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摘要：目的 构建中药指纹图谱学体系，阐述中药指纹图谱信息学的地位与作用。方法 通过总结现有文献方法，集中概括中药指纹图谱学和中药指纹图谱信息学的主要任务与内容。结果 中药指纹图谱学体系由中药指纹图谱测试学、中药指纹图谱质控学、中药指纹图谱谱效学、中药指纹药代动力学、中药指纹药剂学和中药生物指纹图谱学组成。它建立在中药指纹图谱信息学基础之上，是中药指纹图谱信息学的集中概括。结论 中药指纹图谱学是一门新兴的学科，是中药现代化的核心力量。
关键词：中药指纹图谱学；中药指纹图谱信息学；中药指纹图谱测试学；中药指纹图谱质控学；中药指纹图谱谱效学；中药指纹药代动力学；中药指纹药剂学；中药生物指纹图谱学。
中图分类号：R28；R284；R285，O23；文献标识码：A 文章编号：
ABSTRACT: OBJECTIVE To construct the system of fingerprintology of traditional Chinese medicine（TCM），and to set forth the position and effect of the fingerprint informatics of TCM. METHODS The principal tasks and contents of the fingerprintology of TCM and its informatics were totally generalized by summarizing the available literatures. RESULTS The system of the fingerprintology of TCM comprises the fingerprint testology of TCM，the fingerprint quality controlology of TCM，the fingerprint pharmacodynamics of TCM，the fingerprint pharmacokinetic
of TCM，the fingerprint-pharmaceutics of TCM and the biofingerprintology of TCM. The fingerprintology of TCM was based on the fingerprint informatics of TCM，and it was the generalization and representation of the fingerprint informatics of TCM. COCLUTIONS The fingerprintology of TCM is a new system，which play an very important role in the modernization of TCM.
KEY WORDS: the fingerprintology of TCM，the fingerprint informatics of TCM，the fingerprint testology of TCM，the fingerprint quality controlology of TCM，the fingerprint pharmacodynamics of TCM，the fingerprint pharmacokinetic of TCM，the fingerprint-pharmaceutics of TCM and the biofingerprintology of TCM.
中药指纹图谱作为中药这一复杂样品体系质控的技术手段，已赢得国际上的广泛认可和迅猛发展。它诞生于生产实践，具有通用性和实用性，是全面反映中药内在质量的强有力的技术手段。随着中药指纹图谱实践的广泛开展和利用这一技术进行桌有成效的科学试验，研究的内涵逐渐加深和扩大，这一领域的新知识、新概念和新技术迅速地扩张，已逐渐使这门实用技术上升为一个崭新的学科-中药指纹图谱学。中药指纹图谱学是以现代分析技术、中药学、中药化学、药理学、化学计量学和计算机科学等学科为依托，从整体上研究中药（包括植物药）的物质基础和作用机制以及药物代谢动力学规律与相关制剂技术的崭新学科。它以实现中药品质的真伪鉴别、宏观质量控制、特征活性成分和有效组分群的确证以及
研究中药指纹药效学、药物代谢动力学作用特点为主要内容，从而实现能阐明药效活性与化学指纹相关的中药制剂的研制。是一种立足于整体性、特征性、稳健性、有效性和安全性为核心的研究中药的全新学科体系。当凭借中药指纹图谱实现中药质量的安全、有效、稳定、可控的目标，便完成了作为一种实用技术手段的使命，而揭示中药重要活性点位和有效成分群作用机制以及其在生物体内的代谢动力学规律并指引创新制剂型研制，则赋予它更高的学科使命。中药指纹图谱学建立在中药指纹图谱信息学基础之上，是中药指纹图谱信息学的集中概括。
1.中药指纹图谱学体系的构建
中药指纹图谱信息学是揭示中药指纹图谱所表达的化学物质信息、生物活性与药效信息、药代动力学和药剂学信息以及相关测试技术条件与方法等综合信息的学科。它搜集1.中药指纹图谱测试学、2.中药指纹图谱质控学、3.中药指纹药剂学、4.中药指纹图谱谱效学、5.中药指纹药代动力学、6.中药生物指纹图谱学所产生的重要信息，利用数学和化学计量学手段、依托计算机科学进行综合整理和评判，从而获得更高层次的生物学信息而服务于生命科学。至此，构建中药指纹图谱学体系结构见图1。中药指纹图谱信息学是中药指纹图谱学的核心，也是沟通以指纹图谱为主导研究手段的新兴学科的桥梁。孙国祥[1-7]等提出色谱指纹图谱指数F和色谱指纹图谱相对指数Fr”，根据指纹信号强度、信号均化程度、分离程度三方面综合评价不同种药材或制剂指纹图谱，提出“色谱指纹图谱信息量指数I和色谱指纹图谱相对信息量指数Ir”，根据指纹信号强度大小和指纹信息量大小综合评价不同种药材或制剂指纹图谱。孙国祥等为揭示中药色谱指纹图谱潜信息特征，以F和I为核心开发出“中药色谱指纹图谱超信息特征数字化评价系统”软件，能提供峰参数13个，信息化特征参数42个，定性相似度15个、定量相似度17个，相对统一化特征参数23个，总计110多参数，能给出分解相似度。是全面解析中药色谱指纹图谱特征信息的优秀软件。该课题组目前获得国家自然科学基金重大研究计划项目的资助，正全力开展中药指纹图谱的信息化研究。目前，开发反映指纹峰活性与药效信息以及反映中药在体内的药代动力学规律的功能的方法和评价软件，能真实、全面展示有效组分群的药效和其A、D、M、E过程则是中药指纹图谱信息学更迫切的要求。在中药现代化过程中，中药指纹图谱信息学任重而道远。
1.1 中药指纹图谱测试学 依托现代分析技术获取具有整体性、特征性和稳健性的规范化的中药指纹图谱。其任务是完成样品处理方法和检测方法的优化、合理参照物峰的选择、指纹峰的指认与归属。反映总体化学成分的指纹图谱与简捷
反映特征活性成分的特征活性指纹图谱的结合构成了测试时的关注普遍性指纹与特殊性指纹的不同处理方式，扎实地建立中药有效组分提取分离方法并准确地进行结构确证是指纹图谱测试过程的重要步骤，以完成明确的峰指认，是指纹图谱的谱效学研究的重要基础。高效液相色谱法（HPLC）是公认的检测中药指纹图谱的主导方法。此外气相色谱(GC)和薄层色谱(TLC)也是中药指纹图谱研究的重要手段，高效毛细管电泳技术（HPCE）由于其高分离效率、高速度、低消耗、无污染，成为检测中药指纹图谱的又一重要技术。此外、如光谱、X-射线衍射等现代技术也成功地用于测试指纹图谱。参照物峰是辨认指纹峰的向导，同时起标定系统柱效的作用。指纹峰指认与归属最简单的方法是利用对照品与样品指纹峰保留时间进行定性，结合DAD在线紫外光谱可获得进一步的确认结果，以HPLC-MS和GC-MS联用定性鉴定指纹峰成为一种可信的重要方法。随着指纹图谱研究的深入，多维检测技术的联用正普遍受到重视，目的是为获得样品的全信息特征。
1.2中药指纹图谱质控学 是通过建立中药指纹图谱来实现对中药质量的宏观定性鉴别和宏观定量评价，实现对中药制剂生产工艺全过程的质量控制和最终产品的质量评价。主要包括定性鉴定和宏观定量评价两部分，具体可分为①鉴别药材、制剂的真伪；②区分药材的不同部位；③考察商品药材及成药的质量；④追踪制剂的工艺过程及某些化学成分的变化；⑤监测原料与成品之间、成品批间质量的稳定性、一致性。根据样品的多参量数据与数据库中标准样品多参量数据的匹配关系来对样品的属性进行识别鉴定属于中药指纹图谱的宏观定性鉴别功能。它主要强调统一药材群体的相似性，即物种群体内的唯一性。相似性是
通过图谱的整体性和模糊性来体现，这是中药指纹图谱鉴定的最基本的特征，其衡量的指标是目前我国广泛接受的向量夹角余弦值 ，是一个定性相似度指标，主要反映各化学指纹成分的分布比例，不具有定量的功能。孙国祥[13]提出了比率定性相似度概念 ，实现了各指纹峰对相似度的等权贡献。 与 构成双定性相似度法是指纹图谱定性鉴别的最佳选择。孙国祥提出了利用指纹图谱进行宏观定量评价的指纹图谱宏观含量相似度R%、投影含量相似度C%、含量相似度Q%、定量相似度P%和指纹图谱平均质量分数M%等一系列定量方法，彻底地解决了中药指纹图谱的宏观定量评价问题，填补了这一领域的空白。主张用双定性双定量相似度法评价色谱指纹图谱，双定量相似度是C%和P%或R%和M%的组合。
中药化学成分的多样性与复杂性是发挥其疗效的物质基础，同时也是质量评价的重点与难点。在现阶段，建立全面反应所含化学成分的指纹图谱，将更加有效地体现中药成分的复杂性，从而更好地评价中药的质量。中药指纹图谱突破传统的线性思维，根据色谱指纹图谱的模糊属性，着眼于宏观规律性的特征分析。在药理、药效被确认的前提下，凭借其指纹图谱，既可确认产品的真伪，同时又能判断质量的稳定与否。因此，中药指纹图谱已成为目前控制中药质量最有效的方法。
1.3 中药指纹图谱谱效学[16-19] 在现代化中医药理论研究的基础上，以中药指纹图谱为基础，以效应及效应体学为主要内容，应用生物信息学方法，建立中药指纹图谱与中药质量疗效内在关系的一门学科。其主要矛盾是解决特征化学成分与重要生物活性相关的量效关系原理和中药指纹图谱组效学。中药指纹图谱组效学 是在中药化学指纹图谱、药效物质成分鉴定和中药药效活性测定的基础上，充分利用现代化学与生物信息学研究的成果，开展指纹图谱信息与药效活性信息的相关性研究，以实现中药化学指纹图谱向中药药效组分指纹图谱的转化，从而建立中药指纹图谱组效学研究体系。建立特征活性成分、有效组分群的特征活性指纹图谱是指纹图谱谱效学研究的核心。中药指纹图谱谱效学研究是中医药体系现代化的关键问题。李戎等提出“谱效关系”是中药的质量和药效标准规范的关键环节。中药的补气、活血、温里、发表、滋阴、健脾等功效是药材饮片或成药方剂内含物质群的整体作用结果。这些物质群的整体情况，包括其所包含的物质数、物质量和组成比例的差异，都会对药效发生影响。因此建立化学指纹群关联药效的中药生物活性指纹图谱是中药指纹图谱研究高级阶段的重要内容。贺福元，罗杰英，刘文龙等提出建立与动物(人)"证"模型相对应的状态函数关系式的现代中医药数理表述体系,再根据与"证"相一致所对应的基因表达下特性蛋白质与效应体(药物)的齿合关系,按亲合色谱,以效应体靶向分离物--特性蛋白质为固定相,采用LC/MS质量或效应型检测器，建立质量或效应指纹图谱。根据效应体作用前后(体内药物浓度为零)效应值的变化趋势研究该指纹图谱与生物体状态函数值变化关系，可揭示中药复方作用物质基础:包括效应体(结合成分群)的数目及构成比,以及对机体的作用方向和程度。宁黎丽、毕开顺[22]等通过对吴茱萸汤进行组方药量变化，在原方基础上按正交试验法组成9个不同配比的处方，同时对其进行HPLC分析和镇痛与止呕两个指标的药理实验，对所得化学数据和药理数据进行逐步回归分析。确定吴茱萸汤的药效物质基础主要为产生X4, X9, X10和X12号色谱峰中的化学成分(已确认X9为吴茱萸次碱)，建立了复方中药药效物质基础研究的重要方法。
1.4 中药指纹药代动力学 在中医药理论指导下，借助于动力学原理和现代分析手段，通过定性定量解析中药指纹图谱，将可知化学成分的指纹和体内过程从数量上联系起来，研究中药活性成分、有效部位、单味中药和中药复方在体内吸收、分布、代谢、排泄的动态变化规律和量-效关系的一门学科。
中药指纹药代动力学研究方法包括（1）中药指纹图谱与药动学相关联 在单成分研究时，药动学与药效学相关联；在多成分中药及复方研究时，药动学应与中药指纹图谱相关联。建立效应谱动力学，实现中药药动学与中药谱效学相关联，从而与中药整方的整疗效相关联，实现实验室药动力学向临床药动学延伸，构成完整的药物动力学。中药及复方药动学研究可针对中药复方多成分体系的特点，建立多成分体系(中药复方、有效部位等)的体外、体内(血清)指纹图谱或成分谱(阐明疗效用的指纹图谱)。用色谱指纹图谱可直接观察和解析进入血液后的色谱指纹图谱中各种化合物的浓度消长和代谢产物的变化。比较进入血液前后各组分的相对含量变化，可以对血液中测定的各组分的生物活性进行判断和预测。进一步通过多学科的介入，追踪这些在生物体内被吸收的活性成分的吸收和代谢途径。王亚丽等建立了当归醇提物及其在兔血中成分的HPLC-DAD-MS指纹图谱，通过比较进入血液前后各组分的相对含量变化，发现在两组色谱图中，有31个相同的组分，其中藁本内酯二聚物、藁本内酯等5种成分在血液中的相对含量比在原药中明显提高，从而判断出这5种成分有较高的生物活性。宋金春等建立了生化汤及口服生化汤后小鼠血清HPLC指纹色谱，分析比较了生化汤各单味药、给药及未给药大鼠血清的指纹图谱，结果显示：生化汤给药后血中出现了9个移行成分，6个为生化汤中所含成分的原型，3个为新产生的代谢产物，其中有一成分相对含量较高。血中移行成分及代谢产物将成为生化汤的体内作用基础，其来源为生化汤中的主要物质，对其进行深入的研究将有助于阐明生化汤的有效部位及作用机制。王喜军等建立六味地黄丸及其大鼠口服六味地黄丸后血清中的HPLC指纹色谱，分析比较六味地黄丸、缺味处方、单味生药以及各组分给药后所得血清样品，鉴定口服六味地黄丸后大鼠血中移行成分、来源生药及其代谢产物。结果表明，口服六味地黄丸后从血中发现了11个入血成分，其中4个为新产生的代谢产物；7个为六味地黄丸所含成分的原型，其中有一成分虽为地黄中所含成分的原型，但其他两种药材也能代谢产生，这将有助于阐明六味地黄丸的有效成分及作用机制。（2）中药指纹图谱与代谢组学相关联 中药指纹图谱标记: 中药新药必须在整体动物药理和疾病模型上予以证实后方可进入应用水平的研究。代谢组学作为一种系统方法，能在鉴别和确证药理和疾病模型上发挥作用，弥补基因组学和蛋白质组学等技术在新药研发领域上的不足。成功的疾病治疗必须使代谢网络中的缺陷部分正常化而不干扰其他维持健康所必须的代谢途径的调控。代谢组学图谱能全面反映代谢网络途径的大量化合物，区别不同种属、不同品系动物模型的代谢状态，鉴别人体疾病状态的差异，寻找人类疾病、药效和毒性的适宜动物模型，最终给出新药药理药效和人体毒理方面的综合数据。代谢组学研究“代谢指纹图谱”，它不仅研究药物本身的代谢变化，而主要是研究药物引起的内源性代谢物的变化，更直接反映体内生物化学过程和状态的变化。通过认识体液“代谢指纹图谱”变化的原因，阐明药物作用靶点或受体。代谢指纹分析在代谢轮廓分析的基础上更加复杂化，不关心特殊组分，而是对样品进行快速筛选分类。
1.5 中药生物指纹图谱学 是利用基因组学和蛋白组学技术研究药材基因型特征和中药作用于特定生物细胞后引起基因和蛋白的表达的变化规律和作用机理，从分子水平上揭示中药、中药与生物的细胞作用后的基因与蛋白的表达特征。主要包括中药基因组学指纹图谱、中药蛋白组学指纹图谱和中药材DNA指纹图谱[31]。中药材DNA指纹图谱是利用现代分析科学技术检测的反映中药材种属基因型特征的图谱，具有高度特异性。有RFLP、PCR、RAPD、PCR-RFLP、RAPD-RFLP、AFLP、mRNA—DD—PCR 等多种技术可获得中药材DNA指纹图谱。中药基因组学指纹图谱是描述中药作用于生物细胞后引起的基因表达特征的变化规律的图谱，用以阐明中药作用的个体差异和特定基因的作用模式。中药蛋白组学指纹图谱是描述中药作用于生物细胞后引起的蛋白表达特征的变化规律的图谱，能够较全面地提供中药材及中药制剂的复杂物质基础的大量信息，同时还能提供量效的相关信息，起到鉴定和研发的双重作用。比较不同蛋白质指纹谱体现的不同药效结果，就可确定何种物质是该制剂的主要活性物质。中药生物指纹图谱学是从分子水平上研究中药作用的本质特征，研究解决化学成分和药理作用、药效活性的相关性，是中药指纹图谱研究的一个重要方面和最高级阶段。
1.6 中药指纹药剂学 是以中医药理论为基础，采用指纹图谱技术手段监控和筛选在生物体内的中药制剂的活性组分或有效组分群，通过找寻其作用规律来指导中药处方、剂型选择和制剂生产工艺的规范和优化，实现开发出安全、有效的新型中药。尚刚伟 等提出可根据复方中药血清指纹，直接从血清中提取、纯化、合成活性物质，选择适宜剂型开发出新型药物；提出在原药材和制剂成品之间设立标准中间品制剂，包括经超细粉化的中药材，经分离和精制后某大类化学结构相类似的化合物或药效成分群和粉末状的微囊颗粒、固体分散物等，并建立各自的质量控制指纹，以提供不同制剂的需求。
2.中药指纹图谱学对中药现代化的意义
中药指纹图谱学的核心就是依托中药指纹图谱信息学技术手段获得关于中药的全面物质信息和中药作用于生命体的生物信息。中药指纹图谱信息学是探究以指纹图谱为主导技术研究中药作用机制和物质基础的化学信息和生物学信息重要手段，可以预言中药指纹图谱信息学将是讲清、解析中药的主导技术。中药指纹图谱谱效学、中药指纹药代动力学、中药生物指纹图谱学分别从宏观与微观角度阐明中药作用机制和代谢规律，联合中药指纹图谱测试学和中药指纹图谱质控学，最终的目的就是讲清中药的作用机理、运动代谢规律、控制药效最优化和毒性最小化，实现产出优秀新型中药，即实现中药指纹药剂学的目标。因此中药指纹图谱学最终目的是要为人类和有益生物研制出疗效显著、安全可控的现代化中药以最大限度增强健康。在我国中药指纹图谱研究的起步阶段把研究工作的重点放在了药材上，把制剂指纹图谱的研究放在了一个次要位置，忽视制剂工艺研究和药效、药代动力学的研究。实际上，单纯药材指纹图谱研究不能代表中药整体，更不是抓住了药材源头就解决了中药现代化。药材的品质问题有可能通过建立标准提取物投料方式，以指纹图谱技术进行质控而加以解决。中药指纹图谱学融合了众多现代学科体系的核心技术，义无反顾地以中药现代化为己任。中药指纹图谱学体系的全面成熟发展才是中药走向世界的未来。中药现代化的雄鹰将凭借中药指纹图谱学的劲力而翱翔于蓝天青云，跨越世界医药的朱峰之颠。构建中药指纹图谱学体系的目的是期盼中医药为全人类健康作出更大的贡献，中医药的未来不仅属于中国而是全人类，中医药是中华民族对人类社会的杰出的科学贡献。
作者简介：孙国祥，博士，主要从事中药指纹图谱信息学研究