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AMWFA method applied to research on changes of essential components andextractive ratioes of herbal pair Cinnamomum cassia and Poria cocos

交互移动窗口因子方法在桂枝-茯苓配伍前后挥发油组分及溶出率变化研究中的应用



全 文 :交互移动窗口因子方法在桂枝茯苓配伍前后
挥发油组分及溶出率变化研究中的应用
蔡文选,王贤亲,于晓敏,卫 涛,李艳霞,向 铮
(温州医学院 药学院,浙江 温州 325035)
[摘要] 目的:利用气相色谱质谱(GCMS)对药对桂枝茯苓及单味药桂枝的挥发油进行分析。方法:采用
色谱柱HP5MS(250μm×30m,025μm)分离,起始温度60℃,维持2min,以4℃·min-1升至130℃,再以1℃
·min-1升至160℃,维持2min,再以4℃·min-1升至240℃,维持20min,分流比1∶30,进样量1μL,结合新近提
出的化学计量学分辨方法交互移动窗口因子分析方法及 Kovats保留指数对两者挥发性成分中的共有组分、差异
组分及各成分溶出率进行比较分析。结果:分别定性了42和46种组分。结论:研究显示两者挥发性成分种类基
本保持不变,但各成分溶出率均有显著变化:少部分组分溶出率明显增加,大部分组分溶出率显著下降,甚至有个
别组分消失。研究表明药对桂枝茯苓的药效物质基础不仅是单味药有效成分的简单加和,还应考虑单味药在配
伍过程中发生的物理化学变化对药效的影响,具有较强的临床参考价值。
[关键词] 交互移动窗口因子分析法;Kovats保留指数;药对桂枝茯苓;气相色谱质谱联用;挥发油
[中图分类号]R284.1 [文献标识码]A [文章编号]10015302(2008)18205606
[收稿日期] 20080121
[通讯作者] 向铮,Email:xzh007@126.com,xiangzheng@
wzmc.net
  配伍理论是中药复方的核心问题,药对是中医
临床上常用的、相对固定的2个单味药的配伍形式,
是复方的最小组成单位。药对着重阐述两药之间的
配伍关系,是复方的一种特殊形式[1],弄清构成药
对的单味药在配伍前后发生的物理化学变化,掌握
该药对产生临床疗效的药效物质基础,才能更准确
阐明中药复方的配伍机制,更深刻理解中药复方配
伍的思想精髓,并达到用现代医药理论来阐释“七
情”配伍理论。
桂枝茯苓源于张仲景的“伤寒方”,茯苓味甘
淡、性平,入心、肺、脾、肾经,味甘补土,健脾祛湿,
又淡能利窍,气味俱薄而升浮,可升津上行,又复
下降,可导浊下行[1]。桂枝,辛甘温热,主以通阳
化气[2],二者合用升降相反,则气化水行,共达相
反相成之用,临床用于脾胃阳虚水停中焦、心阳虚膀
胱气化不利水停下焦、肾阳虚水湿泛滥、妇科病。
《金匮要略心典》云:“桂枝得茯苓则不发表,而反行
水”。桂枝中挥发油为其主要药效成分[3],虽有相关
文献[45]报道过其挥发油的化学成分,但对桂枝与茯
苓合用后挥发性成分的含量和组成尚未见报道。
交互移动窗口因子分析法[6](alternativemov
ingwindowfactoranalysis,AMWFA)是多组分光谱相
关色谱法(MSCC)[7]和子窗口因子分析法(SFA)[8]
两者的结合和拓展。MSCC法的基本思想是:若2
个二维光谱色谱峰(簇)所含有的化学组分相关,那
么分别由这2个色谱峰(簇)的化学组分所构成的
光谱空间可以互相线性表示出来,据此可以判断2
个色谱峰(簇)在色谱流出区域是否存在共有组分。
SFA法的核心思想:从特征值为1或接近于1的特
征向量的色谱流出区域获得选择性信息,从而获取
相应的纯质谱或纯光谱。AMWFA法区别于SFA法
的特点在于[6,9]解析纯质谱过程中挖掘出了隐藏在
2个体系中的信息,这提供更多机会获取选择性信
息,因而AMWFA法可以获取2个体系存在的共有
组分的同时,还能最大程度的提取体系的选择性信
息,从而解析出对应的纯质谱。
作者采用 GCMS和新近提出的交互移动窗口
因子分析方法(AMWFA)并结合 Kovats保留指数
(KI)对比法检测解析药对桂枝茯苓的挥发性成分,
并比较了单味药与药对的挥发性成分,讨论了单味
药配伍后挥发性成分的组分数目和溶出率变化。
1 仪器与试剂
美国惠普公司 Aglient6890-5975BMSD型气
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相色谱仪质谱仪。茯苓、桂枝均购自温州市仁济堂
药店,经温州医学院中药教研室鉴定,分别为茯苓
Poriacocos(PC)的干燥茎、桂枝 Cinnamomumcasia
Presl(CCP)的干燥嫩枝。烷烃对照品(直链烷烃购
C7~C20)自SigmaAldrich(上海)贸易有限公司。
色谱柱HP-5MS(250μm×30m,025μm)。
程序升温:起始温度60℃,维持2min,以4℃·
min-1升至130℃,再以1℃·min-1升至 160℃,
维持2min,再以4℃·min-1升至240℃,维持20
min。载气He;进口温度250℃,分流比1∶30,进样
量1μL。质谱条件:EI源电子能量70eV,离子源温
度230℃。电离电压1428kV,扫描范围 m/z30~
500;溶剂延迟5min。
挥发油的提取:称取干燥的茯苓和桂枝各10g,
混合,按《中国药典》2005年版挥发油提取法提取[10]。
另称取干燥桂枝10g,按照上法相同条件提取。
数据分析:在 PentiumIV28Hz(Intel)计算机
上进行,程序用Metlab65编写,部分计算程序由中
南大学中药现代化所提供,所分辨的质谱在 NIST05
标准质谱库中检索。
2 结果与讨论
2.1 挥发油化学成分的定性及定量分析 通过优
化色谱柱及设定程序升温等条件,分别得到了桂枝
和药对桂枝茯苓的GCMS总离子流图(TICs,图1
A)。其中大部分色谱峰都达到了基线分离,但也
有部分色谱峰发生重叠现象。以下以保留时间为
2730~2780min的峰族为例简要说明此方法的解
析全过程,详细过程可参阅文献[6,9],该区域的桂
枝和桂枝茯苓的总离子流图见图2,这是典型的重
叠峰。NIST05谱库搜索的匹配度分别为 80%和
50%,难以确定物质的成分,为此采用AMWFA法解
析该峰族:首先考察2个峰族体系的组分数,图3为
组分秩评估图,交互验证显示当组分数为2时,残余
标准偏差最小,故二者均为两组分体系;然后利用
MSCC考察两者是否存在共有组分,图4为共有秩
分析的结果,图中前2个F值接近零,而第3个值迅
速增大,据此可推断二者体系包含 2个共有组分。
图5的质谱自相关曲线显示2个平台[分别是 C1
(2740~2755),C2(2667~2772)],且相似度
几乎为1。可从这2个平台中的任意一点分别提取
共有组分的纯质谱,即得组分1或2的纯质谱。解
析出的质谱与 NIST05库中的标准质谱比较(见图
6),匹配度分别提高到 98%和 95%。采用 GCMS
与交互移动窗口因子分析法对整个谱图进行解析,
由于重叠峰解析后获得纯质谱,定性的准确性也大
大提高。
A.流出时间5~93min;B.流出时间5~20min;
C.流出时间20~40min;D.流出时间40~93min
图1 实线和虚线分别代表桂枝和
桂枝茯苓的总离子流图
图2 桂枝(A)和桂枝茯苓(B)在流出时间
2730~2780min总离子流图
图3 桂枝(A)和桂枝茯苓(B)秩图
图4 共有组分秩图
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图5 质谱自相关曲线
2.2 挥发油化学成分的质谱库与保留指数联合定
性 总离子流图在20~40min内的物质大部分都
是异构体,由于质谱不能分辨构象异构等异构体,为
样品中异构体的定性带来了很大的干扰,造成定性
不准。Kovats保留指数[11]是化学物质在相应类型
分离柱中对应正烷烃的一种比较稳定的性质。
只要用于分离的色谱柱性质相同,气相色谱条
件相近,同种组分在不同仪器上所计算出来的 KI
值通常为常数。因此,同时考虑色谱峰的质谱匹配
度和 KI匹配度可大大提高鉴定结果的准确性。
bicyclo[3.1.1]hept2ene,2,6dimethyl6(4methyl3pentenyl)
图6 分辨后的质谱与NIST标准质谱
  用线性升温公式计算各个组分的KI值:
KI=100n+100(tx-tn)/(tn+1-tn)
式中,tx,tn,tn+1分别为被分析的组分和碳原子
数处于n和n+1之间的正烷烃(tn<tx<tn+1)的流
出峰保留时间(min)。
质谱库与色谱保留指数联合化学结构鉴定程序
为:选取质谱匹配度高于90%的可能分子,分别检
索其相应文献KIs值,以质谱匹配度和 KI值匹配度
最高的化学结构为最佳鉴定结果。经质谱和保留指
数联合定性鉴定结果见表1。
2.3 配伍前后挥发油溶出率的变化规律 为了便
于观察各组分的溶出率的变化,将桂枝及桂枝茯苓
的GCMS的总离子流图(图1)按色谱流出时间分
为5~20min,20~40min,40~90min3个区域。图
B显示5~20min的流出时间内,组分数目未见变
化,但配伍后药对的大部分组分溶出率增加,个别组
分略有下降。从积分面积上可知,benzaldehyde,3
phenyl2propenal,cinnamaldehyde,acetophenone等
组分溶出率增加近3倍,考察溶出率增加的组分结
构,发现其苯环上的取代基团均与苯环构成共轭体
系,而取代基团未共轭的取代基团溶出率则略有下
降,如 benzenepropanal,1,3dimethyl1cyclohexene。
观察图1C,组分种类无变化,含量上药对中除组分
copaene略有增加外,其余成分溶出率均显著下降:
大部分溶出率下降了2~3倍,该总离子流出时
间内分子结构大部分类似为同分异构体,下降幅度
基本相同。但也存在个别物质下降幅度显著,如3
(2methoxyphenyl)2propenal,该物质为不饱和醛,
性质较为活泼,配伍后加热过程中,部分可能发生了
物理化学变化而使浓度显著下降。图1D显示的是
40~90min流出时间内二者成分溶出率和组份数变
化情况,此时间段中,组分数较少且含量甚微,在仅
有的几个组分中,药对桂枝茯苓挥发油中2phenyl
ethylesterbenzoicacid、nhexadecanoicacid消失,为
了进一步探索组分消失的原因,在与单味药和药对
同样的检测色谱条件下,同样提取10g单味药茯苓
的挥发性组分,茯苓属于菌科,挥发性组分很少且含
量甚微,但有趣的是同样的流出时间,茯苓的 GC
MS总离子流图中也出现了 nhexadecanoicacid峰
(图7),尽管桂枝和茯苓都含有该组分,但药对桂
枝茯苓该组分不仅没有叠加,反而消失,这个现象
提示该组分在药对挥发油的提取过程中可能发生了
某种物理化学变化,以致该组分峰完全消失。
图7 a,b,c分别代表茯苓、桂枝、桂枝-茯苓总离子流图
通过对单味桂枝和药对桂枝茯苓挥发油的对
比发现,发现都包含4种共同的物质:分别是3phe
nyl2propenal,cinnamaldehyde,3(2methoxyphe
nyl)2propenal,2propenoicacid3phenylmethyl,4
种物质总含量分别占其挥发油总的体积比9086%
和9675%。其中:前二者的溶出率显著增加,后二
者的溶出率却显著下降。3phenyl2propenal,cin
namaldehyde为桂枝的主要药效活性物质[3],与茯苓
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   表1 桂枝和桂枝茯苓的主要挥发油成分
名称/分子式
CCP
SQ(×105)/RC
CCPPC
SQ(×105)/RC
KIi
/KTS
benzaldehyde/C7H6O  1106/0102   2947/0207  980/982
acetophenone/C8H8O  244/0022   1035/0073 1069/1072
ethanone,1(3methylphenyl)/C9H10O  020/0018    276/0019 1142/-
3cyclohexene1methanol,α,α,4trimethyl/C10H18O  241/0022    101/0007 1180/1185
2propenal,3phenyl/C9H8O  9880/0909   31904/2238 1189/-
benzenepropanol/C9H12O  358/0033   1503/0105 1200/1200
benzaldehyde,2methoxy/C8H8O2  556/0051    874/0061 1211/-
cinnamaldehyde,(E)/C9H8O 948165/8728 1336632/9378 1289/1283
2methoxyphenylacetone/C10H12O2   637/0059   486/0034 1292/-
copaene/C15H24  1848/0170   2617/0184 1377/1379
benzene,[3(methoxymethoxy)1propenyl]/C11H14O2  290/0027   134/0009 1381/-
2propenoicacid3phenylmethyl/C10H10O2 11715/1078   6880/0483 1397/-
cadala1(10),3,8triene/C15H22  3936/0362   1358/0095 1420/-
caryophylene/C15H24  1580/0145   1171/0082 1422/1420
naphthalene,1,6dimethyl4(1methylethyl)/C15H18  1735/0160    460/0032 1430/1423
bicyclo[3.1.1]hept2ene,2,6dimethyl6(4methyl3pentenyl)/C15H24  5911/0544   2569/0180 1455/1456
αmuurolene/C15H24  1373/0126    610/0043 1460/-
2Hisoindole,4,5,6,7tetramethyl/C12H15N   474/0044    248/0017 1471/-
aromadendrene/C15H24  1714/0158   1168/0082 1476/1474
 naphthalene,1,2,4a,5,6,8ahexahydro4,7dimethyl1(1methylethyl)   691/0064    279/0020 1479/1479
(1α,4aα,8aα)/C15H24      
benzene,1(1,5dimethyl4hexenyl)4methyl/C15H22  3529/0325   1502/0105 1483/1483
 naphthalene,1,2,4a,5,6,8ahexahydro4,7dimethyl1(1methylethyl)  2972/0274   1274/0089 1485/1485
(1α,4aα,8aα)/C15H24      
 naphthalene,1,2,4a,5,6,8ahexahydro4,7dimethyl1(1methylethyl)  3567/0328   1357/0095 1490/1490
[1R(1α,4aα,8aα)]/C15H24      
1,3cyclohexadiene,5(1,5dimethyl4hexenyl)2methyl[S(R,S)]/C15H24  482/0044   317/0022 1495/1493
βguaiene/C15H24  1119/0103    377/0026 1500/1499
 naphthalene,1,2,3,5,6,7,8,8aoctahydro1,8adimethyl7(1methylethenyl)  1379/0127   519/0036 1504/1503
[1R(1α,7α,8aα)]/C15H24      
naphthalene,1,2,3,5,6,8ahexahydro4,7dimethyl1(1methylethyl)(1Scis)/C15H24 7338/0675   3007/0211 1505/1506
cyclohexene,1methyl4(5methyl1methylene4hexenyl)(S)/C15H24  4160/0383   1583/0111 1507/1507
2propenal,3(2methoxyphenyl)/C10H10O2 17295/1592   3533/0248 1512/1512
 naphthalene,1,2,3,4,4a,5,6,8aoctahydro7methyl4methylene1(1methylethyl) 2890/0266   1446/0101 1514/1513
(1α,4aα,8aα)/C15H24      
naphthalene,1,2,3,4,4a,7hexahydro1,6dimethyl4(1methylethyl)/C15H24  1534/0141    534/0037 1530/1528
 1Hcycloprop[e]azuLen7ol,decahydro1,1,7trimethyl4methylene  2827/0260   1513/0106 1532/-
[1ar(1aα,4aα,7α,7aβ,7bα)]/C15H24O      
naphthalene,1,2,4a,5,6,8ahexahydro4,7dimethyl1(1methylethyl)/C15H24  2547/0234   625/0044 1533/1530
 naphthalene,1,2,3,4,4a,5,6,8aoctahydro7methyl4methylene1(1methylethyl) 1308/0120   184/0013 1537/1538
(1α,4aα,8aα)/C15H24      
caryophyleneoxide/C15H24O   476/0044     ND 1570/1571
2propenoicacid,3(2hydroxyphenyl)/C9H8O3  313/0029   567/0040 1577/-
1Hcycloprop[e]azuLene,decahydro1,1,7trimethyl4methylene/C15H24  1666/0153   289/0020 1587/1589
 1Hcycloprop[e]azuLene,decahydro1,1,7trimethyl4methylene  477/0044   138/0010 1590/1593
[1aR(1aα,4aβ,7α,7aβ,7bα)]/C15H24      
 1H3a,7methanoazuLene,2,3,4,7,8,8ahexahydro3,6,8,8tetramethyl  1493/0137   438/0031 1606/1604
[3R(3α,3aα,7α,8aα)]/C15H24      
tetradecanal/C14H28O  2513/0231   426/0030 1609/1609
epicedrol/C15H26O  3593/0331   1605/0113 1613/1611
3cyclohexen1ol,1(1,5dimethyl4hexenyl)4methyl/C15H26O   477/0044     ND 1669/1671
αbisabolol/C15H26O  5370/0494   1875/0132 1682/1684
benzoicacid,2phenylethylester/C15H14O2  432/0040     ND 1833/-
2ethyl2phenyl1,3dioxan4,6dion/C12H12O4  936/0086   567/0040 1978/-
nhexadecanoicacid/C16H32O2  1364/0126     ND 1988/1986
  注:RC为相对含量(%);SQ为修正面积;KIi为保留指数;KIs为文献保留指数;ND未检测出
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配伍后溶出率显著增加,提示茯苓与桂枝配伍后对
3phenyl2propenal,cinnamaldehyde这 2种成分有
助溶作用,但是对 3(2methoxyphenyl)2propenal,
2propenoicacid3phenylmethyl可能有减溶作用。
3 结论
用GCMS测定桂枝、药对桂枝茯苓的挥发性
成分,并利用新近提出的交互移动窗口因子分析方
法对两者色谱峰进行分辨比对,分别定性了 42和
46种组分。研究了配伍前后的各组分溶出率和组
分数目的变化,研究表明配伍过程中,虽然没有发现
新组分产生,但绝大部分物质的溶出率变化显著:少
数组分配伍后溶出率显著增加,但大部分溶出率明
显下降,甚至个别组分消失。这反应了2个单味药
配伍形成药对,合煎时发生了化学反应与物理变化,
进一步证明药对桂枝茯苓不是单味药的简单加和,
它与单味药在成分量与质方面均存在差别,从而通
过药对的使用扩大了单味药的适应症。
[参考文献]
[1]  刘 新,雷云霞.浅析茯苓与桂枝药对在仲景方中的应用
[J].浙江中医杂志,2004(2):62.
[2]  王 琳,王宏峰.桂枝药对的应用[J].中医杂志,2006,(6):464.
[3]  沈映君.中药解表方药研究[M].北京:中国中医药出版社,
2005:198.
[4]  李晓如,梁逸曾,李晓宁.气相色谱质谱和化学计量学解析法
分析药对麻黄桂枝挥发油成分[J].药学学报,2007,42(2):
187.
[5]  邱 琴,刘廷礼,崔兆杰.桂枝挥发油化学成分的GCMS分析
[J].药物分析杂志,2000,20(4):248.
[6]  ZengZhongda,LiangYizeng,WangYali,etal.Altemativemov
ingwindowfactoranalysisforcomparisonanalysisbetweencom
plexchromatographicdata[J].JChromatogrA,2006,1107:
273.
[7]  HuYun,LiangYizeng,LiBoyan,etal.Spectralcorelative
chromatographyandItsapplicationtoanalysisofchromatographic
fingerprintsofherbalmedieines[J].JAgrFoodChem,2004,
52:7771.
[8]  ShenHailin,ManneR,XuQingsong,etal.Localresolutionof
hypenatedchromatographicdata[J].ChemomIntelLbaSyst,
1999,45(l/2):323.
[9]  易伦朝,梁逸曾,曾仲大.交互移动窗口因子分析法(AMW
FA)用于二维数据重叠色谱峰的比较分析 [J].高等学校化
学学报,2006(11):2052.
[10] 中国药典.一部[S].2005:附录57.
[11] IsidorovVA,KrajewskaU,VinogorovaVT,etal.Gaschroma
tographicanalysisofessentialoilfrombudsofdiferentbirchspe
cieswithpreliminarypartitionofcomponents[J].BiochemSyst
Ecol,2004,32:1.
AMWFAmethodappliedtoresearchonchangesofessentialcomponentsand
extractiveratioesofherbalpairCinnamomumcassiaandPoriacocos
XIANGZheng,WANGXianQin,YUXiaoMin,WEITao,LIYanXia
(SchoolofPharmacy,WenzhouMedicalColege,Wenzhou325035,China)
[Abstract] Gaschromatography/massspectrometry,chemometricresolutionmethodAlternativemovingwindowfactoranalysis
thatwereproposedrecentlyandtheKovatsretentionindexwereusedtoanalyzetheessentialcomponentsofherbalpairCinnamomum
cassiaPreslandPoriacocos(CCPPC)andcomparethemwiththoseofsingleherbalCinnamomumcassiaPresl(CCP).46and42es
sentialcomponentsinessentialoilofCCPandCCPPChavebeenidentifiedindividualyResultsshowsthatthenumberofessential
componentsofCCPandCCPPCwerealmostthesame,butextractiveratioesofthemhavechangedsignificantly,someofthemwerein
creasedobviously,mostofthemweredeclinednotablyinsteadandevenseveralingredientsofCCPPCweredisappearedduetoCCPPC
'sinteractionprobaloly.ThemainpharmacodynamicingredientsofCCPPC,3phenyl2propenalandCinnamaldehydewereobviously
highercontentsthanthatofsingleCCP.Itsuggestedthatthereexistcertaininteractionsofthechemicalingredientsincompoundmedi
cineratherthantheirsumefectofsinglemedicines.Thereisaliterdiferenceinqualityandquantitybetweensinglemedicinesand
pairmedicines,sotheapplicationofpairmedieinescanexpandsinglemedicine'sadaptivediseaseandhasagoodclinicalreferenced
valuation.
[责任编辑 鲍 雷]
·0602·
第33卷第18期
2008年9月
         
    中 国 中 药 杂 志
ChinaJournalofChineseMateriaMedica
       
Vol.33,Issue 18
September,2008