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基于HepG2體外細(xì)胞培養(yǎng)的旋覆花抗腫瘤有效組分的提取工藝

2016-04-08 08:37:18黃一凡孟憲生包永睿
中成藥 2016年2期
關(guān)鍵詞:正交設(shè)計(jì)抗腫瘤層次分析

黃一凡, 王 帥,2,3, 孟憲生,2,3*, 包永睿,2,3

(1.遼寧中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院,遼寧大連116600;2.遼寧省組分中藥工程技術(shù)研究中心,遼寧大連116600;3.遼寧省現(xiàn)代中藥研究工程實(shí)驗(yàn)室,遼寧大連116600)

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基于HepG2體外細(xì)胞培養(yǎng)的旋覆花抗腫瘤有效組分的提取工藝

黃一凡1, 王 帥1,2,3, 孟憲生1,2,3*, 包永睿1,2,3

(1.遼寧中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院,遼寧大連116600;2.遼寧省組分中藥工程技術(shù)研究中心,遼寧大連116600;3.遼寧省現(xiàn)代中藥研究工程實(shí)驗(yàn)室,遼寧大連116600)

摘要:目的 優(yōu)選旋覆花抗腫瘤有效組分的提取工藝。方法 采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),對(duì)影響提取工藝的3個(gè)因素(提取時(shí)間、提取次數(shù)、乙醇用量)進(jìn)行考察,以腫瘤抑制率為考察指標(biāo)來優(yōu)選最佳提取工藝。同時(shí)結(jié)合層次分析法,優(yōu)選以總黃酮含有量和出膏率為綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)及其范圍,并采用Pearson相關(guān)性分析對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果 最佳工藝條件為20倍量55%乙醇,回流提取3次,每次1 h。以總黃酮含有量和出膏率為指標(biāo)的綜合權(quán)重系數(shù)范圍為0.75~0.90、0.10~0.25。結(jié)論 該優(yōu)化工藝在保證藥效的前提下,簡(jiǎn)化了考察指標(biāo),避免了復(fù)雜的操作,可為其他中藥材有效組分提取工藝的優(yōu)選提供了思路和方法。

關(guān)鍵詞:旋覆花;抗腫瘤;正交設(shè)計(jì);層次分析;抑制率;權(quán)重系數(shù)

dol:10.3969/j.issn.1001-1528.2016.02.050

旋覆花為菊科植物旋覆花Inula jaPonica Thunb.或歐亞旋覆花Inula britannica L.的干燥頭狀花序[1],其化學(xué)成分主要有黃酮類、倍半萜內(nèi)酯類、三萜、甾體和揮發(fā)油成分[2],具有抗炎、保肝、抗腫瘤等多種生物活性。已有文獻(xiàn)報(bào)道,旋覆花的抗氧化活性與其含有的黃酮有關(guān)[3],但未見其抗腫瘤方面的相關(guān)報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)基于HePG2細(xì)胞體外藥效實(shí)驗(yàn),通過正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),以腫瘤細(xì)胞抑制率為指標(biāo),對(duì)旋覆花抗腫瘤有效組分的提取工藝進(jìn)行篩選,并結(jié)合層次分析法,優(yōu)選可代替藥效指標(biāo)綜合評(píng)分的權(quán)重系數(shù),為該植物的合理開發(fā)和利用奠定基礎(chǔ)。

1 儀器和材料

UV-1750紫外可見分光光度計(jì)(島津儀器蘇州有限公司);Sunrise型酶標(biāo)儀(奧地利Tecan公司);UAIRETM US Autof1ow型CO2培養(yǎng)箱(美國(guó)Nuaire公司)。

旋覆花藥材購(gòu)自大連民大中藥飲片有限公司,經(jīng)遼寧中醫(yī)藥大學(xué)翟延君教授鑒定為歐亞旋覆花Inula britannica L.的干燥頭狀花序。蘆?。ê辛繙y(cè)定用,中國(guó)藥品生物制品檢定所,批號(hào)100080200707)。DMEM培養(yǎng)粉、胰蛋白酶、四甲基偶氮唑鹽(MTT)、胎牛血清(美國(guó)Gibco公司);二甲基亞砜(北京索萊寶科技有限公司);人肝癌細(xì)胞株HePG2(大連醫(yī)科大學(xué))。所用試劑均為分析純。

2 方法與結(jié)果

2.1 旋覆花總黃酮含有量的測(cè)定

2.1.1 對(duì)照品溶液的制備 精密稱取蘆丁對(duì)照品適量,加甲醇制成每1 mL含0.20 mg的溶液,即得。

2.1.2 檢測(cè)波長(zhǎng)的選擇 取對(duì)照品溶液和正交試驗(yàn)中的1號(hào)樣品溶液(15倍55%乙醇提取1 h一次,總黃酮含有量為7.246%)各2 mL,置于25 mL量瓶中,加入5%亞硝酸鈉(現(xiàn)配)1 mL,放置6 min,再加入10%硝酸鋁溶液1 mL,搖勻,放置6 min,再加入4%氫氧化鈉10 mL,加水至刻度,搖勻,放置15 min,以不加蘆丁的試液為空白對(duì)照,于400~800 nm處掃描。結(jié)果,對(duì)照品溶液和樣品溶液均在510 nm處有最大吸收,故確定510 nm作為檢測(cè)波長(zhǎng)[4-5]。

2.1.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 精密吸取蘆丁對(duì)照品溶液0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.0、5.0、6.0 mL,置于25 mL量瓶中,按“2.1.2”項(xiàng)下方法操作,以蘆丁的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)(X),吸光度為縱坐標(biāo)(Y)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,回歸方程為Y=12.41X+0.004 6,r=0.999 5,表明蘆丁在0.012~0.048 mg/mL范圍內(nèi)線性關(guān)系良好。

2.2 HePG2細(xì)胞培養(yǎng)與藥效學(xué)檢測(cè)

2.2.1 細(xì)胞培養(yǎng) 細(xì)胞株培養(yǎng)于含10%胎牛血清的DMEM培養(yǎng)液中(含青鏈霉素100 U/mL),于37℃、5% CO2培養(yǎng)箱內(nèi)連續(xù)培養(yǎng)。細(xì)胞長(zhǎng)滿后,用0.25%胰蛋白酶消化,傳代培養(yǎng)。

2.2.2 MTT法細(xì)胞抑制率檢測(cè) 取處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期、生長(zhǎng)狀態(tài)良好的HePG2細(xì)胞,用胰酶制成細(xì)胞懸液并計(jì)數(shù),調(diào)整細(xì)胞密度為5×104/mL,加入96孔培養(yǎng)板中,每孔100 μL,于37℃,5%CO2飽和濕度下培養(yǎng)24 h后,實(shí)驗(yàn)組加入樣品溶液100 μL(每組設(shè)5個(gè)復(fù)孔),空白對(duì)照組加入等體積的培養(yǎng)液。繼續(xù)培養(yǎng)24 h后,避光下每孔加入MTT溶液(5 mg/mL)20 μL,繼續(xù)孵育4 h,棄除上清液,每孔加入DMSO150 μL,搖床上振搖10 min后,于酶標(biāo)儀492 nm處測(cè)定吸光度(A值),計(jì)算藥物對(duì)細(xì)胞的增殖抑制率。抑制率=(1-試驗(yàn)組A值/對(duì)照組A值)×100%。

2.3 提取工藝的考察

2.3.1 醇濃度單因素考察 對(duì)0%、35%、55%、75%、95%乙醇進(jìn)行考察,其總黃酮含有量分別為4.71%、6.61%、7.10%、6.17%、2.15%。結(jié)果表明,55%乙醇對(duì)旋覆花中總黃酮類成分的提取率最高,因此選用55%乙醇作為最佳提取溶劑。

2.3.2 提取工藝的正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 精密稱取旋覆花粉末10 g,以55%乙醇為提取溶劑進(jìn)行提取。選擇提取時(shí)間、提取次數(shù)、乙醇用量作為考察因素[6],各因素取3個(gè)水平,以細(xì)胞抑制率為指標(biāo),進(jìn)行L9(34)正交試驗(yàn)考察。稱取9組正交設(shè)計(jì)的提取物粉末(相當(dāng)于0.1 g生藥材)溶解,2‰DMSO助溶,0.22 μm微孔濾膜濾過,作用于HePG2細(xì)胞,以細(xì)胞抑制率為指標(biāo),優(yōu)選提取工藝,結(jié)果見表1和表2。

表1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及直觀分析結(jié)果

表2 正交試驗(yàn)方差分析

以細(xì)胞抑制率為指標(biāo),直觀分析及方差分析影響提取工藝的因素順序?yàn)锽>C>A,其中提取次數(shù)(B)、乙醇用量(C)對(duì)細(xì)胞抑制率影響較大,而且有顯著性差異(P<0.05)。另外,提取次數(shù)為3次時(shí),已達(dá)到工廠日工作量,因此不再增加提取次數(shù),確定最佳提取次數(shù)為3次。由于乙醇用量(C)也是影響提取工藝的主要因素,故為驗(yàn)證優(yōu)選乙醇用量的準(zhǔn)確性,在其他提取條件均為最優(yōu)時(shí),對(duì)其進(jìn)行單因素考察。

分別對(duì)17.5、20、22.5倍乙醇用量進(jìn)行單因素考察,發(fā)現(xiàn)細(xì)胞抑制率分別為62.79%、65.17%、65.19%,即乙醇用量為20倍時(shí),細(xì)胞抑制率明顯高于17.5倍,而與22.5倍的抑制率相差不大。因此,從節(jié)約溶劑的角度考慮,確定溶劑用量為20倍。

綜上所述,篩選出的最佳提取條件為A1B3C2,即20倍量55%乙醇,回流提取3次,每次1 h。

2.4 層次分析法對(duì)總黃酮含量和出膏率權(quán)重系數(shù)的確定以總黃酮含有量和出膏率為指標(biāo),評(píng)價(jià)旋覆花抗腫瘤有效組分的提取工藝,建立評(píng)價(jià)目標(biāo)樹圖,結(jié)果見圖1。

圖1 旋覆花抗腫瘤有效組分提取工藝的評(píng)價(jià)目標(biāo)樹

通過比較同一層次目標(biāo)(即總黃酮含有量和出膏率)的相對(duì)重要程度,構(gòu)成一系列兩兩比較矩陣。通過AHP軟件,計(jì)算權(quán)重系數(shù)隨機(jī)一致性比率CR(CR=CI/RI),其可作為衡量所得權(quán)重系數(shù)是否合理的指標(biāo)。通過軟件,得到9組CR=0.000 0<0.1,即認(rèn)為矩陣具有滿意的一致性,表明9組權(quán)重系數(shù)合理有效,可用于提取工藝優(yōu)選的綜合評(píng)分中,見表3。

表3 兩種指標(biāo)在不同重要程度下的權(quán)重系數(shù)

按照各指標(biāo)不同的權(quán)重系數(shù)來計(jì)算綜合評(píng)分,作為提取工藝的評(píng)價(jià)指標(biāo),以“比較重要”為例(總黃酮含有量和出膏率的權(quán)重系數(shù)分別為0.833 3、0.166 7、0.166 7、0.833 3),實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)果見表4和表5[綜合評(píng)分1 =(總黃酮含有量/最大總黃酮含有量)×0.833 3 +(出膏率/最大出膏率)×0.166 7;綜合評(píng)分2 =(總黃酮含有量/最大總黃酮含有量)×0.166 7 +(出膏率/最大出膏率)×0.833 3)]。

表4 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及直觀分析結(jié)果

表5 正交試驗(yàn)方差分析

以綜合評(píng)分1為指標(biāo),直觀分析及方差分析影響提取工藝的因素順序?yàn)锽>C>A,其中提取次數(shù)(B)影響最大,而且有顯著性差異(P<0.05)。另外,提取次數(shù)為3次時(shí)已達(dá)到工廠日工作量,因此不再增加提取次數(shù),確定最佳提取次數(shù)為3次。另外,乙醇用量和提取時(shí)間無顯著性差異(P>0.05),而且20倍和25倍乙醇用量相差不大,從節(jié)約溶劑角度考慮,確定乙醇用量為20倍;提取時(shí)間也相差不大,因此為提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本,確定提取時(shí)間為1 h。綜上所述,最佳提取條件為A1B3C2,即20倍量55%乙醇,回流提取3次,每次1 h。

以綜合評(píng)分2為指標(biāo),直觀分析及方差分析影響提取工藝的因素順序?yàn)锽>A>C,各因素均無顯著性差異(P>0.05)。從提高生產(chǎn)效率和節(jié)約溶劑角度考慮,優(yōu)選出的工藝條件為A3B2C2,即20倍量55%乙醇,回流提取2次,每次3 h。

當(dāng)總黃酮含有量和出膏率的權(quán)重系數(shù)分別為0.833 3、0.166 7時(shí),以綜合評(píng)分與細(xì)胞抑制率為指標(biāo)優(yōu)選的最佳提取條件一致,說明在此權(quán)重系數(shù)下,兩者的綜合評(píng)分可代替抑制率,作為旋覆花抗腫瘤有效組分提取工藝的考察指標(biāo)。當(dāng)權(quán)重系數(shù)為0.166 7、0.833 3時(shí),與以藥效為指標(biāo)優(yōu)選出的提取工藝不一致。

同時(shí),對(duì)其它7組權(quán)重系數(shù)計(jì)算綜合評(píng)分,進(jìn)行正交試驗(yàn)直觀分析和方差分析,得到總黃酮和出膏率最佳的權(quán)重系數(shù)范圍分別為0.75~0.90、0.10~0.25。在此權(quán)重系數(shù)范圍內(nèi),其綜合評(píng)分可代替抑制率,作為提取工藝的考察指標(biāo)。

2.5 驗(yàn)證試驗(yàn) 平行稱取3份等量藥材,按照優(yōu)選出的最佳提取工藝進(jìn)行提取,按“2.1”、“2.2”項(xiàng)下方法驗(yàn)證提取工藝的穩(wěn)定性。結(jié)果,總黃酮含有量為8.952%、8.810%、8.783%,出膏率為20.87%、21.16%、20.17%,細(xì)胞抑制率為63.13%、65.76%、66.48%,3項(xiàng)指標(biāo)的RSD分別為1.03%、2.45%、2.71%,說明優(yōu)選的提取工藝穩(wěn)定可行,而且藥效學(xué)結(jié)果穩(wěn)定。

選取2個(gè)權(quán)重系數(shù)范圍內(nèi)外的數(shù)值,對(duì)其綜合評(píng)分分別與細(xì)胞抑制率進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析[7-10],確定權(quán)重系數(shù)范圍的準(zhǔn)確性和合理性,結(jié)果見表6。

表6 權(quán)重系數(shù)范圍驗(yàn)證結(jié)果

由表可知,在確定的權(quán)重系數(shù)范圍內(nèi),綜合評(píng)分與細(xì)胞抑制率的相關(guān)系數(shù)較大;在權(quán)重系數(shù)范圍外,相關(guān)系數(shù)較小,說明總黃酮含有量和出膏率的權(quán)重系數(shù)范圍是合理的。

3 討論

旋覆花為常用的止咳化痰、降逆止嘔中藥,臨床療效顯著,同時(shí)具有抗炎、抗肝炎、抗肝損傷、抗腫瘤等多種生物活性。由于文獻(xiàn)并沒有其在抗腫瘤有效組分提取工藝方面的報(bào)道,因此本實(shí)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行研究,為開發(fā)以旋覆花為原料的,具有廣泛臨床使用價(jià)值和商業(yè)開發(fā)價(jià)值的抗癌新藥提供理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

中藥化學(xué)成分復(fù)雜,每味中藥相當(dāng)于一個(gè)復(fù)方,包含各種化學(xué)物質(zhì)組,其之間相互影響,同時(shí)各有效物質(zhì)組內(nèi)單體成分之間也有相互影響,因此有效組分的含有量與藥效之間并不呈完全線性相關(guān)。若只單純以有效組分或指標(biāo)性成分的含有量為提取工藝的考察指標(biāo),不能保證優(yōu)選的提取工藝所提組分的藥效能夠達(dá)到最佳,存在片面性;若以細(xì)胞抑制率為評(píng)價(jià)指標(biāo),雖能保證提取工藝的藥理藥效,但操作復(fù)雜、耗時(shí)。因此,本實(shí)驗(yàn)針對(duì)中藥多組分、復(fù)雜性的特點(diǎn),運(yùn)用多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)方法[11-14]中常用的層次分析法,將旋覆花抗腫瘤有效組分提取工藝的評(píng)價(jià)目標(biāo)構(gòu)成單層次、兩指標(biāo)體系,在主觀判斷的基礎(chǔ)上作進(jìn)一步數(shù)學(xué)處理,使其在權(quán)重系數(shù)的賦予上更加科學(xué)、合理,同時(shí)建立總黃酮含有量、出膏率與藥效的關(guān)聯(lián),即以抑制率為指標(biāo)的正交試驗(yàn)結(jié)果,優(yōu)選代替抑制率的總黃酮含有量和出膏率綜合指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)及其范圍。本實(shí)驗(yàn)篩選出影響評(píng)價(jià)目標(biāo)(提取工藝)的主要和次要相關(guān)指標(biāo),避免了工業(yè)生產(chǎn)中賦予權(quán)重系數(shù)的偶然性,不僅能確保提取工藝的藥理藥效,還簡(jiǎn)化了考察指標(biāo),避免操作的復(fù)雜性,使優(yōu)選的工藝更加合理可行,為旋覆花抗腫瘤有效組分提取工藝的優(yōu)選提供方便。

通過Pearson相關(guān)性分析,當(dāng)總黃酮含有量和出膏率的權(quán)重系數(shù)為0.80、0.20時(shí),其與抑制率的相關(guān)系數(shù)為0.850 7;當(dāng)兩者為0.20、0.80時(shí),相關(guān)系數(shù)為0.684 9。由此可知,在確定的權(quán)重系數(shù)范圍內(nèi),綜合評(píng)分與細(xì)胞抑制率的相關(guān)系數(shù)較大;在權(quán)重系數(shù)范圍外,相關(guān)系數(shù)較小,驗(yàn)證了綜合評(píng)分權(quán)重系數(shù)范圍的合理性,同時(shí)證明了總黃酮含有量的相對(duì)出膏率更為重要,在合理的權(quán)重系數(shù)范圍內(nèi),其綜合評(píng)分可代替藥效指標(biāo),作為其抗腫瘤有效組分提取工藝的評(píng)價(jià)指標(biāo)。總黃酮含有量和細(xì)胞抑制率的相關(guān)系數(shù)為0.862 5,兩者呈一定的相關(guān)性,即量效關(guān)系,說明總黃酮類成分為其抗腫瘤的有效組分。但量效關(guān)系并不為函數(shù)關(guān)系(完全相關(guān)),其影響因素很多,一方面可能由于旋覆花中抗腫瘤有效組分種類復(fù)雜,黃酮類成分只是其中一部分,同時(shí)藥材中也存在抑制其發(fā)揮藥效的成分;另一方面,黃酮類成分是一類有效組分,不同單體對(duì)藥效貢獻(xiàn)的大小不盡相同。當(dāng)干膏中總黃酮的含有量升高時(shí),發(fā)揮藥效與不起作用的單體成分含有量的變化不一致,因此總黃酮的含有量與藥效的量效關(guān)系并不呈完全相關(guān)。

以藥效指標(biāo)為導(dǎo)向的藥材提取工藝研究雖能從根本上保證其藥理藥效,但本實(shí)驗(yàn)以綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)代替藥效,使得相關(guān)研究有了新的思路。對(duì)旋覆花抗腫瘤有效組分的提取工藝進(jìn)行研究可為該植物的開發(fā)和利用奠定物質(zhì)基礎(chǔ),為臨床抗腫瘤新藥的研制提供理論依據(jù),同時(shí)也為工業(yè)生產(chǎn)和中藥及其復(fù)方提取工藝的合理優(yōu)選提供參考和借鑒。

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*通信作者:孟憲生(1964—),男,博士,教授,博士生導(dǎo)師,研究方向?yàn)橹兴幗M分配伍、代謝組學(xué)及藥品質(zhì)量分析。Te1:(0411)85890185,E-mai1: mxsvvv@126.com

作者簡(jiǎn)介:黃一凡(1990—),女,碩士,研究方向?yàn)樗幬锓治?。Te1:(0411)85890185,E-mai1: 383539919@qq.com

基金項(xiàng)目:“十二五”“重大新藥創(chuàng)制”科技重大專項(xiàng)(2013ZX09507005)

收稿日期:2014-12-19

中圖分類號(hào):R284.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B

文章編號(hào):1001-1528(2016)02-0450-04

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