全 文 :中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 45 卷 第 23 期 2014 年 12 月
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液质联用技术在丹参成分分析中的应用
王 洋 1,陈 涛 1,潘 霖 2,李 正 1,崔维利 1,李 进 1*
1. 天津中医药大学第一附属医院,天津 300193
2. 天津第一中心医院,天津 300192
摘 要:丹参在中医临床中的应用历史悠久,其治疗作用广泛,特别是在治疗心血管疾病时具有独特的疗效。丹酚酸及丹参
酮类成分是丹参中的主要药效成分,因其显著的生物活性备受关注。液质联用技术(LC-MS)是集分离与分析于一体的具
有快速、高灵敏度特点的综合分析方法,现已广泛用于中药成分分析中。通过对国内外文献进行系统整理,对 LC-MS 技术
在丹参有效成分分析中的应用进行总结,以期为科学阐释丹参药效物质基础、提高质量控制标准、合理利用丹参药材及含丹
参中药制剂提供参考。
关键词:丹参;丹酚酸;丹参酮;液质联用;质量控制
中图分类号:R284.1 文献标志码:A 文章编号:0253 - 2670(2014)23 - 3494 - 09
DOI: 10.7501/j.issn.0253-2670.2014.23.025
Application of liquid chromatography coupled with mass spectrometry technique
in component analysis of Salvia miltiorrhiza
WANG Yang1, CHEN Tao1, PAN Lin2, LI Zheng1, CUI Wei-li1, LI Jin1
1. First Teaching Hospital of Tianjin University of Traditional Chinese Medicine, Tianjin 300193, China
2. Tianjin First Center Hospital, Tianjin 300192, China
Abstract: Salvia miltiorrhiza (Danshen) is a kind of Chinese materia medica (CMM), and there has been a long history of Danshen for
wide use in the treatment of numerous diseases, especially the unique therapeutic effect on cardiovascular disorders. Salvianolic acids
and tanshinones are the main effective components in Danshen, which attracts the researchers’ more attention for its significant
biological activity. Liquid chromatography coupled with mass spectrometry technique (LC-MS) is a rapid, sensitive, and
comprehensive analytical method for the simultaneous separation and analysis, which has been widely used in the study on CMM
component analysis. A large number of literatures of the application of LC-MS in the component analysis of Danshen are
systematically summarized in this paper, so as to provide some indication for scientific interpretation of the effective material basis,
and improve the quality control standard and comprehensive utilization of Danshen and its preparation.
Key words: Salvia miltiorrhiza Bunge; salvianolic acids; tanshinones; liquid chromatography coupled with mass spectrometry technique;
quality control
中药是由多种化学成分所组成的复杂混合体
系,并且中医用药经常采用多种药物配伍组成复方,
这就给深入、系统的研究中药成分带来了巨大的挑
战。丹参为唇形科植物丹参Salvia miltiorrhiza Bunge
的干燥根和根茎,具有活血祛瘀、通经止痛、清心
除烦、凉血消痛的功效[1]。近年来,丹参及含丹参
中药制剂因为显著的治疗作用,特别是在心血管疾
病治疗领域,越来越为人们所关注[2],众多科学工
作者从化学、药理学、临床应用、安全性评价及质
量控制等方面对丹参进行了大量的研究[3]。液质联
用技术(LC-MS)集中体现了液相色谱(LC)高效
的分离能力和质谱(MS)强大的结构鉴定能力,为
收稿日期:2014-07-17
基金项目:天津市科技创新专项资金项目(06FZZDSH00408);天津市西青区科技创新专项计划项目(XQCXZX2012-006);天津市西青区科
技型中小企业发展专项资金项目(XQKC2013-022)
作者简介:王 洋(1981—),男,博士,主管药师,研究方向为中药体内外药物分析和中药药理学。
Tel: (022)83969680 E-mail: dayang810025@163.com
*通信作者 李 进 Tel: (022)83969822 E-mail: lijin@shitian.com
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混合物的快速、准确分析提供了一种有效的手段,
现已广泛地应用于中药化学成分分析[4],MS 对于中
药中已知物的快速定性及未知物的识别均具有极强
的选择性。电喷雾电离(ESI)和大气压化学电离
(APCI)为 LC-MS 最主要的 2 种离子源。LC-MS
最常用的在线检测器包括:三重四级杆(TQ 或
MS/MS)、离子阱(IT 或 MSn)、傅里叶变换离子回
旋共振(FTICR)、飞行时间(TOF)等。其中,TQ
主要用于定量分析,IT 可以提供母离子和子离子之
间的多极质谱数据,FTICR 及 TOF 可以提供高分辨
质谱数据及化合物的元素组成[5]。此外还包括常与
LC 连接用于定量分析的紫外检测器(UV 或 DAD)、
蒸发光散射检测器(ELSD)以及电化学检测器(ED)
等。近年来,基于现代仪器分析技术的丹参及含丹
参中药制剂中有效成分的体内外分析有了很大的进
展,主要方法包括 LC、超高效液相色谱法(UPLC
或 UFLC)、薄层色谱(TLC)、气相色谱(GC)、
红外光谱(IR)及 LC-MS 等。本文将对近年来国
内外有关采用 LC-MS 技术分析丹参有效成分的文
献进行系统的整理,对丹参有效成分分析的研究进
展进行综述。
1 体外成分分析
1.1 丹参有效成分分析
目前,已从丹参药材中分离出 70 多种化合物,
主要包括水溶性的酚酸类成分和脂溶性的二萜醌
类成分(主要成分结构信息见图 1),其中酚酸类
成分是主要的活性成分[3],对丹参药材中酚酸类成
分的分析都在负离子模式下进行,并且多采用 ESI
的方式离子化[5],而二萜醌类成分则采用正离子模
式[6-11]。丹酚酸 B 和丹参酮 IIA 作为最主要的活性
成分,常作为丹参药材及含丹参中药制剂质量控制
的标志物[1]。
HO
HO
COOH
咖啡酸
HO
HO
COOH
HO
丹参素
HO
HO CHO
原儿茶醛
HO
HO COOH
原儿茶酸
HO O
O
O
O
HO OH
HO
HO
OH丹酚酸C
O
O
HO
HO OH
OH
HO O COOH
丹酚酸D
O
COOH OH
OH
O
HO
HO
迷迭香酸
HO O
O
O
O
O
OH
HO OH
HO
HO
OH紫草酸
HOHO
HO
O
O
O
OH
OH
OH
OH丹酚酸A
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
隐丹参酮
丹参酮 IIA
二氢丹参酮 I
丹参酮 I
O
O
COOH OH
OH
O
O COOH
OH
OH
HO
HO
HO
O
丹酚酸B
图 1 丹参中主要化学成分结构
Fig. 1 Structures of main chemical constituents in S. miltiorrhiza
Zeng 等[12]通过 LC/ESI-MS/MS 对丹参药材中
酚酸类成分进行了分析。采用 TQ 作为检测器,发
现咖啡酸及其同系物包含一个容易脱掉 CO2 的羧
基,并确定了提取物中 28 种成分。宋敏等[13]通过
LC 建立了丹参脂溶性成分指纹图谱,利用
LC-MS/MS 对主要特征指纹峰进行了分析,共鉴定
出 6 个化合物。唐小峦等[14]通过 LC-UV-MS/MS 法
分析丹参不同极性提取物,共鉴定出 14 个成分,并
对其中的 4 个成分进行了定量分析,为相关的谱-
效学研究奠定了良好的基础。
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IT-MS 属于时间上的串联质谱,可以提供多级离
子碎片,确定化合物的裂解规律,对于化合物的定性
分析具有重要意义。Liu 等[15]通过 LC-IT-MS 对丹参
药材的酚酸类成分进行了定性分析,共鉴定 42 个酚
酸类成分,其中 16 个为首次发现,说明 IT 比 TQ 更
适合中药有效成分的定性分析。沈建芳等[8]通过
LC-IT-MS 探讨丹参酮 IIA的质谱裂解规律,并建立了
丹参酮部位特征图谱,对特征图谱中 11 种主要化合
物进行了归属。董昕等[9]通过 LC-IT-MS 对丹参药材
中的水溶性及脂溶性成分进行较为全面的质谱行为
考察,分别对 8 个丹参对照品进行了多级质谱裂解分
析,并总结了丹参酚酸类和丹参酮类成分的裂解规
律,根据裂解规律对药材中的目标成分进行归属。赵
新锋等[16]利用超临界萃取仪(SCFE)获得丹参总提
物,采用 LC-IT-MS对总提物的化学成分进行分析,
确定了 15 种化学成分,其中 2 种为未知成分。韩凤
梅等[17]通过 LC-IT-MS 研究脂溶性丹参酮类成分的裂
解规律,建立了脂溶性丹参酮类成分提取物的特征图
谱。脂溶性丹参酮类物质具有相似的ESI-MS行为,
裂解规律可用于鉴别丹参脂溶性化合物。
TOF 也被有效地应用于丹参酚酸类成分分析
中,通过获得的准确相对分子质量及分子式数据
库,大量的化合物得到了确认[18-19]。于文佳等[10]
利用 LC-TOF-MS对丹参脂溶性成分进行了定性分
析,共鉴定 15 个脂溶性成分。刘劼等 [11]通过
LC-TOF-MS 研究二氢丹参酮 I、丹参酮 I、隐丹参
酮和丹参酮 IIA 的分子结构与 MS 裂解规律间的关
系,并对丹参提取物中的脂溶性成分进行鉴定。结
果表明 4 种化合物因为相似的结构而具有相似的
裂解规律,该规律被认为是二萜醌类结构的特征裂
解规律。通过 TOF 提供的精确相对分子质量,共
鉴定出 16 个丹参酮类成分。Zhou 等 [20]通过
LC-TOF-MS 对丹参脂溶性成分进行了分析,共鉴
定出 21 个成分,并对其中的 12 个成分进行了定量
分析。Song 等 [21]采用主成分分析(PCA)与
UPLC-UV-TOF-MS 相结合的方法,对丹参进行了
质量控制方面的研究。通过 PCA 技术筛选质控标
志物,再通过 TOF-MS 对这些标志物进行准确的
定性,结合抗氧化活性筛选,最终制定了与生物活
性相关的丹参质量控制方法。董倩倩等[22]建立靶
细胞提取与 LC/ESI-TOF-MS 分析相结合进行丹参
活性成分研究的方法,对丹参中可能的活性成分进
行了推测。在不同细胞提取液中发现 7 个水溶性成
分。此外,还有一些研究通过单次进样同时分析了
水溶性成分与脂溶性成分[23-25]。
1.2 含丹参中药制剂成分分析
近年来在临床中经常使用的、疗效确切的含丹
参中药制剂品种越来越多,主要包括复方丹参滴丸、
丹参注射液、香丹注射液等,通过 LC-MS 技术可
以对这些制剂的物质组成、含量分布进行系统研究。
Zhang 等[26]建立了丹参注射液的 LC-MS 指纹图谱
及代谢指纹图谱,从注射液中鉴定出 11 种丹参酚酸
类成分,体内结果表明注射给药后丹参素、丹酚酸
B 消除迅速,紫草酸、丹酚酸 A/D 消除缓慢,并且
在注射给药后 30 min 内一直维持相对较高的血药
浓度,上述结果说明酚酸类成分可能是丹参注射液
中最主要的生物活性成分。Liu 等[23]建立了 4 种含
丹参制剂(复方丹参片、丹参滴丸、丹参注射液、香
丹注射液)的 LC-MSn 指纹图谱,共鉴定水溶性及
脂溶性成分 34 个。章弘扬等[27]采用 LC-TOF-MS 结
合 LC-MSn 对复方丹参滴丸的化学组成进行了分
析,共鉴定出来自丹参的成分 8 个。韦英杰等[28]采
用 LC-MSn 对复方丹参方的化学成分进行分析,共
鉴定来自丹参中的成分 23 个。马晓红等[29]通过
LC-MSn 从复方丹参片中鉴定出来自丹参的成分 6
个。胡兴江等[30]通过 LC-MS 技术研究丹参与丹皮
配伍的化学成分,鉴定并归属配伍煎液中 19 个成
分,其中 11 个来自丹参,8 个来自丹皮,配伍后丹
参酚酸类、芍药苷类成分的量高于单煎,而鞣质的
量降低。傅俊曾等[31]采用 LC-MS/MS 技术对芪参益
气滴丸中丹参有效成分丹参素、原儿茶醛进行了定
量分析,为该药的质量控制提供了依据。
2 体内成分分析
中药多采用口服的方式给药,机体对药物的处
置可分为吸收、分布、代谢及排泄 4 个相互关联的
过程,从血清药理学的角度出发药物口服后只有被
血液吸收的成分才有可能成为真正的有效成分[32]。
因此,通过 LC-MS 研究中药有效成分的体内过程
对于明确药效物质基础及解释和预测疗效和毒副作
用,制定合理的给药方案是非常必要的。
2.1 丹参有效成分的体内分析
对丹参有效成分的体内研究主要集中在药动
学、组织分布、代谢等方面。丹酚酸 B 在体内可
以产生多种代谢产物[33-35],通过 LC-MS/MS 技术
可以对丹酚酸 B 及其代谢产物的药动学特征进行
分析[34]。Xu 等[35]通过 LC-MSn 分析了丹酚酸 B 口
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服给予正常/抗菌治疗大鼠后,胆汁和尿液中的代
谢产物。正常大鼠的胆汁中发现了 4 个代谢产物,
粪便中有 5 个,并且在尿液中首次分离出 2 个新的
代谢产物。而在抗菌治疗大鼠的胆汁和尿液中没有
发现丹酚酸 B 的代谢产物,粪便中发现丹酚酸 B
的原型物。结果表明,肠道菌群在丹酚酸 B 的吸
收、代谢和排泄过程中发挥着重要的作用。丹酚酸
B 可能的体内代谢途径见图 2[35]。
隐丹参酮具有显著的杀菌作用,其在体内可以迅
速地转化为丹参酮 IIA[36],已有研究通过 LC-MS/MS
对二者的体内药动学过程进行了分析[36-37]。Sun 等[38]
通 过 LC/ESI-DAD-MSn 对 丹 参 脂 溶 性 提 取 物
(TTE-50)及其在大鼠胆汁内的代谢产物进行了定性
分析,共鉴定 16 个丹参酮类化合物及 17 个 I 相代谢
O
O
COOH
OH
OH
O
O COOH
OH
OH
HO
HO
HO
O
丹酚酸 B
O
O
COOH
OH
OH
O
O COOH
OH
OH
H3CO
HO
HO
O
O
O
COOH
OH
OCH3
O
O COOH
OH
OH
H3CO
HO
HO
O
甲基化
甲基化
COOHHO
O
NH COOH
降解
O
O
COOH
OH
OH
O
O COOH
OCH3
OH
H3CO
HO
HO
O
O
O
COOH
OH
OCH3
O
O COOH
OCH3
OH
H3CO
HO
HO
O
甲基化
甲基化
COOH
HO
HO
O
O
COOH
OH
OH
OH
OH
HO
HO
O COOH
O
COOH
OH
OH OH
OH
COOH
HO
HO
COOH
OH
OH HO
HO
COOH
OH
HO
HO
COOH
OH
or
甲基化 甲基化
图 2 丹酚酸 B 的体内代谢过程
Fig. 2 In vivo metabolic pathways of salvianolic acid B
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产物。代谢物转化主要发生在丹参酮 IIA C-4 位侧链,
其中从甲基转化为伯醇基再转化为醛基为首次发现。
Park 等 [39] 通过 LC-MS/MS 对丹参标准提取物
(PF2401-SF)口服给予大鼠后,丹参酮 I、二氢丹参
酮 I、丹参酮 IIA和隐丹参酮的药动学特征进行了研究。
丹参酮 IIA可能的体内代谢途径见图 3[38]。
O
O
O
1
2
3
4
16
15
A B
C D
丹参酮 IIA
O
O
O
HO
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
CH2OH
O
O
O
CHO
O
O
O
CH2OHO
O
O
COOH
O
O
羟基化 氧化
氧化
脱氢
图 3 丹参酮ⅡA的体内代谢过程
Fig. 3 In vivo metabolic pathways of tanshinone IIA
Sun 等[40]采用 LC-MS 对丹酚酸 A 在比格犬体
内的药动学特征进行了分析,结果表明丹酚酸 A 口
服后吸收迅速、并且具有较高的清除率及绝对生物
利用度低的特点。Cui 等[41]通过 LC-MS/MS 对紫草
酸 B 的药动学特征及其代谢产物进行了分析,在肝
细胞培养液、血、尿及胆汁中均发现 4 个相同的代
谢产物,鉴定结果表明甲基化作用是其代谢的主要
路径。裴渭静等[42]通过 LC-MSn 对人血清中的丹参
素及其代谢产物进行了研究,发现其主要代谢产物
为乙酰化的丹参素。通过 LC-MS/MS 对 Beagle 犬
血浆中丹参素含量进行测定,发现口服或静脉给予
丹参素后血药浓度的达峰时间均在 1 h 内[43]。张群
正等[44]采用 LC-MSn 对口服丹参滴丸后产生的活性
代谢产物丹参素异丙酯的吸收及组织分布进行了系
统分析。丁建刚等[45]以地西泮为内标,采用 LC-MS/
MS 方法,建立 Beagle 犬血浆中丹参酮 IIA 的测定
方法。
丹参中包含多种类型的化合物,单一成分并不
能反映药材的整体特征,因此多成分分析对于明确
丹参药材的作用特点具有重要的意义。林力等[46]采
用 LC-MS/MS 方法建立了同时检测 Beagle 犬血浆中
丹酚酸 D、丹酚酸 B、紫草酸和迷迭香酸的分析方法,
并对丹参提取物中 4 种化合物的药动学特征进行了
分析。Li 等[47]建立了一种同时测定人血清中 6 种水
溶性成分的 LC-MS/MS 方法,该法可以用于丹参注
射液中该 6 种成分的药动学研究。Liu 等[48]给大鼠口
服丹参提取物,通过 LC-MS/MS 技术建立了一种同
时测定血浆中丹参水溶性成分(丹参素、迷迭香酸)
与脂溶性成分(隐丹参酮、丹参酮 IIA、丹参酮 I、
二氢丹参酮 I)的方法,并对 6 种成分的药动学参数
进行了计算,实现了 2 类成分的同时测定。
2.2 丹参制剂中有效成分的体内分析
与化学药物相比,中药产品中含有大量的化学
成分,特别是多种中药配伍组成的复方,复方中多
种药物之间可以通过不同的配伍关系而发挥协同增
效或减毒等作用。复方的治疗作用与其中所含各种
化学成分的协同作用密切相关。一种中药成分具有
药物的属性必须满足以下 3 个条件:(1)广泛的安
全范围;(2)适当的药动学性质;(3)在药材中有
大量的分布。某些可以在血浆或者尿液等生物样品
中检测出的中药有效成分,具有适当的药动学性质,
可以用来证实中药的系统暴露水平,就可以作为该
种中药的药物代谢标志物[49],而合适的药物代谢标
志物的选择对于设计和解释毒性及临床疗效,评估
潜在的药物之间相互作用具有重要意义[50]。
Li 等[51]通过 LC-MS/MS 技术对丹参总酚酸盐
注射液中紫草酸 B、迷迭香酸及紫草酸的药动学、
组织分布、代谢、排泄的过程进行了系统分析。注
射给药后丹参总酚酸盐快速而广泛地分布于组织
内,而后被快速地消除和代谢。韦英杰等[28]对复方
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丹参方在家兔血浆、尿及粪便中的代谢产物进行了
定性分析,共鉴定出 10 个丹参的转化成分,结果表
明丹参酚酸类成分不以原型存在,而会发生羟基化,
或与葡萄糖醛酸、硫酸形成结合型代谢产物;丹参
二萜醌类成分可能仅在同类成分间转化,不会生成
新的成分。Geng 等[52]对仙灵骨葆在大鼠体液中的
代谢指纹图谱进行了分析,通过 UPLC/Q-TOF-MS
共鉴定出 5 个丹参酚酸类成分,7 个丹参酮类成分。
Qiao 等[53]对冠心 II 号方代谢指纹图谱的化学组成
进行了分析,通过 LC-DAD-IT-MS 技术共鉴定丹参
原型成分及代谢产物 16 个。Yang 等[54]对扶正化瘀
方口服给予大鼠后血中来自丹参的成分进行了分
析,采用 LC/ESI-MSn 技术共鉴定原型成分 11 个、
代谢产物 2 个。姜璇等[55]采用 LC-MS/MS 法,对大
鼠尿和粪中复方丹参滴丸 3 种成分(原儿茶醛、原
儿茶酸、丹参素)的代谢产物进行分析和鉴定。在
大鼠尿中检测到 2 种原型成分和 6 种代谢物,在粪
中检测到 1 种原型成分和 1 种代谢物。郑晓晖等[56]
通过 LC-IT-MS 研究复方丹参滴丸的人含药血清中
丹参相关代谢产物,检测到 5 个新的代谢产物,并
分析了各代谢物的体内形成机制。
Xu 等[57]采用 UFLC-MS/MS 方法对大鼠口服补
肾活血方后血中隐丹参酮和丹参酮 IIA 的药动学特
征进行了分析,并计算了二者的药动学参数。游燕
等[58]通过 LC-MS/MS 技术对复方丹参方口服后的
药动学进行研究,发现丹参有效成分丹参素、丹酚
酸 A、隐丹参酮、丹参酮 IIA 的吸收均符合二室模
型。杨荣等[59]通过建立 LC-MS/MS 分析方法,研究
丹参-郁金中丹参素在兔体内的组织分布,表明丹参
素在各组织中的分布特征:肾>脑>肝>脾>肺>
心。Yang 等[60]采用 UPLC-MS/MS 法对比了复方丹
参方单味药材与全方中主要有效成分的药动学差
异,发现与冰片配伍后丹参酮 IIA的吸收速率变快,
丹酚酸 B 的体内暴露量明显变大,说明复方配伍后
可能产生了药物之间的相互作用。
3 结语
丹参中包含两大类活性成分,即水溶性的酚酸
类成分和脂溶性的二萜醌类成分,此两类成分对丹
参及其制剂临床疗效的发挥起着关键作用。有效成
分分析对于保证药材及制剂的安全有效意义重
大,这就需要适宜的分析方法提供可靠的技术支
持。LC-MS 作为近年来应用广泛的现代分析技术,
具有灵敏度高、选择性强的特点,通过其提供的详
细化学信息,可以对以中药为代表的复杂混合体系
进行快速、准确的定性及定量分析。对于 MS 数据
的解析需要具有较高水平的专业技术知识,现阶段
商业化的 MS 数据库提供的都是电子轰击电离(EI)
数据,而 LC-MS 最主要使用的是 ESI 和 APCI,由
这2种软电离方式产生的碎片与EI大不相同。因此,
发展和建设 LC-MS 的专用数据库是非常有必要的,
对于易受质谱条件影响的 ESI 及 APCI 来说现在还
处于初级摸索阶段。目前,高分辨质谱(TOF、
FTICR)的广泛应用对于中药有效成分定性分析提
供了很好的帮助,再结合色谱峰保留时间、UV、碎
片信息及文献数据等可以对有效成分进行准确的分
析。在定量分析时复杂基质可能引起离子抑制或增
强作用,进而影响 LC-MS 结果的准确度和精密度。
样品前处理方法的选择、LC 及 MS 的工作参数的优
化对于解决这些问题至关重要。本文从体内、体外
2 个方面,综述了 LC-MS 在丹参及其制剂成分分析
中的应用,大部分文献仅仅是采用 LC-MS 对其中
所含化合物进行测定,还缺少深入的研究。因此,
通过 LC-MS 技术研究丹参所含化学成分与功效之
间的相关性是十分有必要的。以中医药理论为指导,
以 LC-MS 技术为研究手段,深入系统地进行成分
分析对于提高质量控制标准、更好的利用丹参药材
及其制剂、明确其治疗疾病的物质基础具有重要意
义。随着现代科技的不断发展,LC-MS 将日臻完善,
在中药及制剂成分分析中的应用也将更加深入。
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