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Spectrum-effect relationship between fingerprint in plasma of Heishunpian and its anti-heart failure effect

黑顺片血浆指纹图谱与抗心衰作用的谱效关系研究



全 文 :中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 46 卷 第 6 期 2015 年 3 月 ·861·

• 药理与临床 •
黑顺片血浆指纹图谱与抗心衰作用的谱效关系研究
吴环宇,许妍妍*,卢志强,李遇伯,孙 洋,张艳军
天津中医药大学中药学院 天津市中药化学与分析重点实验室,天津 300193
摘 要:目的 探讨 ig 黑顺片(附子炮制品)醇提物后大鼠血浆指纹图谱与药效指标(血压、心率)间的谱效关系,以阐
明附子抗心衰作用的药效物质基础。方法 利用 UPLC-QTOF/MS 建立大鼠 ig 黑顺片醇提物的血浆指纹图谱,并连续监测心
衰大鼠的血压和心率,再用偏最小二乘回归(PLSR)法对黑顺片入血成分指纹峰与药效指标进行相关性分析。结果 从黑
顺片血浆指纹图谱中筛选出 13 个入血成分,通过 PLSR 分析发现次乌头原碱、苯甲酰中乌头原碱、苯甲酰次乌头原碱和 3,13-
脱氧苯甲酰乌头原碱的血浆药物浓度变化与心率或血压变化呈显著正相关性,且 VIP 值大于 1。结论 次乌头原碱、苯甲酰
中乌头原碱、苯甲酰次乌头原碱和 3,13-脱氧苯甲酰乌头原碱为黑顺片抗心衰作用的潜在药效物质。
关键词:黑顺片;附子;血浆指纹图谱;抗心衰;谱效关系
中图分类号:R285.51 文献标志码:A 文章编号:0253 - 2670(2015)06 - 0861 - 05
DOI: 10.7501/j.issn.0253-2670.2015.06.014
Spectrum-effect relationship between fingerprint in plasma of Heishunpian and
its anti-heart failure effect
WU Huan-yu, XU Yan-yan, LU Zhi-qiang, LI Yu-bo, SUN Yang, ZHANG Yan-jun
Tianjin Key Laboratory of Chinese Chemistry and Analysis, College of Chinese Materia Medica, Tianjin University of Traditional
Chinese Medicine, Tianjin 300193, China
Abstract: Objective To investigate the spectrum-effect relationship between the fingerprint in plasma of Heishunpian (black-processed
pieces of Aconit Lateralis Radix Praeparata) and its pharmacodynamic parameters (blood pressure and heart rate) after ig administration
to rats, and to elucidate its effective substances. Methods Ultra performance liquid chromatography with quadrupole and time-of-flight
mass spectrometry (UPLC-QTOF/MS) was used for fingerprint profiling by analyzing plasma samples obtained after ig administration of
the ethanol extract from Heishunpian to rats. Meanwhile, the blood pressure and heart rate of heart-failure rats were continuously
monitored and recorded. The relationship between the absorbed fingerprint and pharmacodynamic parameters of Heishunpian was
established by correlation analysis with partial least square regression (PLSR) method. Results A total of 13 alkaloids were detected in rat
plasma, among which hypaconine, benzoylmesaconitine, benzoylhypaconitine, and 3,13-deoxybenzoylaconitine were found to be
significantly and positively related to the pharmacodynamic data with VIP > 1. Conclusion Hypaconine, benzoylmesaconitine,
benzoylhypaconitine, and 3,13- deoxybenzoylaconitine are potential effective substances with anti-heart failure effects of Heishunpian.
Key words: Heishunpian; Aconit Lateralis Radix Praeparata; fingerprint in plasma; anti-heart failure; spectrum-effect relationship

附子Aconiti Lateralis Radix Preparata为毛茛科
(Ranunculaceae)乌头属 Aconitum L.植物乌头
Aconitum carmichaeli Debx. 子根的加工品[1],其中
生物碱类成分为附子主要有效成分和毒性成分[2]。
附子具有强心作用,能够增强心肌收缩力[3],已有
研究表明附子具有抗心衰作用[4-6],也发现了某些具
有强心作用的药效物质[2,7],但是中药的整体药效并
非某个化学成分起作用,而是药材内所含药效物质
成分群的整体作用结果[8]。目前中药谱效关系学已
经广泛用于中药的药效物质基础研究[9-15],但附子
抗心衰作用的物质基础研究相对较少。
本实验以黑顺片(附子炮制品)为研究对象,

收稿日期:2014-08-27
基金项目:国家重点基础研究发展计划(“973”计划)资助项目(2011CB505300,2011CB505302);天津市高等学校科技发展基金计划项目(20140208)
作者简介:吴环宇(1988—),男,硕士研究生,研究方向为药物分析和中药药动学。E-mail: wuwhy123@163.com
*通信作者 许妍妍 Tel: (022)59596221 E-mail: candyxyy@gmail.com
·862· 中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 46 卷 第 6 期 2015 年 3 月

采用 UPLC-QTOF/MS 技术建立大鼠 ig 黑顺片醇提
物后的血浆指纹图谱,经偏最小二乘回归(PLSR)
法分析入血成分指纹峰与药效指标(血压、心率)
之间的相关性,从而进行谱效关系研究,探索血浆
化学特征谱与药效随时间的变化规律,筛选附子抗
心衰药效物质成分群,以期为阐释附子的强心作用
以及建立质量评价体系提供实验依据。
1 材料
1.1 仪器
AX205 十万分之一天平(瑞士 Mettler Toledo
公司);3-18K 冷冻干燥离心机(美国 Sigma 公司);
Waters Xevo G2 型超高效液相色谱-四极杆-飞行时
间串联质谱联用仪(美国 Waters 公司);XW-80A
旋涡混合器(江苏海门市麒麟医用仪器厂);HAC-I
自动浓缩氮吹仪(天津市恒奥科技发展有限公司);
HH-S8 数显恒温水浴锅(金坛市盛蓝仪器制造有限
公司);Sartorius BT 125D 电子天平(北京赛多利斯
仪器系统有限公司)。
1.2 试药
黑顺片购自北京华邈中药工程技术开发中心
(批号 305231),经天津中医药大学李天祥副教授鉴
定为附子炮制品黑顺片。次乌头碱(批号 110798-
200805)、苯甲酰乌头原碱(批号 110797-200405)、
苯甲酰中乌头原碱(批号 111796-201002)、苯甲酰
次乌头原碱(批号 11795-200901),质量分数均≥
98%,购自中国食品药品检定研究院;乌头原碱(批
号 MUST-12051501 )、 脱 氧 乌 头 碱 ( 批 号
T-043-130108)、尼奥林(N-019-130626)及高乌甲
素(批号 G-005-130728),质量分数均≥98%,购自
成都瑞芬思生物科技有限公司。乌拉坦(美国 Sigma
公司);乙腈(色谱级)、甲醇(色谱级,美国 Fisher
公司);纯净水(杭州娃哈哈集团有限公司),其余
试剂均为分析纯。
1.3 动物
雄性 SD 大鼠,体质量(250±40)g,由军事
医学科学院提供,许可证号 SCXK-(军)2012-0004。
在温度 20~22 ℃,相对湿度 45%~65%,光照/黑
暗 12 h/12 h 条件下饲养,自由饮食、饮水,适应性
饲养 1 周后开始实验。
2 方法
2.1 色谱与质谱条件
2.1.1 液相条件 色谱柱为 Waters ACQUITY
UPLC BEH C18(100 mm×2.1 mm,1.7 μm);流动
相为水(含 0.1%甲酸,A)-乙腈(含 0.1%甲酸,B);
按表 1 中程序进行梯度洗脱;体积流量 0.3 mL/min;
柱温 40 ℃;进样量 10 μL。
表 1 流动相梯度洗脱程序
Table 1 Gradient elution procedure of mobile phase
t/min A/% B/%
0 90 10
2.0 90 10
7.0 85 15
15.0 70 30
21.0 61 39
25.0 50 50
26.0 1 99
30.0 1 99
30.5 90 10
40.0 90 10

2.1.2 质谱条件 采用电喷雾离子源(ESI)正离子
扫描模式,质量扫描范围为 m/z 175~1 000,毛细
管电压 3 kV,雾化气压力 241.32 kPa,氮气作为干
燥气体,干燥气体积流量 800 L/h,干燥气温度
350 ℃,锥孔电压 45 V,校正离子为 m/z [M+H]+
556.27 的亮氨酸-脑啡肽,测定样品前采用混标调谐
液校准质量轴。
2.2 溶液的制备
2.2.1 内标溶液的制备 精密称取高乌甲素 1.03
mg,置于 1 mL 棕色量瓶中,用乙腈溶解,定容至刻
度,静置,吸取高乌甲素溶液(50 μg/mL)100 μL,
加入到 100 mL 量瓶中,用乙腈溶解,定容至刻度,
即得质量浓度 50 ng/mL 的内标溶液,4 ℃保存待用。
2.2.2 乌拉坦溶液的制备 称取乌拉坦晶体 10 g,
用生理盐水稀释定容至 50 mL,配成质量浓度为 0.2
g/mL 的乌拉坦溶液。
2.2.3 黑顺片药液的制备 称取 85 g 黑顺片粉末,
置于 1 000 mL 圆底烧瓶中,加入 10 倍量 70%乙醇
浸泡 30 min,水浴加热 1 h(微沸),静置 10 min,
8 层纱布滤过;残渣加入 8 倍量 70%乙醇水浴加热
1 h,静置 10 min,8 层纱布滤过;合并滤液,60 ℃
旋蒸浓缩至半流动状态,得质量浓度 3.617 g/mL 的
黑顺片醇提物浸膏。
2.3 动物实验
20 只健康雄性 SD 大鼠,随机分为 2 组,每组
10 只,分别进行血样采集和药效指标测定,给药前
禁食 12 h,自由饮水。
中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 46 卷 第 6 期 2015 年 3 月 ·863·

2.3.1 血样采集 取 10 只大鼠 ig 给予黑顺片醇提
物,给药剂量为 36.17 g/kg,给药体积 10 mL/kg,
分别于给药前和给药后 7、30、60、120 min 颈静脉
插管取血约 0.8 mL,置于肝素化 1.5 mL 炮弹管中,
13 000 r/min 离心取上清,−80 ℃保存待用。
2.3.2 药效指标测定 另取 10 只大鼠经 ip 戊巴比
妥钠(质量浓度为 20 mg/mL,给药体积为 10 mL/kg)
造成急性心衰模型,按“血样采集”项方法 ig 给予
黑顺片醇提物,用八导生理记录仪连续监测并记录
大鼠心率及血压变化。
2.4 样品前处理
取血浆样品 400 μL,加入内标溶液 50 μL,加
入 1 150 μL乙腈,涡旋混匀 3 min,4 ℃、13 000 r/min
离心 20 min,取上清液于 40 ℃温和 N2流吹干,100
μL 甲醇-水(1∶1)复溶,涡旋振荡 1 min 后,4 ℃、
13 000 r/min 离心 5 min,取 10 μL 上清液进样,进
行 UPLC-QTOF/MS 分析。
2.5 数据处理
通过 MasslynxV4.1 进行峰提取,寻找潜在的目
标化合物,以入血成分的峰面积与内标的峰面积之
比来表示化合物的相对量,再通过 SIMCA-P 11.5
中的 PLSR 分析建立入血化合物与药效学指标心率
和血压之间的相关性,以显著正相关性且 VIP 值大
于 1 筛选潜在的药效物质。
3 结果
3.1 大鼠心率与血压的经时变化规律
大鼠 ig 黑顺片醇提物后心率与血压随时间的变
化规律见图 1,可见黑顺片醇提物起效较快,在给药
后 15 min 内达到最强,随后下降,至 2 h 药效最弱。
3.2 血浆指纹图谱的建立
色谱与质谱联用技术最大限度地提取有用信
息,并进行数据的解析和特征信息的有效提取[16],
经 UPLC-QTOF/MS 建立了黑顺片醇提物的大鼠血


图 1 大鼠 ig 黑顺片醇提物后心率与血压的经时变化规律
Fig. 1 Change rule with time of heart rate and blood pressure
of rats after ig adminstration of ethanol extract from
Heishunpian
浆指纹图谱。通过 MasslynxV4.1 进行峰提取,得到
13 个潜在的目标化合物,见图 2。13 种成分经与对
照品对比、MS/MS 质谱分析以及文献数据[17-21]对
照,鉴定结果见表 2。


图 2 大鼠 ig 黑顺片醇提物 30 min 后血浆样品的典型基峰
强度色谱 (BPC) 图
Fig. 2 BPC of plasma sample of rats at 30 min after ig
administration of ethanol extract from Heishunpian
表 2 大鼠血浆中 13 种生物碱成分的鉴别
Table 2 Identification of 13 absorbed alkaloids in rat plasma
峰号 tR/min [M+H]
+m/z 分子式 化合物名称
1 1.83 486.268 9 C24H39NO9 中乌头原碱
2 2.32 408.272 5 C23H37NO5 异塔拉定
3 2.62 500.287 4 C25H41NO9 乌头原碱
4 3.83 470.274 2 C24H39NO8 次乌头原碱
5 4.56 438.285 2 C24H39NO6 尼奥林
6 9.19 464.301 1 C26H41NO6 14-乙酰塔拉地萨敏
7 9.51 606.292 2 C31H43NO11 10-羟基苯甲酰中乌头
原碱
8 12.14 590.296 3 C31H43NO10 苯甲酰中乌头原碱
9 13.16 604.311 9 C32H45NO10 苯甲酰乌头原碱
10 13.91 574.304 8 C31H43NO9 苯甲酰次乌头原碱
11 14.83 558.306 2 C31H44NO8 3 ,13-脱氧苯甲酰乌头
原碱
12 17.74 616.310 7 C33H45NO10 次乌头碱
13 19.42 630.333 7 C34H48NO10 3-脱氧乌头碱

3.3 PLSR 分析
通过血浆指纹图谱筛选出 13 个特征峰,这些特
征峰与药效(血压和心率)之间的关系可看作一个
多元线性回归分析问题。多元线性回归分析是研究
在线性相关的条件下,多个自变量(如指纹图谱中
的色谱峰)对因变量(如药效指标)的数量变化关
系[22]。采用 SIMCA-P 11.5 软件对这 13 个入血化合
物的相对含量(X 变量)分别与心率/血压(Y 变量)
进行 PLSR 分析。
3.3.1 黑顺片醇提物血浆指纹图谱与心率的相关性
13个入血化合物与心率变化的PLSR回归系数见图3
0
20
40
60
80
0 20 40 60 80 100 120
t/min


/(次
·m
in

1 )
0
100
200
300


/m
m
H
g
血压
心率
100
1
2 3
4 5
6
7
8
9
10
11
13
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 0
12
t/min
·864· 中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 46 卷 第 6 期 2015 年 3 月



图 3 入血化合物与心率变化的 PLSR 回归系数图
Fig. 3 PLSR coefficients of changes between heart rate and
concentration of absorbed compounds
(化合物 1~13 分别对应表 2 中峰号 1~13),相关性
回归方程为:Y=2.033 7+0.080 7 X1-0.022 5 X2+
0.084 9 X3+0.092 6 X4+0.062 8 X5-0.102 5 X6-
0.095 5 X7+0.105 1 X8+0.103 7 X9+0.097 8 X10+
0.100 6 X11-0.071 0 X12-0.076 0 X13(Y 为心率,
X1~X13分别为化合物 1~13 的相对含量)。
由图 3 可见,中乌头原碱、尼奥林、乌头原碱、
次乌头原碱、苯甲酰乌头原碱、苯甲酰中乌头原碱、
苯甲酰次乌头原碱和 3,13-脱氧苯甲酰乌头原碱与
心率呈正相关;异塔拉定、14-乙酰塔拉地萨敏、10-
羟基苯甲酰中乌头原碱、次乌头碱和 3-脱氧乌头碱
与心率呈负相关。其中乌头原碱、中乌头原碱、次
乌头原碱、苯甲酰次乌头原碱、苯甲酰新乌头原碱
和 3,13-脱氧苯甲酰乌头原碱与心率有显著的正相
关性(P<0.05);14-乙酰塔拉地萨敏、10-羟基苯
甲酰中乌头胺、次乌头碱和 3-脱氧乌头碱与心率有
显著的负相关性(P<0.05)。
自变量在解释对因变量的贡献程度的大小时可
以通过 VIP 的数值大小来决定,一般认为 VIP 值大
于 1,即对模型有显著的贡献。通过 SIMCA 软件处
理得到次乌头原碱、苯甲酰次乌头原碱、14-乙酰塔
拉地萨敏、10-羟基苯甲酰中乌头原碱、苯甲酰中乌
头原碱、苯甲酰乌头原碱和 3,13-脱氧苯甲酰乌头原
碱的 VIP>1,对模型有显著的贡献(P<0.05)。
3.3.2 黑顺片醇提物血浆指纹图谱与血压的相关性
13个入血化合物与血压变化的PLSR回归系数见图4
(化合物 1~13 分别对应表 2 中峰号 1~13),相关性
回归方程为:Y=1.128 8+0.079 5 X1+0.002 6 X2+
0.079 3 X3+0.088 8 X4+0.052 6 X5-0.089 2 X6-
0.106 0 X7+0.078 5 X8+0.056 9 X9+0.094 9 X10+
0.091 6 X11+0.108 7 X12-0.104 7 X13(Y 为血压,


图 4 入血化合物与血压变化的 PLSR 回归系数图
Fig. 4 PLSR coefficients of changes between blood pressure
and concentration of absorbed compounds
X1~X13分别为化合物 1~13 的相对含量)。
由图 4 可见,中乌头原碱、乌头原碱、尼奥林、
次乌头原碱、苯甲酰中乌头原碱、苯甲酰乌头原碱、
苯甲酰次乌头原碱和 3,13-脱氧苯甲酰乌头原碱与血
压呈正相关;异塔拉定、14-乙酰塔拉地萨敏、10-
羟基苯甲酰中乌头原碱、次乌头碱和 3-脱氧乌头碱
与血压呈负相关。其中次乌头原碱、3, 13-脱氧苯甲
酰乌头原碱、苯甲酰乌头原碱、苯甲酰新乌头原碱
和苯甲酰次乌头原碱与血压有显著的正相关性(P<
0.05);10-羟基苯甲酰中乌头原碱和 14-乙酰塔拉地
萨敏与血压有显著的负相关性(P<0.05)。通过
SIMCA 分析可得次乌头碱、14-乙酰塔拉地萨敏、
3,13-脱氧苯甲酰乌头原碱、次乌头原碱、苯甲酰次
乌头原碱、3-脱氧乌头碱和 10-羟基苯甲酰中乌头原
碱的 VIP>1,对模型有显著的贡献(P<0.05)。
4 讨论
附子的主要成分为 C19-乌头碱型二萜生物碱,
根据其结构特点,可分为双酯型、单酯型、脂型和
醇胺型二萜生物碱,以往文献多报道双酯型生物碱
为其活性成分,同时毒性亦最大[23],在炮制过程中
双酯型生物碱逐渐水解,成为单酯型生物碱和醇胺
型生物碱,毒性大大降低[24]。本实验通过对附子炮
制品黑顺片大鼠血浆指纹图谱与抗心衰作用进行谱
效关系分析,结果表明次乌头原碱、苯甲酰中乌头
原碱、苯甲酰次乌头原碱和 3,13-脱氧苯甲酰乌头原
碱与心率或血压变化呈显著正相关性,且对模型有
显著贡献,推测其为附子(黑顺片)抗心衰作用的
潜在药效物质,提示单酯型和醇胺型生物碱可作为
黑顺片的质量评价指标。
中药药效物质基础是阐明中药作用奥秘的关
键,是中药质量评价的基础与核心。传统的药效物

0.2
0.1
0
−0.1
−0.2





1 12 4 8 10 11 3 9 7 5 6 13 2
化合物
0.1
0
−0.1
−0.2





1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
化合物
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质研究模式使得中药质量评价体系中化学成分与药
效脱节,而谱效关系分析是中医药研究领域内全新
的、处于学术前沿的中药现代化研究思路,它是建立
在中药材指纹图谱的研究基础之上,建立其化学成分
与药效之间的关联性[25]。目前谱效分析研究多关注中
药材化学指纹图谱与药理活性的相关性,而中药多
口服给药,大部分需要吸收入血后才能发挥药效作
用[26]。因此本实验建立黑顺片的大鼠血浆指纹图谱,
测定入血成分与药效指标的关联性,发现黑顺片抗心
衰的潜在物质基础。受本实验所建立的分析方法的灵
敏度限制,且预试验中模型动物在心衰状态下连续采
血易引起死亡,本实验采用两组动物分别进行血样采
集与药效指标测定,在后续研究中尚需进一步改进方
法,以增加分析结果的可靠性。
参考文献
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