透皮促渗中药挥发油的化学成分与中药药性关联性研究

[摘要] 前期研究发现中药挥发油的透皮促渗效果与来源中药的药性存在关联性。化学成分是中药药性的物质基础，该文进一步考察了透皮促渗中药挥发油的化学成分与中药药性之间的关联性。采用水蒸气蒸馏法制备中药挥发油，测定了其相对密度和折光率等理化参数，采用GC-MS分析了20种中药挥发油的组成成分，将其按照骨架特征和官能团的不同分成12种类别，然后通过逐步Logistic回归分析，研究药性与成分类别之间的规律。结果表明，五味、四气以及归经均与挥发油中不同类别的成分存在关联性（P

[关键词] 中药药性；中药挥发油；化学成分；Logistic回归分析；透皮促渗

[Abstract] The results of previous studies showed potential correlations between the penetration enhancement effect of essential oils and the drug properties of traditional Chinese medicine based on the data mining method. As chemical composition is the material basis of drug properties of traditional Chinese medicine， this article further analyzed the correlation between the chemical composition of essential oils and the drug properties. Firstly， essential oils were extracted by steam distillation， and then physicochemical parameters of essential oils， such as relative density and refractive index， were measured. The chemical components of 20 essential oils were analyzed by GC-MS， and divided into 12 categories according to skeleton features and functional groups. Finally， Logistic regression analysis was applied to reveal the correlations. The results proved that five flavors， four tastes and channel tropisms showed the correlation with chemical composition of essential oils （P

[Key words] drug properties of traditional Chinese medicine；essential oil；chemical composition；Logistic regression analysis；transdermal penetration

doi：10.4268/cjcmm20161321

经皮给药具有用药方便、能够避免首过效应、血药浓度平缓等特点，近年来已经逐渐发展成为继口服、注射之后的主要给药途径之一。但是由于皮肤的屏障作用较强，对于大部分药物而言都很难透过，是限制经皮给药制剂开发的关键难题，对于成分复杂、剂量相对较大的中药制剂这一问题更加突出。应用透皮促渗剂（又名透皮吸收促进剂，penetration enhancer，PE）是改善经皮给药制剂吸收效果、提高生物利用度的最常用、最方便的技术手段，因而PE研究成为近年来经皮给药领域的热点之一。

中药挥发油是中药中一类具有挥发性、可随水蒸气蒸馏得到的油状液体，也是目前公认的一大类性质优良的PE，具有促渗效果好、安全性高、药效协同等优势[1-2]。前期研究通过系统文献挖掘发现，中药挥发油的透皮促渗效果与中药药性之间存在显著的关联性[3]。例如，具有透皮促渗作用的中药挥发油均来自于辛味中药，辛能散能行，“辛入肺，肺在体合皮，其华在毛”，说明中药挥发油作用于皮肤也符合中药药性理论。

化学成分是中药药性的物质基础，对于辛味中药而言，其最主要的物质基础就是挥发油[4]。前期研究发现有21种中药挥发油具有透皮促渗2种以上成分的报道[3]，为了阐明中药药性与中药挥发油透皮促渗应用之间的具体联系，本文选择了其中20种中药挥发油作为研究对象，基于Logistic回归分析，探讨其化学成分与中药药性的关联性。

1 材料

调温电热器（南通市通州申通电热器厂），挥发油提取器，TGL-16B型高速离心机（上海安亭科学仪器厂），BAS-124S型分析天平（德国赛多利斯股份有限公司），BT-52S型分析天平（德国赛多利斯股份有限公司），WAY-2S型阿贝折光仪（上海精密科学仪器有限公司），Agilent7890A-5975C型气相色谱-质谱联用仪（GC-MS，美国安捷伦公司）。

中药饮片干姜，高良姜，小茴香，蛇床子，广藿香，莪术，荜澄茄，羌活，细辛，草果，香附，川芎，荆芥，石菖蒲，丁香，当归，花椒（均购自安徽铜陵中药饮片有限公司，批号分别为20150301，20140701，20150401，20150601，20141201，20140701，20150416，20150506，20150801，20150412，20141201，20140801，20150618，20150601，20141201，20150308，20150106），肉桂（亳州市永刚饮片有限公司，批号150121），以上药材经南京中医药大学药学院乐巍副教授鉴定为真品。松节油[永华化学科技（江苏）有限公司，批号20140924]，薄荷素油（黄山天目薄荷药业有限公司，批号150326），无水硫酸钠（南京化学试剂有限公司，批号150302367D），氯化钠（南京化学试剂有限公司，批号13013010146），乙酸乙酯[永华化学科技（江苏）有限公司，批号20140626]。

2 方法与结果

2.1 挥发油的制备

除松节油和薄荷油为直接购置以外，其余18种中药挥发油均按水蒸气蒸馏法提取。

称取一定质量饮片，粉碎至一定粒度，加入1 000 mL圆底烧瓶，加入一定倍数的蒸馏水，加入沸石，连接挥发油提取器和冷凝管，自冷凝管上端加蒸馏水至溢出挥发油提取器支口。浸泡，加热保持微沸适当时间，至挥发油的量不再增加，停止加热。室温下放置1 h，接收挥发油，加入适量无水硫酸钠脱水，离心并转移至棕色玻璃瓶中，4 ℃下避光密封保存待用。具体工艺参数参见表1。

2.2 挥发油的理化参数测定

2.2.1 相对密度 室温下，用进样针精密吸取挥发油100 μL，于1/10万天平称重，同法测定100 μL纯水的质量，则该挥发油在此温度下的相对密度=挥发油质量/纯水质量。平行3份，结果见表2。

2.2.2 折光率 室温下，取挥发油一滴，以阿贝折光仪测定其折光率，平行3份，结果见表2。

2.3 挥发油成分分析

2.3.1 供试品制备 取各样品挥发油0.10 g，精密称定，置于10 mL量瓶中，加乙酸乙酯稀释并定容至刻度。取适量12 000 r・min-1离心10 min，取上清液待测。

2.3.2 GC-MS条件 HP-5MS色谱柱（5%苯甲基聚硅氧烷石英毛细管柱，0.25 mm×30 m，0.25μm）；载气为氦气，流速1 mL・min-1；离子源为EI源，电离能量70 eV，离子源温度230 ℃；进样口温度250 ℃，进样体积1 μL，采取分流进样方式进行分析。具体检测条件参见表3。采用归一化法获得各个成分的比例。

2.3.3 分类方法 为便于分析，参照文献[5]，将各挥发油的成分按照骨架特征和官能团的不同进行分类和编号，分为单萜化合物（X1）、单萜氧化物（X2）、倍半萜化合物（X3）、倍半萜氧化物（X4）、二萜及其氧化物（X5）、脂肪族及脂肪酸类成分（X6）、芳香族成分（X7）、单萜与芳香族复合结构（X8）、倍半萜与芳香族复合结构（X9）、单萜氧化物与芳香族复合结构（X10）、苯酞类成分（X11）和其他类成分（X12）共12类，编号分别为X1～X12，然后分类统计各类成分的百分比，分类结果见表4。由于未辨别出类型的成分未统计在内，因此比例一般小于100%。

2.4 中药药性与挥发油成分的关联性分析

2.4.1 五味与化学成分的关联性分析 20种中药其药性包括辛，苦和甘，其中辛为共有的药性，不考虑辛，只剩下苦和甘。为了便于分析，将五味量化，甘和苦等设0～1的数即“苦度”，设苦的“苦度”为0.9，甘的“苦度”为0.1，其余为0.5。令因变量为Logistic值，公式如下。Logistic=log（苦度/1-苦度）

当选入因子参数α越大，表示选入的条件较宽松，选入的因子就越多；相反参数α越小，表示选入的条件比较苛刻，入选的因子就越少。以下按照选入因子参数α分为0.15，0.3，逐步进行回归分析，结果见表5。

其中当α=0.15时，X11的P>0.05，没有显著性差异，因此舍去。当α=0.3时，分别选入了X1，X3，X4，X9，X11，即五味与上述5种成分类别有关系。其中，X1，X4以及X9的系数都是正的，说明X1，X4，X9所代表的单萜、倍半萜氧化物及倍半萜与芳香族复合物类成分含量越高，就越能导致苦度值变大，越“苦”，含量越少，则越不“苦”。而X3，X11的系数都是负的，说明X3，X11所代表的倍半萜和苯酞类成分含量越高，就越能导致苦度值变小，越“甘”，含量越少则越不“甘”。

2.4.2 四气与化学成分的关联性分析 四气分为凉，微温，温，热，大热五等，为了便于分析，给四气设定 “热度”，设凉=0.1，微温=0.6，温=0.75，热=0.9，大热=0.99，令因变量为Logistic值，公式如下。

Logistic=log（热度/1-热度）

选入因子参数α分为0.15，0.3，逐步进行回归分析，结果见表6。

其中，当选入因子参数α=0.3时，从P发现所选入的3个成分均无显著性差异。因此舍去。当α=0.15时，发现X7成分与四气关联性大，即X7所代表的芳香族类成分含量越多，则越“热”。

2.4.3 归经与化学成分的关联性分析 中药往往归多个经，这里主要以归第1个经为准，为了便于分析，规定20种中药材按照是否归心经分为归心经和不归心经，归心经的记为w=1，不归心经的记为w=-1，以w为因变量进行逐步回归分析，其余归经分析方法相同，分析结果见表7。

可见，归心经与芳香族成分（X7）成正相关，归肝经与苯酞类成分（X11）、二萜及其氧化物（X5）、倍半萜氧化物（X4）成正相关，归肺经与单萜氧化物（X2）成正相关、与单萜氧化物与芳香族复合结构（X10）成负相关，归脾经与脂肪族及脂肪酸类成分（X6）、单萜氧化物（X2）、倍半萜化合物（X3） 成正相关，归肾经与单萜化合物（X1）、芳香族成分（X7）成正相关而与二萜及其氧化物（X5）、单萜与芳香族复合结构（X8）成负相关，归膀胱经与单萜与芳香族复合结构（X8）成正相关。

3 讨论

3.1 数学方法的应用

Logistic回归分析是对二分类因变量进行回归分析时最为普遍应用的多因素量化分析方法，由于对资料的正态性和方差齐性不做要求，对自变量类型也不做要求等优势，近年来广泛应用于医学研究各个领域。如杨波等[6]通过文献检索收集植物类中药化学成分及其中药的寒热药性，以有机成分单一化合物建立Logistic回归方程，发现植物类中药寒热药性与有机成分有相关性，并且部分挥发性成分对热性贡献大。

中药药性包括五味、四气和归经等，是多因素因变量，选用Logistic回归分析非常适合。但由于Logistic回归分析是量化分析方法，因此需要对药性进行赋值，再进行回归分析，而赋值的合理性目前还缺乏公认的判断依据。

3.2 对于中药药性研究的意义

中药药性是对药物性质与功能的高度概括，主要包括药物的四气、五味、升降浮沉、归经和毒性等。唐仕欢等[7]认为，对中药药性的这种认识偏重药物与机体相互作用后的表现属性，是一种效应属性，但是药物本身在形成（生长）过程中与自然环境相互作用而产生的属性往往忽略，即药物的自然属性，其中包括化学成分。

纪玉佳[8]通过对药性和化学成分的数据分析得出结论：含挥发油的中药为热性的概率大于不含挥发油的中药为热性的概率，并且含挥发油的中药偏辛味。

本文在上述基础之上进一步运用Logistic回归首次揭示了透皮促渗中药挥发油中具体的成分类别与中药药性所存在的关联关系：挥发油含X1所代表的单萜类成分，其来源中药往往味苦；挥发油含X3或X11所代表的倍半萜或苯酞类成分，其来源中药往往味甘；挥发油中含X7所代表的芳香族类成分，其来源中药往往为热性，并且往往归心经或肾经。

本研究表明，倍半萜（X3）类成分是甘味的重要物质基础，甘入脾，在与归脾经的成分类别中倍半萜（X3）类成分的相关性最高（P最小），这也验证了本研究分析结果符合中药药性认识规律。

3.3 对于中药挥发油透皮促渗研究的意义

前期研究结果表明，四气对于中药挥发油透皮促渗效果影响最大[3]，34种具有透皮促渗效果的中药挥发油除了薄荷（凉性）、香附（平性）外，均来源于温性或热性中药，并且透皮促渗效果最好的中药主要是温里药而非解表药。本研究的结果表明，与热性关系最大的成分是芳香族类成分（X7）。因此，如果热性与透皮促渗的关联性能够确证，那么芳香族类成分很可能发展成为一大类具有高效透皮促渗效果的挥发油类成分，如桂皮醛。

中药挥发油共有300多种，而目前有透皮促渗报道的有34种，绝大部分中药挥发油从未作为PE应用过，因此挖掘中药挥发油透皮促渗的药性和成分特征，对于中药挥发油PE的开发具有重要的指导意义。

4 展望

本文在同一平台研究了20种中药挥发油的成分，并进行了“化学成分-药性”的关联分析。本课题组接下来将进行20种中药挥发油的透皮促渗研究、皮肤细胞毒性研究以及促渗机制研究，并通过相关统计学分析方法研究化学成分、透皮促渗效果、皮肤细胞毒性之间的相互关联关系，力求建立起“中药药性-挥发油成分-挥发油透皮促渗效果-挥发油皮肤毒性”之间的数学模型，最终实现阐明中药挥发油PE效果的中药药性规律，以指导中药挥发油PE的应用与开发。

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[2] 陈军， 刘培， 蒋秋冬， 等. 中药挥发油作为透皮吸收促进剂的现状与展望[J]. 中草药， 2014， 45（24）： 3651.

[3] 杨文国，陈军，刘培，等. 基于数据挖掘方法研究挥发油透皮促渗作用与中药药性间的关联性[J]. 中国中药杂志，2015，40（23）：4609.

[4] 周典铭， 熊轩玖. 辛味药的药性理论及其配伍作用初探[J]. 湖北中医学院学报， 2000， 2（2）：48.

[5] 覃洁萍， 刘进， 陈玉萍， 等.解表类中药挥发性成分与药性的相关性研究[J]. 计算机与应用化学， 2013， 30（1）：85.

[6] 杨波，王振国. 植物类中药寒热药性与有机成分单一化合物相关性的文献研究[J]. 中华中医药杂志，2011，26（12）：2774.

[7] 唐仕欢，杨洪军，黄璐琦. 论中药药性的概念、形成及其意义[J]. 中医杂志，2010，51（4）：293.

[8] 纪玉佳. 中药药性与其基原属性的相关性研究[D]. 济南：山东中医药大学，2012.