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基于组效关系的壮药岩黄连提取物抑制人肝癌细胞SMMC-7721活性成分辨识研究



全 文 :收稿日期:2016-02-18; 修订日期:2016-07-21
基金项目:国家自然科学基金 (No. 81560626);
广西自然科学基金面上项目(No. 2013GXNSFAA019161);
广西南宁市青秀区科学研究与技术开发计划项目重大专项
(No. 2015Z01)
作者简介:唐超玲(1992-),女(汉族),海南屯昌人,广西医科大学在读硕
士研究生,学士学位,主要从事民族药药理学研究工作.
* 通讯作者简介:梁永红(1964-),女(汉族),广西容县人,广西医科大学
药学院副教授,硕士学位,主要从事民族药抗肝纤维化研究工作.
* 通讯作者简介:苏志恒(1981-),男(汉族),广西南宁人,广西医科大学
药学院副教授,博士学位,主要从事中药代谢组学研究工作.
基于组效关系的壮药岩黄连提取物抑制人肝癌细胞
SMMC - 7721 活性成分辨识研究
唐超玲 1,郑 华2,王 捷3,宋 慧1,陆世银1,程 邦1,
吴 方1,张洪也1,阮俊翔1,梁永红1* ,苏志恒1*
(1. 广西医科大学药学院,广西 南宁 530021;
2. 广西医科大学医学科学实验中心,广西 南宁 530021;3. 广西医科大学制药厂,广西 南宁 530021)
摘要:目的 基于高效液相色谱(HPLC)分析方法,结合人肝癌 SMMC - 7721 细胞模型,通过组效关系研究,寻找与药效
活性相关的成分。方法 通过分析岩黄连正交 9 个提取物样品,以 HPLC对岩黄连提取物进行成分表征,确定了 20 个共
有峰。采用 MTT法检测岩黄连提取物抑制人肝癌细胞 SMMC -7721 活性,以抑制率为评价指标,将其与 HPLC图共有色
谱峰的相对峰面积进行正交投影的偏最小二乘法(orthogonal partial least squares,OPLS)分析,根据变异权重系数(varia-
ble importance in the projection,VIP)辨识显著活性成分。结果 结果表明,岩黄连提取物中 11 个共有峰与其抑制 SMMC
-7721 细胞活性显著相关,贡献较大的共有峰依次为 15 > 12 > 20 > 1 > 17 > 10 > 4 > 2 > 5 > 11 > 3,其中 15 号与 17 号共
有峰分别为脱氢卡维丁与巴马汀。经细胞试验验证,发现 0. 20,0. 25,0. 30mg·ml -1脱氢卡维丁组细胞增殖抑制率分别
为(69. 67 ± 1. 0)%,(72. 47 ± 0. 3)% ,(73. 08 ± 1. 1)%,0. 20,0. 30,0. 40mg·ml -1巴马汀组细胞增殖抑制率分别为
(36. 14 ± 2. 8)%,(66. 03 ± 0. 7)%,(70. 66 ± 0. 6)%。结论 通过组效关系研究发现岩黄连提取物中脱氢卡维丁和巴马
汀对肝癌 SMMC -7721 细胞的增殖具有抑制作用,提示这两个化学物质可能是岩黄连抗肝癌作用的潜在活性成分。
关键词:岩黄连提取物; 组效关系; 人肝癌细胞 SMMC -7721; 脱氢卡维丁; 巴马汀
DOI标识:doi:10. 3969 / j. issn. 1008-0805. 2016. 10. 022
中图分类号:R285. 5 文献标识码:A 文章编号:1008-0805(2016)10-2372-03
岩黄连 Corydalis soxicola Bunting为罂粟科紫堇属植物,主要
分布于我国广西、云南等地,具有清热解毒、利湿、止痛止血等功
效,是壮族民间常用来治疗肝脏疾病的常用药,临床上主要用于
治疗肝炎,肝硬化,肝癌等疾病[1 ~ 3]。虽然目前岩黄连在临床上
用于治疗肝癌具有较好的疗效,但其药效物质组成(活性成分
组)尚不明确。近年来,组效关系的研究思路通过数学方法关联
中药化学成分组成和药效作用之间的变化,为有效辨识中药的活
性成分群,阐明中药发挥药效的物质基础和作用机制提供可资借
鉴的方法[4,5],引起较多中药研究者的关注。然而,目前尚未见
有关岩黄连组效关系的研究报道。基于此,本实验采用高效液相
色谱(HPLC)的分析手段,结合人肝癌细胞 SMMC - 7721 细胞模
型评价,采用正交投影的偏最小二乘法(orthogonal partial least
squares,OPLS)分析方法,通过共有峰与药效活性之间的相关性
进行活性成分的筛选,以揭示岩黄连抗肝癌作用的活性成分群,
为相关药物的研究和开发提供科学依据。
1 仪器与材料
1. 1 仪器 LC - 20A 高效液相色谱仪(岛津,日本);XDB - C18
柱(5μm,4. 6mm × 250mm,安捷伦,美国);XS205DU 十万分之一
分析天平(梅托勒,瑞士);RE - 52 型旋转蒸发仪(上海亚荣);
WB2000 型恒温水浴锅(北京科伟);CKX - 41 倒置荧光显微镜
(奥林巴斯,德国);MULTISKAN MK3 酶联免疫检测仪(Thermo,
美国);CO2恒温培养箱(Thermo,美国);台式离心机(上海菲恰尔
分析仪器有限公司)等。
1. 2 试剂与药物 改良型 RPMI - 1640 培养基(Hyclone);胎牛血
清(Gibco);四氮噻唑蓝(MTT) ;二甲基亚枫(DMSO) ;青、链霉素混
合液(Solarbio) ;0. 25%胰酶溶液(杭州吉诺生物医药技术有限公
司);PBS磷酸盐缓冲溶液(杭州百思生物技术有限公司) ;人肝癌
细胞株 SMMC -7721购自中国科学院上海细胞研究所;脱氢卡维
丁(中国药品生物制品检定所,批号:111667 - 200401);巴马汀(成
都曼思特生物有限公司,批号:MUST - 14022707);乙腈(色谱级,
成都科龙化工试剂厂);甲酸(分析纯,成都科龙化工试剂厂);超
纯水,其余试剂均为分析纯。岩黄连药材产地为云南,由广西药用
植物园莫长明副研究员鉴定为罂粟科紫堇属植物岩黄连。
2 方法
2. 1 岩黄连提取物的制备 选择乙醇浓度(A)、提取次数(B)、
提取时间(C)和提取倍量(D)4 个因素,并确定 3 个水平,采用 L9
(34)正交表设计试验,如表 1。根据表 1 正交试验表的要求进行
提取实验,提取液经 200 目滤布趁热过滤,合并滤液,滤液真空浓
缩(真空度 - 0. 085 ~ - 0. 095Mpa,温度 65℃),至无醇味,置于蒸
发皿中干燥至恒重。
2. 2 岩黄连提取物高效液相色谱的测定
2. 2. 1 供试品溶液的制备 精密称定 5. 00mg 提取物于 10ml 容
量瓶中,加入 1%盐酸甲醇定容,称定重量,超声处理(功率 250
W,频率 50kHz)20 min,取出,放冷,再称定重量,用 1%盐酸甲醇
补足减失的重量,摇匀,过滤,取续滤液,即得。
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时珍国医国药 2016 年第 27 卷第 10 期 LISHIZHEN MEDICINE AND MATERIA MEDICA RESEARCH 2016 VOL. 27 NO. 10
2. 2. 2 色谱条件 Agilent XDB - C18柱(5μm,4. 6mm × 250mm);
检测波长:347nm;流速:0. 5 ml·min -1;柱温:30℃;进样量:5μl;
乙腈 - 0. 1%甲酸溶液为流动相梯度洗脱(乙腈:0 ~ 5min:20% ~
30%;5 ~ 25min:30% ~31%;25 ~ 35min:31% ~50%)。
2. 3 岩黄连提取物对人肝癌 SMMC - 7721 细胞的活性检测 取
对数生长期的人肝癌 SMMC - 7721 细胞,用改良型 RPMI - 1640
完全培养液调配成 10 × 104 cells·ml -1的细胞悬液,接种于 96 孔
板,每孔 100 μl。培养 24 h后,弃去培养液,分别加入含 9 个正交
试验所得的岩黄连提取物所配置的培养基 100 μl(岩黄连提取物
的终浓度为 0. 40 mg·ml -1),对照组加入相同体积的培养液,阳
性对照组加入等体积的含 2. 5μg·ml -1顺铂的培养液。每组设 3
个复孔,置于培养箱培养 24 h后,每孔加入 0. 5 mg·ml -1MTT溶
液 100μl,继续孵育 4 h 后,弃去培养液,每孔加入 100μl 的 DM-
SO,在 490nm波长下测定各孔 OD值,计算抑制率。抑制率(%)
=(A对照组 - A实验组)/A对照组 × 100%。
2. 4 岩黄连活性成分的辨识 将岩黄连正交 9 个样品的 HPLC
图导入中药色谱指纹图谱相似度评价系统(国家药典委员
会,2004A 版),将输出的数据矩阵导入 SIMCA - P 软件(瑞典
Umetrics公司,version11. 5)中,进行正交投影的偏最小二乘
法(OPLS)分析,寻找岩黄连提取物中抑制人肝癌细胞 7721
活性成分。
3 结果
3. 1 岩黄连提取物 HPLC 分析 实验中所选取考察的 4 个因素
分别为乙醇浓度,提取次数,提取时间和提取倍量,每个因素设定
3 个水平。乙醇浓度分别为:40%乙醇,50%乙醇,60%乙醇;提
取次数分别为:提取 1 次,2 次,3 次;提取时间分别为:提取1. 0h,
2. 0h,3. 0h;提取倍量分别为:10 倍,12 倍,14 倍。采用“2. 2”项
下的方法采集了岩黄连提取物 9 个正交样品的 HPLC图,经中药
色谱指纹图谱相似度评价系统分析确定了岩黄连提取物色谱轮
廓中的 20 个共有峰,标注为 1 ~ 20 号(见图 1);虽然 20 个峰均
在以不同提取方式制备的提取物中出现,但这 20 个峰在不同提
取方式中的相对含量有一定差异。
图 1 岩黄连提取物 9 个正交样品的 HPLC图
3. 2 岩黄连提取物抗 SMMC - 7721 细胞活性结果 采用“2. 3”
项下测定 MTT 法,检测得到了岩黄连提取物 9 个正交样品在
0. 40 mg·ml -1浓度下对 SMMC - 7721 细胞的抑制率(见表 1)。
表 1 结果表明,岩黄连提取物对 SMMC -7721 细胞有明显的抑制
作用,但由于提取的方式不同,岩黄连提取物对 SMMC - 7721 细
胞的抑制活性存在较大的差异,抑制率最高为岩黄连正交 8 号提
取物,抑制率达到 91. 81%;抑制率最低为岩黄连正交 3 号提取
物,抑制率为 29. 42%。
表 1 岩黄连提取物的正交试验及其对
SMMC -7721 细胞的抑制率(珋x ± s)
试验号
A
乙醇浓度 /%
B
提取次数
C
提取时间 /h
D
提取倍量
抑制率 /%
1 40 1 1 10 33. 92 ± 3. 2
2 40 2 2 12 30. 17 ± 1. 7
3 40 3 3 14 29. 42 ± 2. 2
4 50 1 2 14 52. 81 ± 2. 2
5 50 2 3 10 86. 96 ± 0. 4
6 50 3 1 12 66. 37 ± 1. 7
7 60 1 3 12 53. 99 ± 0. 9
8 60 2 1 14 91. 81 ± 0. 2
9 60 3 2 10 87. 10 ± 0. 2
n =3
3. 3 活性成分的辨识 将岩黄连提取物 9 个正交样品的 HPLC
色谱峰面积数据和 SMMC - 7721 细胞的抑制率分别作为自变量
(X)和因变量(Y),导入 SIMCA - P软件中进行 OPLS分析,提取
3 个主成分后,模型的参数为:R2X = 0. 915,R2Y = 0. 824,Q2 =
0. 644,表明构建的模型具有较强的解释能力及预测能力。选取
变异权重系数(VIP)大于 1 的变量,如图 2 所示,发现对抑制率
有较大贡献的共有峰依次为 15 > 12 > 20 > 1 > 17 > 10 > 4 > 2 > 5
> 11 > 3。为了验证所得到 VIP 值 > 1 的 11 个色谱峰对应的物
质对药物活性贡献的大小,以这 11 个峰的峰面积数据为 X 重新
进行 OPLS 分析,提取 2 个主成分后,模型的参数为:R2X =
0. 902,R2Y = 0. 689,Q2 = 0. 539,表明新的模型对 SMMC - 7721
细胞的抑制率 Y 仍然具有较强的解释能力,模型有较好的预测
能力。因此,推测这 11 个共有峰对应的化学物质可能构成了岩
黄连提取物抑制 SMMC -7721 细胞活性的主要药效成分群。
图 2 OPLS分析岩黄连提取物的共有峰与其对
SMMC -7721 细胞抑制率的 VIP值的直方图
3. 4 对差异变量的鉴定 通过与标准品保留时间及紫外吸收光
谱的比对,初步鉴定出岩黄连提取物共有峰中的 15 号峰和 17 号
峰分别为脱氢卡维丁和巴马汀,如图 3 所示。
3. 5 脱氢卡维丁与巴马汀对 SMMC - 7721 细胞的作用 采用
“2. 3”项下测定 MTT 法,发现脱氢卡维丁和巴马汀作用 7721 细
胞 24h后,倒置显微镜下可见脱氢卡维丁和巴马汀实验组贴壁细
胞出现明显的皱缩、脱落、裂解等细胞凋亡现象(见图 4 - B、图 4
- C、图 4 - D)。MTT法测定活性,发现 0. 20,0. 25,0. 30 mg·
ml -1脱氢卡维丁组细胞增殖抑制率分别为(69. 67 ± 1. 0)%,
(72. 47 ± 0. 3)%,(73. 08 ± 1. 1)%(P < 0. 001) ,0. 20,0. 30,
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LISHIZHEN MEDICINE AND MATERIA MEDICA RESEARCH 2016 VOL. 27 NO. 10 时珍国医国药 2016 年第 27 卷第 10 期
0. 40 mg·mL -1巴马汀组细胞增殖抑制率分别为(36. 14 ±
2. 8)%,(66. 03 ± 0. 7)%,(70. 66 ± 0. 6)%(P < 0. 001) ,呈浓度
依赖性,如图 4 - A所示。
A. 巴马汀(110. 0 μg·ml -1);B. 岩黄连提取物供试品溶液;C. 脱氢卡维丁(61. 0μg·ml -1)
图 3 岩黄连提取物 HPLC图和紫外光谱图
A:MTT试验细胞抑制率柱状图;B:空白对照(200 ×);
C:0. 30mg·ml -1巴马汀(200 ×);
D:0. 20mg·ml -1脱氢卡维丁(200 ×);与空白对照相比,* P < 0. 001
图 4 脱氢卡维丁和巴马汀作用 24h后肝癌 SMMC -7721
细胞的抑制率及显微镜下的细胞形态
4 讨论
癌症是威胁人类生命和健康的重大疾病。据 GLOBOCAN
2012 分析,肝癌在全球死亡率中排名第二,每年约有 78 万新发
病例,其生存力较低,一旦确诊一般已到晚期[6]。目前对肝癌的
诊治主要采用西药治疗,如顺铂,氟尿嘧啶,索拉非尼等,但由于
其没有特异性的组织分布,药物毒性大,易耐受等,常导致疗效降
低,副作用增加[7]。中药具有多成分,低毒性,毒副作用少的特
性,已有临床研究和体内外试验报道中药对肝癌具有一定的治疗
作用[8 ~ 10]。有临床研究表明,岩黄连对伴有肝细胞黄疸的晚期
肝癌介入治疗所致的肝损伤具有修复作用[3];岩黄连注射液与奥
曲肽联合用药后对晚期肝癌有一定实效[11]。但是,岩黄连抗肝
癌作用的药效物质基础未见相关研究报道。众所周知,中药化学
成分复杂,其有效成分可能不仅仅是单个化学物质,其发挥药效
往往是多成分之间的协同作用,不同的成分对药效所起的贡献也
是有差别的[12,13],然而目前从中药及天然药物中进行活性成分
的筛选常采用活性追踪分离法,该方法存在工作量较大、效率较
低等缺陷[14]。因此,本实验将岩黄连提取物作为整体进行研究,
结合细胞模型对不同化学组成的提取物进行药效评价,通过组效
关系的思路将化学成分的波动与药效的变化进行有效的关联,从
而锁定药效成分群。
在组效关系研究中,化学成分的表征往往产生较多的高维数
据,其中既有药效活性成分,同时也可能包含了大量无明显药效
的成分。OPLS分析是一种改进的偏最小二乘法分析方法,其利
用交叉有效性和特征值标准确定正交成分的个数,从而能有效的
防止过度拟合的情况发生[15],利用 OPLS方法移除化学成分中与
药效不相关的变量,让差异的变量集中在第一个主成分中,使模
型变得简单和易于解释。因此将 OPLS 分析应用于中药多组分
与药效作用之间的关联性分析是一种较好的分析工具和手段,在
中药组效关系的研究中可用来筛选中药的药效成分。
通过 OPLS分析发现岩黄连提取物中对药效贡献较大的 11
个潜在活性组分,确定了其中两个药效成分为脱氢卡维丁和巴马
汀,并经细胞学实验初步验证对 SMMC -7721 细胞的增殖具有抑
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时珍国医国药 2016 年第 27 卷第 10 期 LISHIZHEN MEDICINE AND MATERIA MEDICA RESEARCH 2016 VOL. 27 NO. 10
制作用。雷珺等[16]对脱氢卡维丁进行体外试验,发现脱氢卡维
丁可以明显抑制 Tca8113 细胞的增殖,并能显著降低 Tca8113 细
胞端粒酶的活性及 hTERT的表达;脱氢卡维丁对急性肝损伤[17]
及肝纤维化[18]的体内试验均有相关报道;体内、体外试验都证明
了脱氢卡维丁的药效活性,说明其极有可能是岩黄连发挥药效的
活性组分之一。Lee等[19]研究发现巴马汀通过调节细胞因子反
应和抑制细胞的凋亡从而减轻了 D(+)-半乳糖 /脂多糖诱导小
鼠肝损伤的程度;而在本实验中初步发现巴马汀在体外试验中具
有较好的抗肝癌活性,说明巴马汀有可能是岩黄连抗肝癌的药效
活性成分之一。本研究通过组效关系的研究思路初步揭示了岩
黄连抗肝癌作用的药效活性组分,经细胞实验初步验证药效活性
组分中脱氢卡维丁和巴马汀的抗肿瘤活性,为了阐明岩黄连更多
的有效成分,可考虑在后续实验中应用液质联用技术对化学成分
进行进一步的表征,药效活性成分群的锁定将为阐明岩黄连抗肝
癌作用的作用机理及该药材的质量控制提供重要的科学依据。
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收稿日期:2016-02-15; 修订日期:2016-08-02
基金项目:国家“863”项目(No. 2013AA093003)
作者简介:胡淑曼(1988-),女(汉族),山东济宁人,中国海洋大学在读硕士研究生,主要从事中药化学与质量评价研究工作.
* 通讯作者简介:刘红兵(1971-),女(汉族),山东青岛人,中国海洋大学教授,博士学位,主要从事中药研究与开发工作.
龙葵药材质量标准的研究
胡淑曼,王 聪,刘红兵* ,管华诗
(1.海洋药物教育部重点实验室,中国海洋大学医药学院,山东 青岛 266003)
摘要:目的 修订和完善龙葵药材质量标准。方法 参照 2015 版《中国药典》附录相关方法,采用 TLC 方法鉴别龙葵药
材,利用 HPLC - ELSD检测指纹图谱。采用 HPLC - ELSD测定效应成分澳洲茄碱和澳洲茄边碱的含量,同时测定水分、
总灰分、酸不溶性灰分和醇溶性浸出物的含量。结果 建立了龙葵药材的 TLC鉴别方法,获得了对照指纹图谱。10 批药
材中,澳洲茄碱和澳洲茄边碱含量范围分别为 0. 106‰ ~ 0. 785 ‰和0. 137‰ ~ 1. 076 ‰;水分不得过 11. 6 %,总灰分不
得过 13. 2 %,醇溶性浸出物不得少于 10. 6 %。结论 建立的方法能够准确反应龙葵的内在质量,可作为龙葵药材质量标
准的修订内容。
关键词:龙葵; 质量标准; 薄层鉴别; 指纹图谱
DOI标识:doi:10. 3969 / j. issn. 1008-0805. 2016. 10. 023
中图分类号:R284. 2 文献标识码:A 文章编号:1008-0805(2016)10-2375-04
Research on quality standards of Solanum nigrum L.
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LISHIZHEN MEDICINE AND MATERIA MEDICA RESEARCH 2016 VOL. 27 NO. 10 时珍国医国药 2016 年第 27 卷第 10 期