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矿物药青礞石干预COPD大鼠模型的多层数据分析



全 文 :矿物药青礞石干预COPD大鼠模型的多层数据分析
杨文国1,王瑞2,刘圣金2*,吴德康2,喻斌2,房方2,杨江3
(1.南京中医药大学信息技术学院,江苏 南京 210023;2.南京中医药大学药学院,江苏省中药资源产业化过程协同创新中心,
中药资源产业化与方剂创新药物国家地方联合工程研究中心,江苏 南京210023;3.南京中医药大学附属医院,江苏 南京 
210029)
摘要:目的 分析矿物药青礞石治疗慢性阻塞性肺疾病(COPD)大鼠的疗效。方法 建立COPD大鼠模型,结合青礞石临床
应用的方法及剂量,分别给予青礞石粉高剂量、低剂量,水煎液高剂量、低剂量,药渣高剂量、低剂量加以治疗,检测大鼠肺组
织、血清中炎症因子的含量。运用典型相关分析、主成分分析、线性多层统计模型评价相关指标。结果 水煎液高剂量组效
果最好,粉末高剂量组次之,渣高剂量组第三。结论 青礞石能有效降低COPD模型大鼠血清及肺组织中炎症因子的水平,
通过典型相关分析、主成分分析、线性多层数据模型可区分不同处理方法的疗效差异。
关键词:青礞石;典型相关;主成分;线性多层统计模型
中图号:R285.5 文献标志码:A 文章编号:1672-0482(2016)05-0470-05
DOI:10.14148/j.issn.1672-0482.2016.0470
Multi-Layer Analysis of Chloriti Lapis on Rats Model with COPD
YANG Wen-guo1,WANG Rui 2,LIU Sheng-jin2*,WU De-kang2,YU Bin2,FANG Fang2,YANG Jiang3
(1.School of Information Technology,Nanjing University of Chinese Medicine,Nanjing,210023,China;2.School of
Pharmacy,Nanjing University of Chinese Medicine,Collaborative Innovation Center of Chinese Medicinal Resources In-
dustrialization of Jiangsu Province,National and Local Collaborative Engineering Center of Chinese Medicinal Resources
Industrialization and Formulae Innovative Medicine,Nanjing,210023,China;3.The Affiliated Hospital of Nanjing U-
niversity of Chinese Medicine,Nanjing,210029,China)
ABSTRACT:OBJECTIVE To study the curative effects of Chloriti Lapis on rats with chronic obstructive pulmonary diseases
(COPD).METHODS Rats models of COPD were established and were given the powder,decoction and residues of Chloriti
Lapis of both high dosage and low dosage respectively based on its clinical application methods and dosage.Inflammatory factor
content in rats lung tissue and blood serum was tested and relative indexes were evaluated through canonical correlation analy-
sis,principal component analysis and multiple linear statistical models.RESULTS The high dosage group of decoction reached
the best result,with the high dosage group of powder being the second and the high dosage group of residues being the third.
CONCULSION Chloriti Lapis is effective in reducing inflammatory factors of both blood serum and lung tissue of rats models
with COPD.The curative effect differences due to processing methods can be detected by canonical correlation analysis,princi-
pal component analysis and multiple linear statistical models.
KEY WORDS:Chloriti Lapis;anonical correlation analysis;principal component analysis;multiple linear statistical models
  青礞石(Chloriti Lapis)是临床常用的矿物类中
药之一,为变质岩类黑云母片岩(Biotite Schist)或
绿泥石化云母碳酸盐片岩,具坠痰下气、平肝镇惊之
功效,临床常用于顽痰胶结、咳逆喘急等症[1]。在慢
性阻塞性肺疾病(COPD)治疗方面,含以青礞石为
主的成方制剂具较好疗效[2-3],尚缺乏相关现代药理
研究。本文根据青礞石在中医指导下的临床应
用[1-2,4],选择了慢性阻塞性肺疾病(COPD)这一能
反应青礞石功效的大鼠模型,为比较不同青礞石样
品的疗效,本文着重于从多元统计的角度,采用典型
相关分析、主成分分析、线性多层统计模型分析,进
—074—
南京中医药大学学报2016年9月第32卷第5期
J Nanjing Univ Tradit Chin Med Vol.32 No.5 Sep.2016 
收稿日期:2016-01-20;修稿日期:2016-06-27
基金项目:国家自然科学基金(81303178);江苏省自然科学基金(BK20130957);江苏省自然科学青年基金(BK20151000);江苏省高校优势学
科建设工程资助项目
作者简介:杨文国(1977-),男,江苏泰兴人,南京林业大学2014级博士研究生,副教授。*通信作者:13770653305@139.com
一步评价不同青礞石样品治疗COPD的效果。
1 材料
1.1 仪器与设备
754型紫外可见分光光度计(上海光谱仪器设
备有限公司);SW-CJ-1F型单人双面净化工作台
(苏州净化设备有限公司);YX280B型压力蒸汽灭
菌器(上海三申医疗器械有限公司);GNP-9050型
隔水式恒温培养箱(上海精宏实验设备有限公司);
Anke TGL-16C型高速离心机(上海安亭科学仪器
厂);BioHit XR140829D移液器(芬兰);IKA T18
型分散机(德国);METTLER TOLEDO ME104E
电子天平(梅特勒·托利多仪器有限公司);奥林帕
斯DX45显微镜(日本);DP72相机(日本)、Multi-
skan FC酶标仪(美国);烟熏箱(94cm×80cm×36
cm,自制,木质,顶端有玻璃门,上方中央开一直径3
cm的圆形通风口)。
1.2 样品与试剂
青礞石药材(批号:20140412)由亳州矿石专营
店提供,经南京大学地球科学与工程学院孔庆友教
授鉴定为黑云母片岩;氨茶碱片(山东鲁抗东岳制药
有限公司);肺炎克雷伯氏菌,编号:CMCC(B)
46117,购于中国食品药品检定研究院;大丰收牌过
滤嘴卷烟(江苏中烟工业有限责任公司,焦油量11
mg,烟气烟碱量0.9mg,烟气一氧化碳量14mg);
细菌干粉培养基(杭州天和微生物试剂有限公司):
营养肉汤(批号:140122)、营养琼脂(批号:140106);
AMEKO ELISA试剂盒(上海联硕生物科技有限公
司);聚乙二醇400(化学纯)、氯化钠(分析纯)、浓硫
酸(分析纯)、生理盐水。
1.3 实验动物及分组
清洁级雄性SD大鼠(上海杰思捷实验动物有
限公司)90只,体质量160~180g。大鼠在适宜条
件下适应性喂养1周,自由饮食。共分为9组:氨茶
碱组(9只),粉末高剂量组(粉高组)(9只),粉末低
剂量组(粉低组)(8只),水煎液高剂量组(水高组)
(9只),水煎液低剂量组(水低组)(8只),水煎药渣
高剂量组(渣高组)(8只),水煎药渣低剂量组(渣低
组)(8只),模型组(感染不使用药剂组,作为对照)
(9只),空白组(未感染,作为对照)(9只)。
2 方法
2.1 动物模型的建立
2.1.1 肺炎克雷伯氏菌液的配制 将冻干粉菌种
在营养肉汤培养液中进行复苏,复苏完成后转到固
体营养琼脂培养基中进行传代培养,37℃恒温培养
18h,采用麦氏比浊法结合分光光度计法配制所需
菌液浓度[5],在每次滴菌前根据实验需要将浓度调
整为6×108 CFU/mL或6×1012 CFU/mL。
2.1.2 模型建立 采用烟熏加滴菌的方法建立
COPD动物模型[6]。用针尖套有橡胶软管的1mL
注射器吸取肺炎克雷伯氏菌菌液0.1mL(6×108
CFU/mL),趁大鼠吸气时滴入鼻腔内,每5日1次,
持续12周。将50只大鼠平均放入2个烟熏箱中,
香烟直接放入烟熏箱内燃尽,1~2周每次点燃8
支,2次/d,30min/次,2次烟熏间隔3h,3~12周
每次点燃14支。
2.2 样品的制备
青礞石粉样品制备:将样品磨成细粉后过药典
6号筛,用聚乙二醇400做溶剂制成每10mL含5g
生药的悬浮液。青礞石水提液样品制备:取样品置
煎煮容器内,加相当于样品量10倍的冷水加热煮沸
1h,滤过;药渣加8倍量水继续煎煮,煮沸50min,
滤过,合并两次煎出液,浓缩至每10mL含相当于
样品量5g生药的药液。青礞石水提液药渣样品制
备:将水煎后青礞石药渣烘干,其余同青礞石粉样品
制备方法。氨茶碱片样品制备:用生理盐水制成每
100mL含1.56g氨茶碱的药液。
2.3 分组及给药
将未作任何处理的大鼠作为空白对照组,造模
成功的大鼠随机平均分为8组,分别为水高组、水低
组、粉高组、粉低组、渣高组、渣低组、氨茶碱组、模型
对照组,青礞石样品给药剂量为临床给药剂量的20
倍(水煎液5g/kg,粉末及药渣为2g/kg),氨茶碱片
剂量为临床用量的6.25倍(62.5mg/kg)。每天固
定时间灌胃给药1次,连续给药15d。
2.4 取材
最后一次给药1h后取材。颈动脉插管取血8
mL,室温放置1h左右,3 000r/min,离心15min取
上清,分装待测。在冰上剖开大鼠胸腔,剪下大鼠左
肺放入10%福尔马林溶液中,做病理切片检查;剪
下右肺下叶,生理盐水冲洗,滤纸吸干,称质量,用生
理盐水制成10%的匀浆液,3 000r/min,离心15
min取上清,分装待测。血清及组织匀浆样品一周
内未检测的放入-20℃冰箱储存待测。
2.5 指标测定
2.5.1 肺组织病理切片检查 肺组织常规石蜡包
埋、切片,HE染色,在显微镜进行病理检查。观察
—174—杨文国,等:矿物药青礞石干预COPD大鼠模型的多层数据分析 第5期
指标:①肺泡壁有无充血、水肿,成纤维细胞增生;②
肺泡炎或间质性肺炎,肺气肿;③肺内支气管周围组
织有无水肿、炎细胞浸润等病变。评定指标:根据病
变由轻到重的程度分别标记为1、2、3、4分,无明显
病变为0分,极轻度病变为0.5分,累加所有分数,
并计算出每组的均分,分值越高提示病变程度越严
重。
2.5.2 ELISA试剂盒测定炎症因子含量 采用酶
联免疫吸附法测定血清中IL-8、TNF-α、LTB4、
MMP-9、TIMP-1及肺组织匀浆液中IL-8、TNF-
α、ICAM-1、MCP-1的含量,严格按照试剂盒说明书
操作。
3 多元统计分析及结果
3.1 实验结果
结果见表1。
表1 各组大鼠各项指标检测结果比较(珚x±s)
组别 n 病理评分
血清IL-8/
(pg·mL-1)
血清TNF-α/
(pg·mL-1)
血清LTB4/
(pg·mL-1)
血清 MMP-9/
(ng·mL-1)
空白组 9  0.556±0.73  88.75±13.66  149.47±19.42  62.45±8.79  41.41±7.59
模型组 9  6.563±1.52  132.45±13.21 208.02±15.62  97.03±8.31  68.27±7.18
氨茶碱组 9  4.889±1.27  122.41±14.46  183.4±17.18  87.69±8.73  62.2±6.65
粉低组 8  6.75±1.77  163.14±21.34 232.87±24.03 117.29±11.03  83.33±8.94
粉高组 9  4.778±1.33  74.92±17.33  131.48±20.02  55.63±9.54  38.39±8.91
水低组 8  6±1.28  160.68±17.86 234.09±21.36 122.33±10.56  82.77±10.32
水高组 9  5.944±2.46  62.11±18.52  113.88±22.22  43.96±8.87  31.82±5.95
渣低组 8  6.69±1.54  165.32±20.73  230.9±23.49  121.39±10.22  85.16±9.41
渣高组 8  5.688±1.85  79.49±15.13  139.72±18.31  56.96±7.76  38.83±8.74
组别 n
血清TIMP1/
(ng·mL-1)
组织IL-8/
(pg·mL-1)
组织TNF-α/
(pg·mL-1)
组织ICAM-1/
(ng·mL-1)
组织 MCP-1/
(pg·mL-1)
空白组 9  15.32±2.87  106.86±10.63 171.51±16.25  25.34±2.84  534.49±47.13
模型组 9  23.67±2.52  159.94±14.19 243.11±18.98  45.05±4.19  772.4±50.85
氨茶碱组 9  22.24±2.32  169.87±12.13  256.9±16.85  46.47±4.52  839.24±50.42
粉低组 8  29.26±3.37  181.95±13.94 275.85±22.07  50±3.42  822.13±54.57
粉高组 9  14.2±3.23  109.67±9.82  175.23±13.69  27.35±3.22  548.82±51.94
水低组 8  29.12±3.61  177.21±17.96  265.3±26.45  47.17±3.6  894.14±58.08
水高组 9  11.81±3  89.4±11.6  149.02±14.4  24.11±3.8  491.58±42.78
渣低组 8  30.09±3.17  179.61±13.32 280.37±22.45  51.84±3.13  876.25±53.62
渣高组 8  14.09±3.09  102.48±9.6  167.37±12.25  29.02±2.55  563.92±50.71
  由表1中数据可知,水低组、粉低组、渣低组近
所有指标的平均值均大于模型组,显示无疗效不作
分析。渣高组、水高组和粉高组疗效好,氨茶碱组对
血清指标起作用,对肺组织指标起反作用。但是各
指标综合起来看效果怎样?为此有必要进一步做综
合分析。不考虑水低组、粉低组、渣低组这3种处理
方法,剩下待考虑的处理方法(不同给药样品)共有
5种,而空白组看成某种疗效特别好的处理方法也
算1种,所以共需考虑6种处理方法。
3.2 典型相关分析
对大鼠的药效的评价有3类指标:肺组织病理
切片检查评分、血清指标、肺组织指标。对于这3类
指标是否相关的问题,需要用典型相关分析法进行
分析。结果显示:评分和血清指标典型相关不显著;
评分和肺组织指标典型相关不显著;而肺组织和血
清指标典型相关显著,见表2。
表2 3类指标之间典型相关分析的P 值
统计量 病理评分对血清 病理评分对组织 血清对组织
Wilks'Lambda统计量 0.29  0.12 小于0.001
Pilai's迹 0.29  0.12 小于0.001
Hoteling-Lawley迹 0.29  0.12 小于0.001
Roy's Greatest根 0.29  0.12 <0.001
  其中P 值越小,说明2组变量关系越紧密,P 值小于0.05时2组变量关系紧密,反之2组变量关
—274— 南京中医药大学学报2016年9月第32卷第5期
系疏远。
肺组织病理切片检查评分和另2类指标不相关
的原因是:肺组织病理切片检查评分是等级变量,将
有序变量打分而得,即是一个潜变量。当分等级太
少,潜变量数值不够合理时就会不相关。故以下的
计算不考虑该指标,而在使用线性多层数据模型比
较药品疗效时可作为参考。即用血清IL-8、TNF-
α、LTB4、MMP-9、TIMP1,肺组织IL-8、TNF-α、
ICAM-1、MCP-1共有9个指标作主成分分析和线
性多层数据分析。
3.3 主成分分析
因为每种处理的疗效有9个指标,为了综合分
析这9个指标,我们采用主成分分析。得到相关阵
的9个特征值,累计值和百分比如表3(按特征值大
小排列),使用 MINITAB15处理得出以下表格。
表3 相关阵的9个特征值、累计值和百分比
特征值序号 1  2  3  4  5  6  7  8  9
特征值 7.850 6 0.939 5 0.087 0 0.044 8 0.035 1 0.017 4 0.013 6 0.008 9 0.003 0
比率 0.872  0.104  0.010  0.005  0.004  0.002  0.002  0.001  0.000
累积 0.872  0.977  0.986  0.991  0.995  0.997  0.999  1.000  1.000
  由表3可见前2个特征值之和占特征值总和
97.7%,也就是说前2个主成分解释全部变异的
97.7%,因此只要前2个主成分就够了。前2个主
成分系数如表4所示。
表4 第一主成分和第二主成分系数表
变量 第一主成分 第二主成分
血清IL-8/(pg·mL-1) 0.338 -0.315
血清TNF-α/(pg·mL-1) 0.333 -0.338
LTB4/(pg·mL-1) 0.344 -0.236
MMP-9/(ng·mL-1) 0.341 -0.266
TIMP1/(ng·mL-1) 0.338 -0.301
组织IL-8/(pg·mL-1) 0.329  0.377
组织TNF-α/(pg·mL-1) 0.330  0.374
ICAM-1/(ng·mL-1) 0.322  0.358
MCP-1/(pg·mL-1) 0.324  0.400
由表4可见,第一主成分系数是基本相同的正
数,反映了标准化后各药物疗效的综合大小,解释了
全部变异的87.2%。第二主成分在血清部分是基本
相同的负数,在肺组织部分是基本相同的正数;所以
第二主成分反映肺组织部分比血清部分疗效数据差
的程度。
由第一、二主成分得分散点图(图1)可知,水高
组、粉高组、渣高组和空白组第一主成分基本相同,
水高组、粉高组和渣高组第二主成分较为分散,说明
水高组、粉高组和渣高组疗效好,但是对血清和肺组
织的指标的影响差异较大。氨茶碱组和模型组第一
主成分基本相同,第二主成分较为分散,说明氨茶碱
疗效不好。a,b,c,d,e,f分别代表空白组、水高组、
粉高组、渣高组、氨茶碱组和模型组的每个样本的第
1主成分分值。
图1 第一、二主成分得分的散点图
3.4 线性多层统计模型分析
为了从数值上比较不同处理样品疗效,需要采
用两层线性混合模型来分析。每种观测的全体数
值,主成分得分构成第一层次变量,每种处理作为第
二层次,例如处理水高组、粉高组、渣高组的全部数
据构成第二层,水高组、粉高组、渣高组、空白组、氨
茶碱组和模型组构成第二层单元。每个单元内观测
值或主成分得分的平均值是第二层变量。
由于主成分得分的计算使用了全部数据,因此
主成分得分间存在相关性。通过每2种处理数据的
F检验可以证明空白组和水高组方差不等,因此采
用双样本不等方差t检验,两两比较各种处理间差
异。结果见表5。
4 讨论
COPD病因有多种,吸烟是最主要原因之一,而
引起急性加重的常见原因是病毒性上呼吸道感染和
支气管感染。本研究采用烟熏结合细菌感染的复合
因素方法制备的动物模型,其病理生理改变与人的
COPD类似,较符合自然发病的过程[7-8]。
—374—杨文国,等:矿物药青礞石干预COPD大鼠模型的多层数据分析 第5期
表5 双样本不等方差t检验表
检验 T  P 结论
水高组与粉高组 -3.17  0.003 水高组比粉高组疗效显著好
水高组与渣高组 -3.74  0.001 水高组比渣高组疗效显著好
水高组与氨茶碱组 -15.79  0.000 水高组比氨茶碱组疗效显著好
水高组与模型组 -17.54  0.000 水高组疗效显著好
粉高组与渣高组 -0.41  0.345 粉高组比渣高组疗效不显著好
粉高组与氨茶碱组 -13.91  0.000 粉高组比氨茶碱组疗效显著好
粉高组与模型组 -15.89  0.000 粉高组疗效显著好
渣高组与氨茶碱组 -14.78  0.000 渣高组比氨茶碱组疗效显著好
渣高组与模型组 -17.17  0.000 渣高组疗效显著好
氨茶碱组与模型组 -1.03  0.160 氨茶碱组疗效不显著好
  本文运用多元统计学方法分析了青礞石治疗
COPD的实验数据,发现青礞石能有效降低COPD
模型大鼠血清及肺组织中炎症因子的水平。通过典
型相关分析、主成分分析、线性多层数据模型比较了
不同处理方法样品的疗效,以此证明了水煎液高剂
量组效果最好,粉末高剂量组次之,渣高剂量组第
三,氨茶碱组效果不大。低剂量组样品未见明显疗
效。该分析结果对临床用药具有重要的参考价值。
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图不超过7.5cm,通栏图不超过17.0cm,高与宽的比例应掌握在5∶7左右。图的类型应与资料性质匹配,并使数轴上刻度值
的标法符合数学原则。照片图要求有良好的清晰度和对比度,尽量提取原图,不得使用截图等工具,分辨率不低于350像素/
英寸。大体标本照片在图内应有尺度标记,病理照片要求彩版并注明染色方法和放大倍数。
—474— 南京中医药大学学报2016年9月第32卷第5期