牛筋草HPLC指纹图谱及抗炎活性谱效关系的研究

农新维 ,  黄萍萍

西北药学杂志 ›› 2025, Vol. 40 ›› Issue (1) : 62 -69.

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西北药学杂志 ›› 2025, Vol. 40 ›› Issue (1) : 62 -69. DOI: 10.3969/j.issn.1004-2407.2025.01.009
中药与天然药物

牛筋草HPLC指纹图谱及抗炎活性谱效关系的研究

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Relationship between HPLC fingerprint and anti-inflammatory activities of Eleusine indica

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摘要

目的 建立牛筋草的指纹图谱并考察其体外抗炎活性的谱效关系。 方法 采用高效液相色谱法(high performance liquid chromatography,HPLC)建立10批牛筋草的指纹图谱,评价其相似度并进行聚类分析和主成分分析;以二甲苯致小鼠耳肿胀模型和小鼠棉球肉芽肿模型评价其抗炎作用,并采用灰色关联度和偏最小二乘回归分析探讨指纹图谱与抗炎药效的谱效关系。 结果 建立的10批牛筋草HPLC指纹图谱相似度在0.850~0.987范围内。共确定了17个共有峰,指认出其中4个成分,聚类分析和主成分分析均将10批样品分为3类。谱效关系结果发现牛筋草抗炎作用的主要相关成分有6个。 结论 建立的牛筋草指纹图谱方法可行,通过谱效关系分析筛选出其具有抗炎活性的有效成分,为牛筋草抗炎作用物质基础研究提供参考。

Abstract

Objective To establish the fingerprints of Eleusine indica and to investigate the spectrum-effect relationship of the anti-inflammatory activity of Eleusine indica. Methods High performance liquid chromatography (HPLC) was used to establish the fingerprints of 10 batches of Eleusine indica, and the fingerprint of samples were analyzed by similarity evaluation, cluster analysis and principal component analysis. The xylene-induced auricle swelling and cotton ball granuloma in mice were used as inflammation models to evaluate its anti-inflammatory effects. Grey relational degree analysis and partial least squares regression analysis methods were used to correlate the fingerprints and pharmacodynamic data to establish the anti-inflammatory spectrum-effect relationship. Results The similarity of the HPLC fingerprints for 10 batches of Eleusine indica was between 0.850-0.987. 17 common peaks of the HPLC fingerprints were confirmed, and 4 components were recognized. The results of clustering analysis and principal component analysis of 10 batches samples were consistent, and the 10 batches of samples were divided into 3 categories. Conclusion The method of HPLC fingerprints of Eleusine indica was feasible, the components initially screened in the spectral-effect relationship can be regarded as the effective components of its anti-inflammatory effects. This study can provide a scientific basis for the pharmacodynamic substances of the anti-inflammatory activity of Eleusine indica.

Graphical abstract

关键词

牛筋草 / 抗炎作用 / 指纹图谱 / 谱效关系

Key words

Eleusine indica / anti-inflammatory effect / fingerprints / spectral-effect relationship

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农新维,黄萍萍. 牛筋草HPLC指纹图谱及抗炎活性谱效关系的研究[J]. 西北药学杂志, 2025, 40(1): 62-69 DOI:10.3969/j.issn.1004-2407.2025.01.009

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牛筋草为禾本科植物牛筋草Eleusine indica (L.) Gaertn.的干燥全草,又名蟋蟀草、千金草、千人拔、牛顿草等,全国大部分地区均有分布,通常于夏、秋两季采收。最早记载于《本草纲目拾遗》,其性味甘、淡、凉,具有清热解毒、祛风利湿、散瘀止血的功效,多用于治疗伤暑发热、小儿惊风、湿热黄疸、小便不利等症,具有较好的临床应用价值1-3
现代研究发现牛筋草的抗炎作用明显4-6,但其抗炎药效和化学成分之间的关联性尚不清楚。因此,从化学成分及抗炎活性角度探讨牛筋草抗炎物质基础具有重要意义。本研究采用高效液相色谱法(high performance liquid chromatography,HPLC)建立牛筋草指纹图谱,以二甲苯致小鼠耳肿胀急性炎症模型和小鼠棉球肉芽肿慢性炎症模型进行抗炎作用研究7-14,采用灰色关联度分析(grey relational analysis, GBA)和偏最小二乘回归分析(partial least squares regression, PLS)评价指纹图谱和抗炎药效之间的谱效关系15-21,为阐明牛筋草抗炎作用的物质基础提供实验依据。

1 仪器与材料

1.1 仪器

Agilent 1100型高效液相色谱系统(安捷伦科技有限公司);KQ-500DE型数控超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司);BP211D型电子分析天平[赛多利斯科学仪器(北京)有限公司]。

1.2 试药

夏佛塔苷(批号111912-202204,质量分数为94.9%),异荭草苷(批号111974-201401,质量分数为94%),4-香豆酸(批号112037-202102,质量分数为99.7%),均购自中国食品药品检定研究院;异夏佛塔苷(批号PS001084,质量分数>98.0%,成都普思生物科技股份有限公司);醋酸地塞米松片(批号2205132,安徽金太阳生化药业有限公司);乙腈(色谱纯)、乙醇(分析纯)、甲酸(分析纯),均购自成都市科隆化学品有限公司;水为超纯水。实验用10批牛筋草样品经培力(南宁)药业有限公司鉴定为禾本科植物牛筋草Eleusine indica (L.) Gaertn.的干燥全草,具体来源信息见表1

1.3 实验动物

无特定病原体(specific pathogen free, SPF)级雄性昆明(Kunming, KM)小鼠,体质量为18~22 g,购自湖南斯莱克景达实验动物有限公司,动物许可证号为SCXK(湘2019-0004);饲养于广西中医药大学动物房,使用许可证号为SYXK(桂)2019-0001。本研究经广西中医药大学实验动物福利伦理委员会审核、批准。

2 方法与结果

2.1 色谱条件

色谱柱为Welch Ultimate XB-C18(250 mm×4.6 mm,5 μm)。流动相为乙腈(A)-体积分数0.1%甲酸溶液(B)。梯度洗脱:0~5 min,2% A;5~10 min,2% A~10% A;10~25 min,10% A~17% A;25~40 min,17% A~20% A;40~58 min,20% A~40% A;58~60 min,40% A~95% A。流速为1.0 mL∙min-1;柱温为25 ℃;检测波长为300 nm;进样量为10 μL。

2.2 混合对照品溶液的制备

取夏佛塔苷、异荭草苷、异夏佛塔苷、4-香豆酸对照品适量,精密称定,加甲醇制成质量浓度分别为32.7、23.6、10.8、38.3 μg·mL-1的混合对照品溶液。

2.3 供试品溶液的制备

取干燥的牛筋草药材,粉碎成粗粉,称取100 g粉末,用体积分数为70%的乙醇回流提取2次,第1次用10倍量、第2次用8倍量,每次提取2 h,用300目滤布滤过,合并2次提取液,于60 ℃浓缩干燥,得干浸膏,备用。取牛筋草乙醇提取物约0.1 g,精密称定,加入体积分数为70%的乙醇适量,超声使溶解,转移至10 mL量瓶中,用体积分数为70%的乙醇定容至刻度,摇匀,滤过,取续滤液,即得。

2.4 方法学考察

2.4.1 重复性实验

取编号为S6的样品,按照2.3项下方法制备6份供试品溶液,按照2.1项下色谱条件进行测定。以10号峰为参照峰,计算得各共有峰的相对保留时间和相对峰面积的相对标准偏差(relative standard deviation,RSD)值分别在0.01%~0.10%、1.37~4.38%范围内,表明该方法的重复性良好。

2.4.2 精密度实验

取编号为S6的样品,按照2.3项下方法制备供试品溶液,按照2.1项下色谱条件连续测定6次。以10号峰为参照峰,计算得各共有峰的相对保留时间和相对峰面积的RSD值分别在0.01%~0.23%、0.81%~4.30%范围内,表明仪器的精密度良好。

2.4.3 稳定性实验

取编号为S6的样品,按照2.3项下方法制备供试品溶液,按照2.1项下色谱条件,分别在配制后0、6、12、18、24 h进样测定。以10号峰为参照峰,各共有峰的相对保留时间和相对峰面积的RSD值分别在0.01%~0.26%、1.78%~4.84%范围内,表明供试品溶液在24 h内稳定性良好。

2.5 指纹图谱的建立和数据分析

2.5.1 指纹图谱的建立与相似度分析

取10批牛筋草样品(编号S1~S10),按照2.3项下方法制备供试品溶液,按照2.1项下色谱条件测定,记录各色谱图,得到各批药材的HPLC指纹图谱。通过与对照品比对,指认了其中的4个色谱峰,分别为夏佛塔苷、异荭草苷、异夏佛塔苷、4-香豆酸。见图1

将10批样品指纹图谱导入“中药色谱指纹图谱相似度评价系统(2012版)”,参照谱为S6号的样品谱图,通过多点校正,Mark峰匹配,生成叠加图及对照图谱,共确定了17个共有峰,见图2。相似度评价结果显示,10批样品与对照图谱的相似度分别为0.975、0.974、0.942、0.949、0.935、0.950、0.962、0.987、0.977、0.850,均>0.85,表明各批样品的共有峰基本一致。

2.5.2 聚类分析

利用SPSS 26.0软件进行系统聚类分析,导入10批牛筋草指纹图谱的17个共有峰峰面积的原始数据,采用组间联接法,平方欧氏距离计算样品间距,得到聚类分析谱系图,见图3。结果显示当距离为10时,10批样品可聚为3类,其中S1~S5和S8~S9聚为第1类,S6~S7聚为第2类,S10为第3类。

2.5.3 主成分分析

采用SIMCA 14.1软件进行主成分分析,绘制主成分得分图,见图4。结果显示,主成分分析将10批样品分为3类,且与聚类分析的分类结果一致。

2.6 抗炎作用的研究

2.6.1 统计学方法

采用SPSS 26.0软件对数据进行分析,符合正态分布的计量资料用(x¯±s)表示,采用独立样本t检验进行统计分析。各给药组与模型组进行比较,P<0.05为差异有统计学意义。

2.6.2 二甲苯致小鼠耳肿胀实验

取体质量为18~22 g的SPF级KM雄性小鼠,随机分为12组,每组8只,即模型组、阳性对照组和10批牛筋草提取物实验组。灌胃给药,给药剂量为0.02 mL·g-1,阳性对照组给予醋酸地塞米松片(3 mg·kg-1),模型组给予等体积的水,10个实验组分别给予10批牛筋草提取物(浸膏给药量相当于生药量15 g·kg-1),每日1次,连续给药7 d。末次给药1 h后,取二甲苯20 μL均匀涂抹于小鼠右耳正反面,左耳作为对照,致炎30 min后脱颈椎处死小鼠,用6 mm打孔器在两耳相同部位打下耳片,精确称取质量,以同一小鼠两耳质量计算肿胀度和抑制率。肿胀度=右耳耳片质量-左耳耳片质量。抑制率=[(模型组平均肿胀度-给药组平均肿胀度)/模型组平均肿胀度]×100%。见表2

2.6.3 小鼠棉球肉芽肿实验

取体质量为18~22 g的SPF级KM雄性小鼠,随机分为12组,每组8只,即模型组、阳性对照组和10批牛筋草提取物实验组。腹腔注射质量分数1%戊巴比妥钠(40 mg·kg-1)麻醉小鼠,在小鼠两侧腋下切小口,分别植入10 mg灭菌棉球。术后次日灌胃给药,给药剂量为0.02 mL·g-1,模型组给予等体积的水,阳性对照组给予醋酸地塞米松片(3 mg·kg-1),10个实验组分别给予10批牛筋草提取物(浸膏给药量相当于生药量15 g·kg-1),每日1次,连续给药7 d。第8天脱颈椎处死小鼠,打开原切口,剥离肉芽棉球,剔除脂肪组织,于80 ℃烘干4 h,冷却后精密称取质量,计算肉芽肿质量和抑制率。肉芽肿质量=干燥后的棉球质量-棉球初始质量。抑制率=[(模型组平均肉芽肿质量-给药组平均肉芽肿质量)/模型组平均肉芽肿质量]×100%。见表3

与模型组比较,各给药组的小鼠耳肿胀抑制率和棉球肉芽肿抑制率差异均有统计学意义(P<0.05或P<0.01),表明牛筋草对该2种炎症实验模型均有抑制作用。

2.7 灰色关联度分析

2.7.1 无量纲化处理原始数据

以小鼠耳肿胀抑制率和小鼠棉球肉芽肿抑制率为参考序列Yk),分别标记为Y1Y2;以17个共有峰面积为比较序列Xik),依次标记为X1~X17。采用均值化法对参考序列和比较序列数据进行无量纲化处理。见表4

2.7.2 关联系数的计算

计算参考序列和比较序列的绝对差序列Δik)=∣Yk)-Xik)∣。所有序列绝对差的最小值和最大值分别记作Δ(min)和Δ(max)。计算指纹图谱共有峰与抗炎药效指标间的关联系数ξik)。计算公式为ξik)=[Δ(min)+ρ×Δ(max)]/[Δik)+ρ×Δ(max)],其中ρ表示分辨系数,ρ∈(0,1),取值为0.5。

2.7.3 关联度的计算及排序

关联度为参考序列与比较序列的灰色关联系数的平均值,并对其按大小顺序进行排序,即为关联序,结果见表5。灰色关联结果显示,在2种实验模型中各共有峰的灰色关联度均大于0.6,表明各共有峰与抗炎作用关联性较好。

2.8 偏最小二乘回归分析

以10批牛筋草指纹图谱的17个共有峰面积作为自变量(x),依次标记为x1~x17,对应的小鼠耳肿胀抑制率和小鼠棉球肉芽肿抑制率作为因变量(y),导入SIMCA 14.1软件进行偏最小二乘回归分析,得到各共有峰对小鼠耳肿胀和棉球肉芽肿的回归系数和VIP值图。当回归系数为正值时,表明该色谱峰对应的成分含量与小鼠耳肿胀和棉球肉芽肿抑制率呈正相关;当VIP值>1时,表明该成分与抑制作用具有显著相关性。结果表明,与小鼠耳肿胀抑制作用呈正相关且VIP>1的色谱峰有2、6、9、10、12、15、17号峰,与棉球肉芽肿抑制作用呈正相关且VIP>1的色谱峰有2、6、9、10、12、17号峰,对耳肿胀和棉球肉芽肿抑制作用有交集的色谱峰为2、6、9、10、12、17号峰,是牛筋草抗炎作用的主要相关成分。见图5图6

3 讨论

本研究前期考察了体积分数为50%、70%、95%的乙醇对牛筋草提取效果的影响,结果显示,采用体积分数为70%的乙醇提取的出膏率较高,各色谱峰总峰面积最大,故确定体积分数为70%乙醇作为牛筋草提取溶剂。

本研究的抗炎实验给药剂量选择参考了相关文献6,其研究结果显示牛筋草乙醇提取物的高、中、低剂量组对炎症均具有较好的抑制作用,且随着剂量增加抗炎效果增强。故采用高剂量组换算为小鼠剂量及生药量,确定本研究的抗炎实验生药给药剂量为15 g·kg-1

牛筋草指纹图谱获得17个共有峰,并指认了其中4个共有峰,10批牛筋草指纹图谱相似度均在0.85以上,表明10批样品的主要峰群基本一致,各批药材具有类似的化学成分,但相对峰面积有明显差别,表明不同产地药材质量存在一定差异。指纹图谱聚类分析和主成分分析结果基本一致,均将10批样品聚为3类,即2批广东产地样品为一类,1批四川产地样品聚为一类,其余7个产地聚为一类,表明牛筋草质量差异可能与其生长环境、采收加工方式等因素有关。

灰色关联度分析通过计算变量间的关联度来分析成分与药效之间的关联性,但无法明确各色谱峰对药效的具体作用趋势。而偏最小二乘回归分析法则能够清晰地描述各色谱峰对药效的正向或反向贡献,并判断贡献大小。因此,本研究联合应用灰色关联度分析和偏最小二乘回归分析综合解析谱效关系。

灰色关联度分析法结果显示,17个共有峰关联度均大于0.6,表明各共有峰与抗炎作用均有较大关联性,牛筋草抗炎活性是多种成分共同作用的结果,其中10号峰关联性最强。在偏最小二乘回归分析模型中,小鼠耳肿胀与棉球肉芽肿实验呈正相关的峰数分别为11、10个,其中2、6、9、10、12、17号色谱峰与小鼠耳肿胀和棉球肉芽肿抗炎作用均呈正相关且VIP值大于1。据报道22夏佛塔苷具有明显的抗炎效果。因此,初步推断2、6、9、10(夏佛塔苷)、12(异夏佛塔苷)、17号色谱峰可能是牛筋草抗炎作用的主要有效成分。由于实验条件限制,尚未能指认全部共有峰,也尚未明确抗炎成分作用机制。后期将通过液相色谱与串联质谱联用(liquid chromatography tandem mass spectrometry,LC-MS/MS)等研究手段进行成分分析,明确抗炎物质,探索抗炎机制。

综上所述,本研究建立了牛筋草HPLC指纹图谱的研究方法,通过灰色关联度分析与偏最小二乘回归分析探讨了指纹图谱共有峰与抗炎活性的谱效关联性,初步筛选其抗炎作用的有效成分,并评估各成分对药效的贡献程度,可为牛筋草的抗炎药效物质基础研究提供依据。

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