种植物中药 1H NMR 指纹图从外形上看肯定不同,但其信号的化学位移值应该是一致的,通过对1H NMR 指纹图的深入解析,可以把不同磁场仪器测定的植物中药1HNMR 指纹图统一起 来。 例如,图1-a 和 -b 分别为浙贝母特征总提物 B 的 60 和 400 MHz1HNMR 指纹图 , 它们主要显示浙贝甲素 (peimine) 和浙贝乙素 (peiminine) 的特征共振峰(表1),通过深 入解析,二者达到高度的统一。

    a-60 MHz b-400 MHz

    图1 浙贝母的 GCE B1HNMR 指纹图
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    表1 浙贝母的1HNMR (60 MHz) 指纹数据 指纹

    数据

    来源

    归属

    浙江

    江苏

    安徽

    河北

    浙贝甲素

    浙贝乙素

    0.63

    +

    +
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    +

    +

    [ 〗CH3-19

    0.72

    +

    +

    +

    +

    CH3-19

    0.84

    +

    +

    +
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    +

    0.92

    +

    +

    +

    +

    CH3-21

    CH3-21

    1.07*

    +

    +

    +

    +
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    CH3-27*

    CH3-27*

    1.22

    +

    +

    +

    +

    1.46

    +

    +

    +

    +
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    * 一个双峰的一半,J=7.2 Hz

    综上所述,我们认为建立 60 MHz 和超导两种磁场条件下的1HNMR 指纹图较合适,6 0 M Hz 仪器图谱便于普及和推广,超导仪器的图谱便于深入解析以及将不同磁场条件下的图谱 统一起来。

    3 植物中药1HNMR 指纹图的规范化

    为了使植物中药 1HNMR 指纹图得以使用,便于推广和普及,更加科学化,必须对其进行规范化。我 们认为,规范化需从下面几方面进行。

    3.1 仪器的磁场强度:如前所述,应建立 60 MHz 和超导两种磁场条件下的1HNMR 指纹图。

    3.2 1HNMR 指纹图绘制要求:从不同来源样品特征总提物 A 和 B 的1HN MR 指纹图中选择一个分辨率最好的、最具代表性的、最佳的图谱作为相对标准1HNM R 指纹图进行绘制。图谱坐标要清楚;具代表意义的共振峰要标出;多个共振峰挤在一起分辨 不清楚时,图谱要拉宽。
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    3.3 1HNMR 数据表:在相对标准1HNMR 指纹图下面要有1HNMR 数 据表,列出所有具有代表意义的共振峰数据,不同来源样品数据状况在表中也均列出。 1HNMR 指 纹图经过解析已认清的共振峰,在表中要标出,如虎杖、何首乌和掌叶大黄、唐古特大黄, 黄连等特征总提物 A 和 B 的1HNMR 指纹图数据表[2~4]

    3.4 化合物结构式:1HNMR 指纹图经过解析后,主要化学成分结构式已弄清,从 而使1HNMR 指纹图的共振峰得以一定程度的归属。为了便于辨认1HNMR 指 纹图,已鉴定的化学成分结构式及其名称均要标明。

    3.5 参考文献:解析1HNMR 指纹图时引用的主要参考文献均需列出,以便读者查 找。
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    4 用植物中药特征总提物的收率评价其品质

    植物中药特征总提物的收率可作为植物中药品质评价的重要指标,目前,用此法我们对一些 植物中药的品质评价作了初步探讨,例如,表 2 为人参、西洋参、三七、掌叶大黄和唐古 特大黄不同来源样品的品质差异。

    5 展望与建议表2 一些不同来源植物中药的 GCE B 的收率 (%) 人参

    西洋参

    三七

    掌叶大黄

    唐古特大黄

    来源

    收率

    来源
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    收率

    来源

    收率

    来源[ 〗收率

    来源

    收率

    辽宁

    1.93

    北京

    3.83

    云南

    5.81

    郑州
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    0.105

    甘肃

    0.163

    吉林1

    1.14

    加拿大

    4.22

    广西

    4.30

    四川

    0.084

    四川

    0.207
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    吉林2

    1.32

    美国

    3.58

    北京

    5.43

    甘肃

    0.140

    北京

    0.179

    吉林3

    1.87

    河北
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    3.43

    陕西

    0.093

    河北

    0.98

    吉林

    3.09

    北京

    0.134

    北京

    1.65

    1HNMR 指纹图是从分子水平鉴定植物中药,因此,它的可靠性是无可置疑的。由于 指纹图为每种植物中药的特征性化学成分(或化学成分组)的真实反映,经过对指纹图的解析 ,这些特征性化学成分均可弄清,且大部分特征性化学成分与有效成分一致,所以,植物中 药的1HNMR 指纹图可作为植物中药深入研究的重要参考资料。中药的现代化是摆在 我们面前的迫切任务,1HNMR 指纹法鉴定植物中药为中药现代化打开了科学之门。 1HNMR 指纹法鉴定植物中药可靠、灵敏、简便、价廉,便于推广,1HNMR 指 纹图易于解析,是其它鉴定植物中药的光谱方法所无可比拟的。可以预言,随着1HN MR 指纹法的深入研究,必将在中药现代化、中药走出国门等方面发挥重要作用。我国中 药材资源丰富,据统计药用植物大约有 1 万余种,常用植物中药约 800 余种,要对它们进 行深入的1HNMR 指纹研究是一项庞大的系统工程。为此,我们建议,有关部门能 够给予支持,加以精心组织,使其得以实施。
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    Address: Zhao Tianzeng, Institute of Chemistry, Henan Academy of Sciences, Zhengz hou.

    国家自然科学基金资助项目 (29572040)

    赵天增 1966年毕业于北京大学化学系,研究员,天然产物化学博士研究生导师。从事天然 产物化学和波谱解析工作 30 多年,对野蔷薇、野花椒、苦皮藤、小叶丁香、银杏等天然植 物的活性成分进行了系统研究。主持完成国家自然科学基金等项目 12 项,其中 4 项获省 、部级以上奖励,获国家发明专利 1 项,发表论文 50 多篇,出版专著《核磁共振氢谱》 、《核磁共振碳谱》 2 部。

    现址:中国药科大学生药学研究室,南京 210038

    参 考 文 献
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    1,秦海林,赵天增.药学学报,1999,34(1):58

    2,秦海林,赵天增,袁卫梅,等.药学学报,1999,34(11):828

    3,秦海林,尚玉俊,赵 伟,等.中草药,2000,31(1):48

    4,秦海林,赵天增,张静修,等.中国野生植物,1999,18(5):49

    5,任仁安,陈瑞华.中药鉴定学.上海:上海科学技术出版社,1986:4

    6,Shaw P C, But P P H. Planta Med, 1995,61:466

    7,Patama T T, Widen C J. Phytochemistry, 1991, 30(10):3305

    8,饶伟文.中成药,1996,18(2):38

    9,秦路平,郑水庆,张卫东,等.中国中药杂志,1997,22(3):137

    10,王秀坤,李家实,阎玉凝,等.中医药信息,1996,(5):26

    (2000-04-03收稿), http://www.100md.com