全 文 ：［收稿日期］ 20150818(015)
［通讯作者］ * 于海帅，硕士，副教授，从事中药化学研究，Tel:13844631856，E-mail:yuhaishuaijl@ 163. com
基于主成分分析、聚类分析和典型相关分析的漏芦
抗胃癌谱效关系探索
于海帅*
(吉林工业职业技术学院，吉林 吉林 132013)
［摘要］ 目的:研究漏芦化学成分和抗胃癌药效之间的谱效关系。方法:采用 HPLC分析 7 种产地漏芦的化学成分，对共
有峰进行主成分分析，根据相关系数矩阵、特征值和累计方差贡献率，初步推断漏芦的主成分;采用噻唑蓝法检测 7 种产地漏
芦抑制胃癌细胞 SGC-7901 和 AGS增殖的作用，对 7 批漏芦进行聚类分析;利用典型相关分析对漏芦成分、药效数据进行相关
分析。结果:在漏芦 17 个共有峰中，主成分为迷迭香酸、齐墩果酸和豆甾醇。7 个产地漏芦抑制 SGC-7901 细胞和 AGS细胞增
殖的作用顺序均为河南 ＞山东 ＞辽宁 ＞山西 ＞安徽 ＞江苏 ＞甘肃。聚类分析显示河南和山东产地为 1 类，辽宁和山西产地为
1 类，安徽、江苏和甘肃产地为 1 类。结论:河南产地的漏芦抑制胃癌细胞 SGC-7901 和 AGS增殖的作用最强，漏芦抗胃癌的主
成分可能为迷迭香酸、齐墩果酸、豆甾醇等。
［关键词］ 漏芦;抗胃癌;谱效关系;主成分分析;聚类分析;典型相关分析
［中图分类号］ Ｒ945;Ｒ284. 1;Ｒ285. 5;Ｒ283. 2 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1005-9903(2016)21-0027-05
［doi］ 10. 13422 / j． cnki． syfjx． 2016210027
Ｒesearch on Spectrum-activity Ｒelationship of Echinopsis Ｒadix for
Anti-gastric Cancer Based on Principal Component Analysis，
Cluster Analysis and Canonical Correlation Analysis
YU Hai-shuai*
(Jilin Vocational College of Industry and Technology，Jilin 132013，China)
［Abstract］ Objective:To study on spectrum-activity relationship between chemical composition and
anti-gastric cancer efficacy of Echinopsis Ｒadix in Yuzhou． Method:Chemical composition in Echinopsis Ｒadix
from seven regions was analyzed by HPLC，and principal component analysis was carried out for its comom peak，
according to correlation coefficient matrix， characteristic value and accumulated variance contribution rate，
principal components of Echinopsis Ｒadix were inferred． MTT was used to assay proliferation inhibition rate of
Echinopsis Ｒadix from seven regions for gastric cancer cell line SGC7901 and AGS， then for cluster analysis．
Canonical correlation analysis was used to analyze relationship between chemical composition and anti-gastric cancer
efficacy of Echinopsis Ｒadix． Ｒesult:Principal components of Echinopsis Ｒadix were rosmarinic acid，oleanolic
acid and stigmasterol in seventeen common peaks． Proliferation inhibition rates of Echinopsis Ｒadix from different
region on SGC-7901 and AGS cell were in the order of Henan ＞ Shandong ＞ Liaoning ＞ Shanxi ＞ Anhui ＞ Jiangsu ＞
Gansu． Cluster analysis showed that Henan and Shandong classified the same species，Liaoning and Shanxi
classified the same species，Anhui，Jiangsu and Gansu classified the same species． Conclusion:Echinopsis
Ｒadix from Henan has the strongest proliferation inhibition effect on gastric cancer cell line SGC7901 and AGS．
Ｒosmarinic acid，oleanolic acid and stigmasterol in Echinopsis Ｒadix may be these principal components for anti-
gastric cancer．
［Key words］ Echinopsis Ｒadix;anti-gastric cancer;spectrum-activity relationship;principal component
analysis;cluster analysis;canonical correlation analysis
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漏芦味苦，性寒，归胃经，功效清热、解毒、消痈、
除肿等［1-2］。药理研究显示漏芦具有抗肿瘤、抗氧
化、促进免疫等作用［3-4］。漏芦中含有三萜类、甾醇
类、酚酸类、黄酮类、植物激素等化合物［5］，其中三
萜类、甾醇类和酚酸类成分具有显著的抗肿瘤药理
活性［6-10］，有可能是该药物抗癌症的主要活性成分。
漏芦临床用于抗肿瘤已有一定时间，但其抗肿瘤的
物质基础有待进一步阐明。本实验拟通过考察漏芦
醇提部位对胃癌细胞 SGC-7901 和 AGS 的抑制作
用，建立不同产地漏芦的 HPLC图谱，结合主成分分
析、聚类分析、典型相关性分析探讨漏芦抗胃癌的成
分和药效之间的谱效关系，为进一步研究漏芦抗胃
癌的药效物质基础研究提供依据。
1 材料
1100 系列高效液相色谱仪(美国 Agilent 公
司)，AG135 型 1 /1 万电子分析天平(瑞士梅特勒-托
利多公司)。漏芦共 7 批，产地分别为河南、山东、
辽宁、山 西、安 徽、江 苏、甘 肃，批 号 依 次 为
20140703001， 20140703002， 20140703003，
20140703004， 20140703005， 20140703006，
201407007，均购自安徽亳州，经南京中医药大学生
药学教研室吴德康教授鉴定;甘草苷、迷迭香酸、齐
墩果酸、豆甾醇和 β-谷甾醇对照品(中国食品药品
检定研究院，批号分别为 110885-200102，110839-
200403，110709-200505，110546-13060501，110945-
13101515)，人胃癌细胞株 SGC-7901 和 AGS 均购于
中国科学院上海细胞生物学研究所，水为超纯水，甲
醇、乙腈为色谱纯，其他试剂均为分析纯。
2 方法与结果
2. 1 样品溶液的制备
2. 1. 1 漏芦提取物［3］ 取漏芦适量，加 10 倍量
80%乙醇回流提取 2 次，每次 2 h，过滤，合并滤液，
减压回收溶剂，即得。
2. 1. 2 供试品溶液 精密称取漏芦粉末(过四号
筛)约 1 g，置具塞锥形瓶中，精密加入甲醇 40 mL，
密塞，称定质量，超声处理 30 min，放冷，加甲醇补足
减失的质量，摇匀，经 0. 45 μm 微孔滤膜滤过，
即得。
2. 1. 3 对照品溶液 精密称取甘草苷、迷迭香酸、
齐墩果酸、豆甾醇和 β-谷甾醇 2. 0，2. 0，1. 0，1. 0，
1. 0 mg，分别置于 20 mL量瓶中，加甲醇溶解并稀释
至刻度，摇匀，得对照品储备液。
2. 2 HPLC 分析 Agilent ZOＲBAX SB-C18色谱柱
(4. 6 mm ×250 mm，5 μm)，流动相甲醇(A)-0. 04%
冰乙酸(B)梯度洗脱(0 ～ 5 min，10% A;5 ～ 20 min，
10% ～ 25% A;20 ～ 30 min，25% A;30 ～ 35 min，
25% ～ 45% A;35 ～ 45 min，45% A;45 ～ 70 min，
45% ～100%A)，流速 1. 0 mL·min －1，检测波长 210
nm，柱温 25 ℃，进样量 10 μL。见图 1 和表 1，得 17
个共有峰。
A．混合对照品;B． 供试品;4. 甘草苷;8. 迷迭香酸;12. 齐墩果酸;
14. β-谷甾醇;15. 豆甾醇
图 1 不同产地漏芦的 HPLC
Fig． 1 HPLC of Echinopsis Ｒadix from different region
表 1 不同产地漏芦中共有峰的峰面积
Table 1 Total peak areas of Echinopsis Ｒadix from different region
No． 河北 山东 辽宁 山西 安徽 江苏 甘肃
1 726. 7 543. 1 432. 1 322. 1 289. 2 119. 0 89. 1
2 841. 7 762. 3 673. 3 610. 3 521. 3 486. 5 278. 9
3 354. 7 219. 4 200. 7 174. 3 163. 9 148. 9 76. 4
4 2 882. 9 1 549. 0 1 329. 0 1 183. 2 976. 3 872. 3 498. 2
5 6 512. 3 5 210. 4 4 219. 0 3 876. 0 3 211. 4 2 311. 0 890. 4
6 1 653. 4 983. 4 764. 3 653. 2 587. 3 478. 2 267. 2
7 1 621. 1 872. 1 742. 2 642. 3 532. 3 428. 2 214. 9
8 1 161. 5 973. 1 842. 5 720. 3 641. 0 524. 9 286. 4
9 5 670. 8 4 921. 8 4 123. 0 3 538. 2 3 022. 5 2 563. 0 1 021. 0
10 11 170. 0 9 736. 2 8 723. 4 7 652. 1 6 211. 0 4 398. 1 1 765. 4
11 2 600. 3 1 832. 4 987. 4 670. 3 532. 1 411. 8 178. 0
12 1 439. 1 943. 0 720. 3 643. 2 543. 1 421. 3 176. 4
13 8 349. 0 6 732. 4 5 109. 8 4 065. 2 2 072. 2 1 052. 1 512. 4
14 2 786. 1 1 032. 3 765. 3 654. 2 421. 0 276. 2 127. 9
15 694. 6 542. 2 421. 0 319. 0 243. 1 132. 0 67. 0
16 608. 4 548. 3 421. 9 365. 9 219. 4 101. 3 43. 9
17 4 899. 4 3 921. 5 2 764. 2 2 100. 3 1 532. 9 1 087. 5 654. 2
2. 3 主成分分析 以 7 个产地漏芦提取物共有峰
峰面积为变量进行主成分分析，结果发现前 4 个因
子的累计方差贡献率 100%，故选取前 4 个主成分
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进行评价。第 1 主成分贡献度最显著，其中迷迭香
酸、齐墩果酸、豆甾醇等载荷较高，说明第 1 主成分
主要反映了这 3 种化学成分指标的信息;第 2 主成
分主要体现甘草苷的信息。根据漏芦中各化学成分
在不同因子上的载荷，可初步推断漏芦的主成分是
以迷迭香酸为主的酚酸类，以齐墩果酸为主的三萜
类，以豆甾醇为主的甾醇类，见表 2，3。
表 2 漏芦中各成分的特征值和方差贡献率
Table 2 Characteristic value and variance contribution rate of each
component in Echinopsis Ｒadix
成分
初始特征值 提取平方和载入
特征值
方差
/%
累积贡献率
/% 特征值
方差
/%
累积贡献率
/%
1 25. 77 95. 43 95. 43 25. 77 95. 43 95. 43
2 0. 78 2. 88 98. 31 0. 78 2. 88 98. 31
3 0. 33 1. 24 99. 54 0. 33 1. 24 99. 54
4 0. 02 0. 08 100. 00 0. 02 0. 08 100. 00
表 3 漏芦的主成分矩阵
Table 3 Principal component matrix of Echinopsis Ｒadix
成分
主成分
1 2 3 4
1 0. 971 － 0. 018 － 0. 008 0. 093
2 0. 965 － 0. 169 0. 171 － 0. 092
3 0. 959 0. 226 0. 160 － 0. 048
甘草苷 0. 949 0. 305 0. 070 0. 019
5 0. 985 － 0. 072 0. 140 － 0. 024
6 0. 968 0. 247 0. 027 － 0. 013
7 0. 960 0. 268 0. 076 0. 028
迷迭香酸 0. 987 － 0. 091 0. 126 － 0. 040
9 0. 976 － 0. 138 0. 144 － 0. 085
10 0. 959 － 0. 204 0. 195 0. 016
11 0. 975 0. 137 － 0. 160 － 0. 064
齐墩果酸 0. 987 0. 140 0. 065 － 0. 027
13 0. 991 0. 065 － 0. 109 － 0. 028
β-谷甾醇 0. 913 0. 401 0. 001 0. 072
豆甾醇 0. 997 － 0. 053 － 0. 012 0. 056
16 0. 971 － 0. 205 0. 014 0. 097
17 0. 988 0. 122 － 0. 095 － 0. 016
2. 4 综合评价 将漏芦 4 个主成分对漏芦进行综
合评价，其综合评价函数为 F = 0. 954 30 F1 +
0. 028 77F2 + 0. 012 37F3 + 0. 026 50F4，结果发现不
同产地漏芦的综合得分(F)及得分排名为河南
(40. 354)＞山东(20. 778)＞ 辽宁(5. 327)＞ 山西
(－ 3. 514)＞安徽(－ 11. 724)＞江苏(－ 31. 252)＞
甘肃(－ 43. 485)，产地河南的漏芦综合得分最高，
道地药材具有优质性，见表 4。
表 4 不同产地漏芦主成分值
Table 4 Principal component values of Echinopsis Ｒadix from
different region
产地 F1 F2 F3 F4
河北 42. 251 1. 290 － 0. 055 － 0. 108
山东 21. 815 － 1. 154 － 0. 391 － 0. 068
辽宁 5. 600 － 0. 715 0. 176 0. 053
山西 － 3. 677 － 0. 356 0. 314 0. 054
安徽 － 12. 289 0. 009 0. 265 － 0. 016
江苏 － 32. 760 0. 513 － 0. 478 0. 079
甘肃 － 45. 584 0. 386 0. 698 － 0. 153
2. 5 漏芦对胃癌细胞 SGC-7901 和 AGS 存活率的
影响 取对数期的细胞 SGC-7901 和 AGS［11-14］，经
胰酶消化后制成细胞悬液，调整细胞密度 1 × 104
个 /mL，接种于 96 孔板中，每孔 100 μL，每组设 6 个
复孔，置于 37 ℃ 5% CO2 培养箱中孵育 24 h，取出
96 孔板，吸去培养基，加入药液使药物终质量浓度
分别为 0. 063，0. 125，0． 250，0. 500，1. 000 g·L －1，同
时设定空白孔、阳性对照孔顺铂，给药质量浓度 10
mg·L －1，置于 37 ℃ 5%CO2 培养箱中 24 h。加入噻
唑蓝(MTT)10 μL，继续孵育 4 h，每孔加入二甲基亚
砜 100 μL，振荡 10 min，于 570 nm处测定吸光度 A，
计算肿瘤细胞生长抑制率(n = 3)［15-17］。不同产地
漏芦对 SGC-7901 细胞和 AGS细胞的增殖均有抑制
作用，抑制作用的强弱顺序均为河南 ＞山东 ＞辽宁
＞山西 ＞安徽 ＞江苏 ＞甘肃，河南产地的漏芦抑制
作用均为最强，见表 5。
抑制率 =(A空白 － A给药)/A空白 × 100%
表 5 不同产地漏芦抑制胃癌细胞增殖的 IC50(珋x ± s，n = 3)
Table 5 IC50 of Echinopsis Ｒadix from different region on gastric
cancer cells (珋x ± s，n = 3) mg·L －1
产地 SGC-7901 细胞 AGS细胞
河南 331. 73 ± 24. 60 383. 35 ± 17. 03
山东 375. 20 ± 23. 141) 407. 06 ± 18. 461)
辽宁 406. 06 ± 26. 451) 423. 76 ± 23. 701)
山西 437. 50 ± 18. 961) 483. 36 ± 16. 081)
安徽 455. 33 ± 20. 112) 509. 36 ± 22. 742)
江苏 490. 17 ± 29. 062) 544. 74 ± 16. 352)
甘肃 526. 03 ± 30. 902) 572. 08 ± 19. 402)
注:与河南产地比较1)P ＜ 0. 05，2)P ＜ 0. 01。
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2. 6 聚类分析 以 7 个产地漏芦提取物抑制胃癌
细胞增殖的半抑制浓度(IC50)为变量，利用欧氏不
相似系数平方矩阵，采用 Within-groups linkage 聚类
法和欧氏距离系数对漏芦进行聚类分析。当阈值 ＞
20 时，可将其分为 2 类，河南产地和山东产地被划
分为第 1 类，其他产地被划为第 2 类;当阈值介于
5 ～ 10 时，可将第 2 类继续细分为 3 类，即辽宁为 1
类，山西为 1 类，安徽、江苏和甘肃为 1 类。从整体
上观察，可将其划分为连续的 3 个区域，其中 C 区
位于聚类图的最上层，为安徽、江苏、甘肃产地的漏
芦;B区位于聚类图的中间层，为辽宁和山西产地的
漏芦;A区位于聚类图的底层，为河南和山东产地的
漏芦，见图 2。
1. 河南;2. 山东;3. 辽宁;4. 山西;5. 安徽;6. 江苏;7. 甘肃
图 2 不同产地漏芦的聚类分析
Fig． 2 Cluster analysis of Echinopsis Ｒadix from different region
2. 7 典型相关分析 将漏芦醇提部位抑制胃癌细
胞 SGC-7901 和 AGS增殖的 IC50统一化变换后的数
值为变量 U1 和 U2，描述不同产地漏芦抗胃癌药效;
以 7 个产地漏芦共有峰中 8 号峰迷迭香酸(A8)，12
号峰齐墩果酸(A12)和 15 号峰豆甾醇(A15)的峰面
积对数为变量 V，描述不同产地漏芦的化学信息。
通过典型相关分析得出 U 和 V 的线性方程 U1 = －
1. 436lnA8 + 0. 764lnA12 + 0. 402lnA15，U2 = －
0. 306lnA8 + 0. 217lnA12 + 0. 039lnA15。说明迷迭香
酸抑制胃癌细胞增殖的作用呈负相关，而齐墩果酸
和豆甾醇抑制胃癌细胞增殖的作用则呈正相关。提
示漏芦由迷迭香酸、齐墩果酸和豆甾醇等成分共同
发挥抗胃癌药效，各成分对药效影响各异。
3 讨论
以漏芦共有峰为变量进行主成分分析，得到特
征主成分信息，漏芦抗胃癌的主成分可能为以迷迭
香酸为主的酚酸类，以齐墩果酸为主的三萜类，以豆
甾醇为主的甾醇类等。以漏芦抑制 2 种胃癌细胞增
殖的药效为变量进行聚类分类，获取不同产地漏芦
分类差异的信息，河南和山东产地为 1 类，辽宁和山
西产地为 1 类，安徽、江苏和甘肃产地为 1 类。河南
产地漏芦抗胃癌作用最显著，提示道地产区为河南。
漏芦抗胃癌谱效关系研究中数据处理分析的核
心方法是典型相关性分析，将色谱和药效数据有效
结合进行总体调控，最大限度地利用了数据信息，剔
除相似性相对较差的变量，找出变量之间的相关性，
精确数据，实现化学成分与药效 2 组变量之间的相
关性分析［18-20］。研究表明漏芦抑制胃癌细胞增殖
的作用、主成分综合评价、聚类分析结果存在紧密联
系。河南产地漏芦抑制胃癌细胞增殖的作用最强，
综合评价得分最高;山东产地漏芦第 2;辽宁和山西
产地漏芦居中;安徽和江苏产地漏芦较差;甘肃产地
的漏芦抑制胃癌细胞增殖的作用最差，综合评价得
分最低。说明漏芦抑制胃癌细胞增殖的作用越强，
综合评价得分越高，药效更好。
单纯的 HPLC图谱并不能体现化学成分与药效
之间的相互关系，不能充分说明中药的整体性作用
和多成分协同作用。将 HPLC图谱与药效评价相结
合进行相关性研究，可阐明中药可能的活性成分及
各成分之间的协同作用。色谱解析和药效数据往往
较为繁复，经典的数据处理方法渐渐显示出弱势性，
恰当结合运用主成分分析、聚类分析、典型相关分析
等数理统计学方法对数据进行简化精确处理，可进
一步为漏芦抗胃癌的谱效关系和物质基础研究提供
参考。
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［责任编辑 刘德文］
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第 22 卷第 21 期
2016 年 11 月
中国实验方剂学杂志
Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae
Vol． 22，No． 21
Nov．，2016