中药指纹图谱概述

中药指纹图谱概述
中国科学院兰州分院甘肃省天然药物重点实验室邸多隆中药与化学药品的根本区别在于，存在于中药中的任何一种活性成分均不能反映中医用药所体现的整体疗效。

运用先进的现代分析分离手段，将复杂的天然产物分析的越细，目标越缩小，可能离中药整体疗效的距离越远。

中医药理论和实践的非线性特点要求综合评价中药的质量。

中药的化学分析由分解、微观分析向宏观、综合分析发展将成为必然的趋势，色谱指纹图谱分析是对中药及其制剂进行宏观分析的可行手段。

在充分利用现代分离分析仪器对复杂的中药多组分体系进行分离检测和表征的同时，结合化学计量学和计算机技术，最大限度地从中抽取不同特性样本中的化学信息，以整体的、宏观的、模糊的概念表达中药的特性，是指纹图谱独具有的优势。

实现中药现代化首先要解决的问题是中药的现代化标准，即中药可控、可量化的问题，解决这一问题的有效手段便是建立中药的指纹图谱。

一、指纹图谱的涵义
广义的指纹图谱包括DNA指纹图谱、波谱指纹图谱和色谱指纹图谱。

常见的指纹图谱主要指波谱或色谱指纹图谱：即采用一定的方法（如HPLC，GC，TLC，HPLC-MS，GC-MS，FTIR，X-ray，UV等），建立特定对象如中药材、提取物、饮片、中药注射液等的有特征性的相对稳定的图谱，所得到的图谱可以作为鉴别和质量控制的参照依据。

这种指纹图谱强调的是“共有特征性”，属狭义的指纹图谱范畴，也属化学指纹图谱，是研究的主要对象。

二、中药指纹图谱的提出
中药学是一门历史悠久的传统学科，中药是几千年来我国人民赖以防病治病的重要药物。

随着应用面的日益扩大，许多药材已面临供不应求的状况。

面对这种情况，
中药市场出现了混乱，混淆品种、伪劣药材以及人为掺杂时有出现。

如平贝充川贝，棉花根充黄芪，海马中灌水泥、石灰，金银花中掺盐等等，不一而足。

因此，如何区分真伪优劣，保证药品质量已成燃眉之急。

在中药分析和研究中发现，植物药是多种化学成分的混合体，其活性成分大部分都是生物体内次生代谢产物，少数为初生代谢产物，药材本身就有它内在的不稳定性，再加上现阶段的中药农业基本不规范现状，如种植粗放，品种资源、栽培地域以及收获时节混乱，农药和化肥残留等问题的普遍存在，造成中药材生产、质量的波动性较大，难以保证中药质量稳定、疗效可靠。

另外中药的药效也不是单一的组分在起作用，而是多种活性成分共同作用的结果。

在中医理论指导下的中药，尤其是复方制剂，任何一种活性成分均不能反映中医用药所体现的整体疗效。

单一活性成分的测定在中药的研究中不能说明中药质量的好坏，在中医的研究中也没有多大的实际意义。

中药的最大优势在于中药的复方，所以研究复方在中药的成分与中医理论的关系才可能真正促进中药的发展。

也就是说在药效、毒理、临床试验已经确认该品种安全有效的情况下，凭借一个系统、专属、稳定、实用的指纹图谱（或图像）来宏观地、综合地分析与评价产品的真伪，同时又能判断质量的好坏，比用任何一种单一成分所提供的信息要丰富的多。

综合分析与整体分析是分析中药的必然趋势，也是中药研究发展的必然反映。

国家食品药品监督管理局在2000年印发了《中药注射剂指纹图谱研究的技术要求（暂行）》和《中药注射剂色谱指纹图谱实验研究技术指南（试行）》，为中药的研究、中药质量控制方法学上的突破奠定了坚实的基础。

它能够很好地表达或体现植物药复杂成分的一致性，中药指纹图谱是中药现代化的关键；各种资料也表明，发达国家对指纹图谱的适用性也是认可的，所以指纹图谱是实现中药国际化的关键，中药指纹图谱是中药质量控制的里程碑。

三、中药指纹图谱研究内容
1、波谱法指纹图谱研究内容中药指纹图谱研究的波谱法包括：傅里叶变换红外光谱（FTIR）指纹图谱；紫外光谱（UV）指纹图谱；X射线（X-ray）指纹图谱；
核磁共振（1HNMR）指纹图谱；质谱（MS）指纹图谱等。

2、色谱指纹图谱研究内容色谱指纹图谱包括：气相色谱（GC）指纹图谱；薄层色谱（TLC）指纹图谱；高效毛细管电泳（HPCE）指纹图谱；高效液相色谱（HPLC）指纹图谱及与一些光谱联用技术。

（1）气相色谱法（GC）指纹图谱研究进展
气相色谱适用于挥发性组分的分离检测，在中药指纹图谱的研究中进行得较早。

洪筱坤、王智华等建立了柴胡、檀香及麝香的气相色谱相对保留值指纹图谱(GC-FPS)。

凌大奎等用规范化的色谱分离条件测定了6种常用中药砂仁、当归、苍术、柴胡、蒿木和香附的挥发油成分的GC保留指数（GCRI），kovats保留指数被认为是鉴定化学成分的气相最佳保留指数，该保留指数在三个实验室的RSD<1%。

苏薇薇对45个细辛样品进行了GC-MS测定，并从样品挥发油组分总离子流图中获取了不同种细辛样品化学本质差异的数量化分类特征。

经过PRIMA(Pattern Recognition by Independent Multicategory Analysis)法处理实现了计算机对3种细辛的鉴别与分类，结果与实验相符。

气相色谱方法具有高效、高灵敏度、样品用量少和分析速度快等优点,主要用于中药挥发性成份的分离鉴定，目前在指纹图谱研究中应用较多。

气相色谱的主要缺点是对高分子化合物和热不稳定化合物的分析有困难，在一定程度上影响了其在实际分析中的应用。

（2）薄层色谱法（TLC）指纹图谱研究进展
薄层色谱的原理是将固定相在玻璃等载板上涂布成均匀的薄层，将被分离物质点在薄层的一端，置展开室中，流动相也就是常说的展开剂，借用毛细作用从薄层点样的一端展开到另一端，在此过程中不同物质可以得到分离。

用固定波长对薄层展开的各斑点进行指纹图谱扫描得到色彩丰富的斑点，分别进行薄层层析和薄层扫描，根据比较得到的薄层色谱荧光色彩的不同可以在同一板上形象地比较各样品的异同。

TLC因其具有分析速度快、操作简便、经济、结果直观形象、应用范围广等特点，
而得到广泛应用。

TLC作为主要的鉴别方法被多国植物药典收载。

近年来，TLC指纹图谱的研究也较多。

谢培山等在优化的规范操作条件下得到对人参、西洋参、三七的TLC荧光彩色图像，在同一板上形象地比较了3个样品的异同。

颜玉贞等对黄连中所含原小檗碱型生物碱进行了薄层色谱分离。

李彩君等对高良姜中黄酮类成分进行了TLC指纹图谱研究，可有效地鉴别高良姜。

随后何作民等又对六味地黄丸、蛇胆等中药材进行了TLC指纹图谱研究。

TLC可同时鉴别多个样品，但同时也存在着效能低、灵敏度差的缺点。

而且其层析系统是一开放体系，要想得到稳定、重现性好的图谱，必须严格控制实验条件。

其提供的信息有限，对于成分复杂的中药及其复方制剂，难以用TLC指纹图谱来鉴别及评价质量。

（3）毛细管电泳（HPCE）法指纹图谱研究进展
毛细管电泳又名高效毛细管电泳，其原理是以高压电场为推动力，分析物在毛细管中按照淌度的差别实现高效、快速的分离。

毛细管区带电泳（CZE）和胶束电动毛细管电泳（MECC）是中草药常用的分离模式。

HPCE既可结合联用技术建立复方中药的指纹图谱，又可进行多种有效成分或指标成分的定量，还可用于体内药物的分析，开展有效成分研究。

Shuenn-Jyi Sheu等用毛细管电泳法测定“三黄泻心汤”中的六种生物活性物质，其实也就是一种指纹图谱研究。

国内的王寅等也用毛细管电泳方法对不同产地的大青叶药材的理化特性的差异进行研究，依据电泳图谱中特征峰的迁移时间和峰面积，有效地鉴别不同品种大青叶药材，这是以药材化学成分为依据鉴别中药的HPCE法。

另外，龙虹等也报道了金银花、银黄口服液和双黄莲的毛细管电泳图谱中均含有许多的未知峰，显示了高效毛细管电泳在做出指纹性方面的能力。

研究与实践表明, HPCE 与其他色谱方法相比，具有分离效率高、分析速度快、应用模式多样、样品用量少、灵敏度高等优点，近几年在中药指纹图谱研究中获得较多应用。

HPCE 指纹图谱在分析中也存在有不足之处，主要是重现性差，降低了HPCE 在药物指纹鉴别的可靠性。

因此在指纹鉴别过程中，必须提供标准样品才能对待检样品进行指纹鉴别, 在某种程度上限制了HPCE 指纹鉴别的广泛应用。

（4）高效液相色谱(HPLC)指纹图谱研究进展
HPLC 是具有高灵敏度、高选择性、高效、快速的分离分析技术。

在药品的质量控制、中药的成分研究等方面都是重要的分析手段，药典中鉴别项下越来越多的使用到此方法。

因此，建立中药色谱指纹图谱，HPLC方法是最基本的选择。

纯粹的红外光谱，是由分子的振动-转动能级跃迁引起的，只能反映官能团的信息，而不能全面反映中药成分的完整性。

由于紫外光谱是电子光谱，吸收光谱的峰位取决于电子能级差，它反映的是分子的电子结构特征。

一般只有一个或几个宽吸收带，而曲线变化也不大。

在众多的有机化合物中，不同的化合物可能有很相似的吸收带。

由于中药成分的复杂性，峰的相互干扰和吸收峰叠加，如果没有经过色谱的分离，它就失去了鉴别的意义。

再说紫外光谱只能研究中药成分中不饱和的成分，也缩小了它的使用范围。

色谱技术中薄层色谱法简便易行，但是薄层色谱所提供的数据太有限，很难反映几十种、上百种化学成分组分的复杂体系，并且薄层色谱是在一个开放的体系中进行的，外界对它的影响很大，给实验带来很大的误差和难度。

气相色谱缺乏对高分子化合物和热不稳定化合物的分离分析。

毛细管电泳对色谱峰的归属具有较高要求。

另外，NMR、MS指纹图谱研究的代价很高，如果不用联用技术，它们对中药的鉴别作用也是非常有限的。

高效液相色谱及其联用技术正好在某些方面弥补了以上方法的缺陷，在中药质量控制方面独占鳌头，所以也成为中药在质量控制方面的首选。

中药高效液相色谱具有分离效能高、分析速度快、重现性好、检测手段多、易操作等优点成为指纹图谱研究的首选。

液相色谱作为一种成熟的方法，同时又能全面反映中药成分的完整信息，用于控制中药的质量至少现在来说没有一种其它方法比其更可行，更科学，也更可靠。

具体说来，色谱指纹图谱可以定义为利用色谱技术，以采集足够多有代表性的样品、训练有素的操作、规范的方法学评价和严格的验证为前提，而得到的中药的指纹图谱，而这种图谱应该满足专属、系统、稳定、实用的要求。

由此而得到的指纹图谱还应该有“可续性”。

所以它是一种综合的、可量化的鉴别手段，整体性和模糊性是它的基本属性。

它是当前符合中药特色评价中药真实性、稳定性和一致性的质量控制模式之一。

所谓的专属性即唯一性，就是在指纹图谱操作中，一种植物有一个特征的指纹图谱，不能与其它药材的指纹图谱等同。

所谓的系统性其实与专属性是统一的，是对专属性的补充，举例来说所有的同种药材的指纹图谱都应该有其共有的性质，在指纹图谱中也就是所谓的共有峰。

所谓的稳定性是指在现有条件下，包括色谱前的预处理和整个的色谱过程，在不同的实验室之间和不同的实验者之间或两者兼顾的条件下，所得的色谱指纹图谱在能接受的误差条件下是一致的。

具有良好的稳定性，实用性才能得到保障，前三者都是取得到良好实用性的充分条件。

中药指纹图谱的整体性是指一张指纹图谱在特定的环境中由若干个指纹峰组成，离开这些指纹峰，整个图谱也就失去指纹存在的意义。

一张色谱指纹图谱的大部分峰的属性是不确定的，试图对所有峰都定性也是不现实的。

此外由于所获得的色谱峰不都是没有重叠的，而且任何一种检测方法都不能把药材中所有组分都表达出来。

这种情况下，也正说明了指纹图谱的所谓的模糊性。

中医理论，无论是气血理论还是阴阳虚实，都绝非取决于某一单一因素或某一单一成分的影响，强调的是整体作用，因此必须以多方面、多途径来考虑作用机制，以多组分的分析来作出说明。

色谱指纹图谱可以为分析研究提供大量的信息，色谱指纹图谱以其多组分信息提供理论证明，又能以各组分的相对量来进行量的描述，是迄今为止可供选择的最为合适的方法。

道地药材的形成及其五大典型属性
甘肃省经济作物技术推广站武延安
2002年，国家发改委等六个部委联合下发“中药现代化发展纲要（2002-2010年）”。

2009年4月，国务院又出台“关于扶持和促进中医药事业发展的若干意见”。

国家这些宏观政策的重视和持续支持，无疑将在促进我国传统中药产业发展和实现现代化、国际化方面，产生巨大推动作用，具有非常重要的里程牌意义。

因此，我们有理由相信中药产业的春天已经来临。

但要实现中药现代化和国际化，首先要解决中药材质量这一最基础和最关键的问题。

因为，中药材质量直接影响着中药饮片和中成药的质量。

2008年冬天和2009年春天发生的刺五加注射液和双黄连注射液质量安全事件，也给中药材质量安全问题敲响了警钟。

要生产优质中药材，首先要认真考虑在哪里生产、如何生产才能保证优质的问题。

“道地”是祖先们对优势产地、优质药材最基本的标志化诠释。

了解道地药材的形成及其基本涵义，探讨道地药材的特征属性，对科学发展中药材产业具有十分重要的现实意义。

一．道地药材形成与发展
任何药用植物的生长、发育和繁衍，无不依赖其生存环境，特定的生态环境条件是形成道地药材的重要因素。

古人在识别、采集野生药用植物时，很早就有产地概念的朴素意识。

如果研究中药材名称就不难看出，有些药材名称本身就是以古代该药材产地名，结合了药名形成的。

如“巴豆”、“巴戟天”、“蜀椒”、“秦艽”、“羌活”、“吴茱萸”、“党参”、“阿胶”等，其中的“巴”、“蜀”、“秦”、“羌”、“吴”、“党”、“东阿”都是古国名或古地名。

我国最早的本草典籍《神农本草经》，对各种药材产地环境都有具体记载。

如黄芪“生山谷”、当归“生川谷”、防风“生川泽”、蒺藜子“生平泽”、泽泻“生池泽”、苦参“生山谷及田野”等，对不同药材的生长环境都做出了明确区别，不仅指明了药材的采集地，而且显示古人对产地环境认识逐步提高。

梁·陶弘景《名医别录》载：“当归生陇
西山谷”、“甘草生河西川谷”、“麦门冬生函谷川谷”、“白芷生河东川谷下泽”、“芍药生中岳川谷及丘陵”、“爵床生汉中川谷及田野”等，表明中药材适宜的出产地和确切的来源已经引起经营者和使用者的重视。

在长期采集、加工、经营和使用药材的活动中，人们对药材产地与品质、疗效重要关系的认识逐步提高。

梁·陶弘景《本草经集注》认为，“诸药所生，皆有境界”，“离其本土，则质同而效异”。

第一次阐明了药材品质、疗效与原产地的关系，为道地药材概念的形成和发展奠定了基础。

随着医药业的发展，后来的本草著作，对各种药材的具体产地有了更确切地表述。

在此基础上，药材使用者逐渐对不同来源的药材质量也有了比较区分，在用药时有了选择。

本草著作常用“第一”、“最佳”、“最胜”、“为佳”、“为良”、“为胜”等以强调优质道地药材。

如《本草经集注》载：“黄芪第一出陇西”，“款冬花第一出河北”，“五味子第一出高丽”，“芍药，今出白山、蔣山、茅山最好”，“麻黄，出青州、彭城、荣阳、中牟者为胜”等。

唐·苏敬等《新修本草》载：“葶苈，出彭城者最胜”；“桂，出广州湛惠为好”；“大黄，西川阴干者胜”等等。

随着采集和用药经验的积累，后来者对不同产地药材质量做了进一步比较说明，以区别优劣等级。

如宋·苏颂《本草图经》载：“大黄，今蜀川、河东、陇西州部皆有之，以蜀锦纹者佳，其次秦、陇来者，谓之土番大黄。

”充分显示古人对不同产地、不同品种药材质量差异有了进一步的明确认识。

随着对药材质量与产地关系重要性认识的提高，对道地的概念更加明确化，形成了“道地药材”的基本思想认识。

在此基础上，明太医院刘文泰在《本草品汇精要》中首次使用了“道地”一词，并在多种药材项下都标明了道地产区。

如白术“道地杭州于潜佳”，川芎“道地蜀川者为胜”，川乌“道地出蜀土……者佳”，川楝子“道地蜀川、简州、梓州”，丹参“道地随州”等。

同代医药学家李时珍《本草纲目》说“性从地变，质与物迁，沧卤能盐，阿井能胶”，充分论述了水、土与药材质量的关系。

他还说药材“生产有南北，节气有早迟，根苗异采收，制造异法度”，将产地、气候、栽培与炮制等要素相联系来阐述与药材质量的重要性。

所以，“道地药材”和“道地产区”的思想，是古人在长期实践中不断比较和选择的基础上，认识逐步提高和理论得以升华形成的，这一理论简单明了地指出在哪里采集或种
植哪种药材最好的典型经验，这就是中药材道地性发展形成的本质。

二．道地药材的涵义及其表示形式
“道地药材”，也称“地道药材”，现在比较完整的概念是指来自特定产区（地质背景、土壤类型、气候特征、水文条件、海拔高度、地貌环境、植被群落），生产历史悠久，产地适宜，品质优良，产量丰富，栽培技术和采收加工考究，疗效稳定可靠，并得到公众认可的药材。

可以看出，“道地药材”的内涵是复杂的，并受多元因素的影响。

“道地药材”自明代首次为官方使用，最初指某“道”某“地”出产的特种药材，以区别于其他产地及其种类，以标示产地正宗、品质优良和疗效可靠等。

“道地”的提法在后来得到不断加强，并演变成货真价实、质优可靠药材的代名词，一直延续至今，并形成地名与药名联为一体的专有名词。

所以，道地药材总以“地理名+药材名”来表示。

比较著名的有四大怀药、浙八味、川药、关药等；典型代表有川贝母、岷当归、田七、吉林人参、西宁大黄、宁夏枸杞、建泽泻、广霍香、辽五味等。

三．道地药材的典型属性
1．道地药材的地域性
道地药材首先是地域特征明显的药材。

梁·陶弘景《本草经集注》认为，“诸药所生，皆有境界”，“离其本土，则质同而效异”。

最早阐明药材品质、疗效与产地的重要关系。

道地药材均有其固定产地。

有些药用植物适应性强，如蒲公英、车前子、大蓟、杏仁、桃仁、酸枣仁等，几乎遍布各地，采集比较容易，市场供给充裕，因此道地性不明显。

但多数药用植物只在一定区域内生长繁衍。

这个范围有大有小，通常认为分布范围广的药材道地性不强，分布范围小的药材道地性则比较强。

有些药材分布范围广。

如甘草基本上分布于北纬40°线两侧，东起东北、内蒙，向西直指地中海沿岸。

但在此区域内，也因产区小环境影响而有品质优劣之分，常以内蒙古杭锦旗、阿拉善旗等地所产最好，为道地。

有些药材分布范围狭窄，而且从历史趋势看变化不大。

如当归主产于岷山山脉北麓海拔2000～2600m的阴凉湿润山区；人参主要以长白山富含腐殖质的椴树阔叶红松林内物种数及其个体数量较多；川贝母则主要分布在四川
阿坝、甘肃甘南等海拔3200～4500m的草地上。

这类药用植物对生态环境的选择性比较强，它们只能或主要来自特定产地，所以道地性较强。

道地药材虽有固定的适宜产区，但从历史进程看，许多药材的道地产区受自然环境变化、人类采集行为及社会政治活动等因素影响，在一定时间和空间范围内不断变迁，而且这种变迁从未停止过。

有人据《中国道地药材》的记述统计，上至宋前、下至明清，古今道地产区基本一致的药材只有约20%。

这说明多数道地药材现产区与古产区不一致，都曾在历史的某个时期发生过产地变迁。

所以道地产区只是相对固定。

现代产区同样受自然和社会因素影响而变迁。

引种是其中重要原因之一。

三七原产于广西田阳，称“田三七”或“田七”，1930年代云南文山引种推广，并逐渐形成规模，称“文三七”。

其次，随着近年城市化发展，使原产于郊区的道地药材产地不断被蚕食，甚至丧失殆尽或被迁他乡。

如产于杭州笕桥的杭麦冬，产于四川双流的姜黄和郁金，产于广州石牌的藿香等。

此外，产业政策影响及经济利益驱动，使一些地区盲目引种、大规模种植，导致上市药材产地混乱、优劣混杂，一方面造成临床疗效下降，另一方面导致药价一跌再跌，严重影响药农增收。

陕南黄姜种植的报道，就是典型的例证。

2．道地药材的优质性
道地药材是优质药材的标志化诠释。

药材的“道地性”是古人在长期用药实践中优化筛选出来的，由于历史悠久，疗效显著，因此普遍具有优质性。

药材质量一般从外观性状和内在品质两方面来评价。

外观质量主要依大小、形、色、气、味等来说明，内在品质通常以疗效来判断。

所以，本草古籍常用“第一”、“最佳”、“最胜”、“为佳”、“为良”、“为胜”等以强调道地药材的优质性。

如《本草经集注》载：“黄芪第一出陇西”，“款冬花第一出河北”，“五味子第一出高丽”，“芍药，今出白山、蔣山、茅山最好”等。

明·刘文泰等《本草品汇精要》中首次用“道地”一词表述药材优质性，如白术“道地杭州于潜佳”，川芎“道地蜀川者为胜”，川乌“道地出蜀土……者佳”等等。

现代研究也进一步证实了道地药材的优质性是客观存在的。

如产于安徽滁州的滁菊，其黄酮含量高于其他产地菊花32%～61%；陕西安康产淫羊藿其淫羊藿苷为3%，而旬阳产者仅%。

如郭兰萍等在研究中发现茅苍术道地药材的挥发油组成特征不同于非道地苍术。

丁平。