党参炮制前后化学成分分析与功效相关性研究

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饮片入药是中医临床用药的一大特色,中药通过加工炮制后药效物质基础发生改变,使药性和功效发生一定变化,从而达到最佳的临床疗效。党参为中医临床常用的补益类中药之一,具有健脾益肺、养血生津的功效。党参生饮片与党参蜜炙饮片、党参米炒饮片和党参麸炒饮片均为中医临床或制剂生产的主要形式,但其临床功效各有侧重,不同饮片的功效差异主要是炮制引起的化学成分变化的结果。然而目前,鲜有党参炮制前后化学成分的变化和转化及与功效关联性分析的研究报道。基于此,本论文对党参生饮片和三种炮制饮片的性状、化学成分和炮制过程中涉及的化学转化以及成分与功效的内在联系及机制进行系统研究,以期为各类党参饮片的临床应用提供基础支撑,具体研究内容如下:1.党参炮制前后化学成分分析1.1性状和指标成分分析为了全面分析党参炮制前后性状和化学成分变化,基于20批党参生饮片及三种炮制品性状及临床用途的差异,采用高效液相色谱-二极管阵列检测器(HPLC-DAD)、S-433D氨基酸自动分析仪和高效液相色谱-蒸发光散射检测器(HPLC-ELSD)分别测定3种小分子指标成分、17种氨基酸和5种游离糖成分的含量。三种炮制饮片与生饮片相比,表面色泽加深,并伴有焦香气味,且粉末微观结构褶皱均减少但孔隙增多。四种饮片含水量均符合药典规定,但因25%炼蜜的加入,蜜炙品的含水量略有增加且质量增加了11.54%,而米炒品和麸炒品因加热炒制使其含水量均有下降,且质量依次降低了1.26%和1.07%。去除炮制前后水分及质量盈亏率,三种炮制品与党参生饮片相比,党参炔苷含量无显著变化;生饮片中苍术内酯Ⅲ平均含量为13.62μg/g,蜜炙、米炒和麸炒后含量均有显著下降(P<0.05),其平均含量分别为12.29μg/g、11.59μg/g和11.56μg/g;5-羟甲基糠醛(5-HMF)是党参加热炮制后的新增成分,其中以蜜炙品中含量最高,米炒品和麸炒品次之。党参生饮片中总氨基酸含量为65.68?0.27 mg/g,三种炮制品较生饮片相比,总氨基酸和16种氨基酸(除组氨酸外)含量均显著下降,其中以蜜炙品下降最多,米炒品和麸炒品次之。另外,三种炮制品与生饮片相比,果糖含量无显著变化;葡萄糖含量经蜜炙后增加了46.89%,米炒和麸炒后含量依次降低了12.79%和9.97%;而蔗糖、蔗果三糖和蔗果四糖含量均显著下降,且含量下降趋势一致,有趣的是,其趋势与总氨基酸的变化趋势一致,说明党参中糖类物质在高温加热过程中脱水生成5-HMF,该物质可进一步与氨基酸成分发生美拉德反应,生成褐色物质,使药材色泽加深,由三种炮制品色泽加深程度及成分分析可以发现,蜜炙品中反应最强,米炒和麸炒品中反应次之。1.2指纹图谱分析在此基础上,为了明确党参炮制前后特征峰变化规律,分别建立了四种饮片的醇提物HPLC-DAD指纹图谱、多糖的多元指纹图谱,即分子量的高效凝胶渗透色谱(HPGPC)、单糖组成的气相色谱(GC)和特征官能团的红外光谱(IR),以及低聚糖的HPLC-ELSD指纹图谱。(1)构建的四种饮片醇提物的HPLC-DAD指纹图谱中共20个共有峰,其中X1和X2号峰为炮制后的新增成分,X1被鉴定为5-HMF。三种炮制品与生饮片的相似度在0.680~0.828之间,醇提物中小分子成分差异变化较大,其中除两个新增成分外,P1的变化率最大,各炮制品均大于384.44%,P2、P8和P17为变化率较大且炮制后相对峰面积均下降的峰,P6、P7、P15在蜜炙品中变化率较大但米炒和麸炒品中变化率较小,而P4、P10、P11恰好相反。(2)四种饮片的多糖组分分析表明,四个分子量片段中以22-68KDa范围内变化显著;多糖主要由半乳糖醛酸(Gal A)、葡萄糖(Glu)、阿拉伯糖(Ara)、半乳糖(Gal)、鼠李糖(Rha)、及少量的甘露糖(Man)和木糖(Xyl)组成,且三种炮制饮片较生饮片的单糖摩尔比存在差异,以Ara、Glu变化最为显著;并以多糖的定义变量(VP)整体评价多糖变化,发现三种炮制品较生饮片相比,VP值均有下降,其中米炒和麸炒最为显著,而IR光谱显示,炮制品多糖的特征吸收峰和生饮片相似。(3)构建的四种饮片低聚糖的HPLC-ELSD指纹图谱中共18个共有峰,指认了其中5个共有峰。三种炮制品与生饮片的相似度在0.542~0.544之间,低聚糖指纹图谱的差异较大,其中低聚糖含量均有不同程度下降,尤以峰6、8~16下降最为显著。2.党参炮制前后化学成分转化机制探究为了进一步分析党参炮制过程中复杂的化学成分转化机制,构建了四种饮片的超高效液相色谱串联四级杆飞行时间质谱(UPLC-Q-TOF-MS)的次生代谢组分析方法,鉴定了70个次生代谢物,结合第一部分5-HMF、17种氨基酸、糖成分和多糖、低聚糖指纹图谱分析结果,基于代谢组学和糖组学全面表征生饮片和三种炮制饮片中次生代谢组和糖组的定性定量变化,并采用主成分分析(PCA)和正交偏最小二乘分析(OPLS-DA)筛选差异性代谢物。结果表明,PCA可将生饮片和三种炮制饮片的次生代谢组和糖组实现显著的区分,OPLS-DA同样可将四种饮片实现显著的区分,以变量投影重要性(VIP)>1且P<0.05为标准,共筛选出36个次级代谢差异物和11个糖组差异物。三种炮制饮片较生饮片相比,小分子差异成分中6个成分含量均增加、24个成分含量均下降、6个成分含量变化趋势不一致;糖组差异成分中除5-HMF和组氨酸含量均增加外,大多成分含量均下降,且变化趋势不一致,化合物类型主要是生物碱类、萜类、己醇苷类和丙醇苷类、氨基酸、单糖、低聚糖和新增的糠醛衍生物。基于差异成分的含量变化推测党参炮制过程中可能的化学反应有小分子成分的酯解、酰胺键水解、氧化、糖苷水解和脱水以及糖类成分受热解聚或脱水,单糖进一步脱水,与氨基酸成分发生美拉德反应。3.党参炮制前后功效与差异性代谢物相关性及作用机制分析为了探究党参炮制前后差异性化合物与功效差异的相关性及作用机制,采用小鼠单核巨噬细胞RAW264.7的增殖和吞噬活性,从体外免疫活性的角度评价四种党参饮片的醇提物、多糖和低聚糖组分的功效差异,发现醇提物、多糖和低聚糖均表现出一定的促进巨噬细胞增殖和吞噬的作用,且总体趋势为多糖>低聚糖>醇提物,值得一提的是,三种炮制饮片各部分的活性均强于生饮片各部分的活性。进一步,通过典型相关性分析成分与药效的相关性,发现小分子中槲皮素等21个成分与促进巨噬细胞增殖和吞噬的作用显著相关,多糖组分中分子量和单糖组成与促进巨噬细胞增殖和吞噬的作用有相关性,其中分子量片段3和葡萄糖呈显著正相关。低聚糖组分中2、5、7、9、11、13、17、18号峰与促进巨噬细胞增殖作用有一定的相关性,基于分子量的保留时间初步判定这些低聚糖可能为葡萄糖、二糖、三糖、四糖、五糖、六糖、八糖、九糖。最后,采用网络药理学和分子对接探讨差异成分与党参健脾益气功效相关的作用靶点及机制,发现25个差异活性成分治疗脾气虚的91个潜在靶点,通过蛋白-蛋白相互作用(PPI)共筛选出肿瘤坏死因子(TNF)、白蛋白(ALB)、蛋白激酶B(AKT1)等35个关键靶点,基因本体论(GO)功能注释和京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路富集分析,共得到854个功能基因和136条信号通路,采用分子对接验证前20条关键通路的17个差异活性成分与关键靶点的结合能力,发现大多成分可以与关键靶点自由结合,提示党参炮制前后药效差异可能是通过成分变化,影响其作用的相关靶点及靶点对应的信号通路,从而产生药效差异。综上,本研究初步分析了党参生饮片和炮制饮片的化学成分变化,明确了炮制前后特征峰的变化规律并筛选得到党参炮制前后的差异代谢物,探讨了成分与药效变化的内在物质基础及可能的分子作用机制,为阐明四种党参饮片的药效物质及炮制机理提供了一定的基础。
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