基于糖组解码和谱效关系的肿节风糖类特征标识研究及在质控中的应用

Sarcandra glabra has been used as medicine for a long history, its related pharmaceutical preparations have been widely used in clinic. Carbohydrates have been studied as one of the most important active components. But the quality control points in medicinal materials and products were mainly focus on single compounds. Carbohydrates haven’t been studied in the herbal’s quality control. The project will first aim at glycome decoding in Sarcandra glabra according to chemical, instrumental, and biological methods and technology. Multi-fingerprints based on the structural features from free, polymetric carbohydrates, glycans released from glycoconjugates will be constructed. The multi-fingerprints include high-ion exchange chromatography fingerprint, high performance gel permeation fingerprint, nuclear magnetic resonance spectroscopy fingerprint, fluorescence-assisted carbohydrate electrophoresis fingerprint, and so on. The activity of glycome will also be determined by antitumor evaluation. Then the spectrum-effect relationship will be analyzed based on the data from multi-fingerprints and activity determination results. Herbal carbohydrate markers will be finally obtained from spectrum-effect relationship analysis and activity verification. It will be an important scientific support for improving the quality control of Sarcandra glabra and related products. The results also provide a strategy for overall quality control of herbal medicine based on the structural features of carbohydrates. This work will have a positive impact and practical effect of supervising on traditional Chinese medicine.

肿节风用药历史悠久，其药材及制剂已广泛应用于临床，研究已表明糖类聚合物是肿节风中的重要活性成分之一，但有关肿节风及制剂的质量控制仍以单一(类)小分子成分为主，糖类聚合物尚未被作为质控指标。本课题拟针对肿节风中的糖组，采用糖类结构解析的技术研究不同来源的肿节风糖组的关键结构特征，构建单糖、寡糖、多糖、糖复合物结构特征的多元指纹图谱，包括高效离子交换色谱、高效凝胶渗透色谱、核磁共振波谱、荧光辅助糖电泳等指纹图谱，并以抗肿瘤活性为肿节风糖组的活性评价指标，采用灰度关联度分析及多元线性回归等数理统计方法解读基于糖组的指纹图谱与抗肿瘤活性的谱效关系，并确认肿节风中活性糖类的特征标识，为提升肿节风及其制剂的质量标准提供科学依据。通过肿节风糖组的解码及谱效关系的研究可形成一条普适性的基于糖组化学特质的中药糖类组分的质控评价体系，为其他中药的整体质量控制提供参考及借鉴，对中药的市场监管具有重要的现实意义。

本研究从18个不同产地的肿节风全草中制备获得肿节风多糖及糖蛋白，建立了基于结构特征的HPSEC、PMP-HPLC、FT-IR指纹图谱，并进行化学计量学分析，以期找到可用于质量控制的结构标志物，通过体外抗肿瘤活性评价，建立谱效关系模型，对不同来源的肿节风多糖及糖蛋白在药效上进行质量控制，获得以下结论：通过建立多元指纹图谱并对共有特征峰进行提取，构建了肿节风多糖及糖蛋白的标准指纹图谱。通过化学计量学分析，发现多糖及糖蛋白的分子量分布与蛋白含量和产地来源的气候类型有相对较为密切的关系，中性糖的含量对单糖组成的影响较大，而总糖含量差异是造成各样品红外光谱差异的主要影响因素。对肿节风多糖及糖蛋白样品对MG63及U2OS两种细胞的抑制活性进行测定，采用偏最小二乘法建立肿瘤抑制活性与PMP-HPLC、FT-IR指纹图谱间的相关性，结果发现：Rha、GalA、Glc、Gal这四种单糖显著的影响多糖对U2OS细胞的抑制活性，羟基和吡喃糖环可作为评价多糖对U2OS细胞抑制活性的药效学评价指标，即羟基、吡喃糖环结构是影响多糖对U2OS细胞增殖抑制活性的主要结构因素。对于多糖抑制MG63细胞活性来说，GlcA、Xyl、Ara则是其主要影响因素。同时-CH2、-COOH及β构型结构则可作为评价MG63细胞抑制活性的药效学评价指标。而肿节风糖蛋白中Xyl，Fuc和GlcA被认为是其具有抑制肿瘤作用的单糖基础，并且-OH-，-CH2-和吡喃糖环可以作为肿节风糖蛋白发挥活性的结构基础。本研究基于肿节风多糖及糖蛋白复杂的结构组成，结合多种分析手段建立了肿节风多糖及糖蛋白的多元指纹图谱，通过化学计量学分析，从结构角度获得了可作为肿节风质量控制的多个结构标志物，同时建立了谱效关系模型，从药效角度明晰了影响肿节风多糖及糖蛋白药效作用的关键性结构因素，为其质量控制提供标识和思路。