电化学分析技术在中药物质基础研究中的应用Δ

徐飞，陈娟，吴启南（南京中医药大学药学院，南京市210046）

中药是我国传统医学的重要组成部分，但我国中药出口仅占世界天然药物贸易的3%左右，且大部分为原料药和保健药。其原因在于缺乏现代科学分析手段对中药的物质基础进行深入细致的系统研究，使得原药质量检验、有效成分提取、制剂质量监控、药效病理毒理研究等方面均落后于发达国家。电化学分析是根据物质在溶液中的电化学性质及其变化建立的一类分析方法，以电导、电位、电流和电量等电参数与被测物含量的关系作为计量的基础。其灵敏度及准确度都很高，因具有选择性好、操作方便、分析速度快、适用面广等特点，已成为中药物质基础研究的常用手段。本文综述近年来电化学分析技术在中药物质基础研究中的应用，以期随着传统中药研究的进一步深入，各种电化学分析手段将发挥更大的作用。

1 电化学分析技术在中药有效成分研究方面的应用

中药的有效成分大致可分为糖和苷类、醌类、苯丙素类、黄酮类、萜类、生物碱等几大类。这些物质在分子结构上大都带有电化学活性基团（如碳碳共轭双键、碳卤键、羰基、硝基、亚硝基、偶氮基等）。从原理上讲，凡含有这些电化学活性基团的中药有效成分均可用某一合适的电化学技术予以研究。

1.1 生物碱

生物碱指来源于生物界（主要指植物界）的一类含氮有机化合物，多具有显著生物活性。大多数有较复杂的环状结构，氮原子结合在环内。以玻碳电极为工作电极时，秋水仙碱[1]、小檗碱[2]、荷叶碱[3]、槐定碱[4]发生完全不可逆的氧化过程，荷叶碱的氧化产物在电极上有弱吸附，槐定碱的氧化峰是两电子、两质子的不可逆扩散氧化波。羟喜树碱[5]发生受吸附控制的准可逆两电子转移电极反应。苦参碱类生物碱[6]中苦参碱和槐定碱会产生一个不可逆氧化峰，而相同条件下氧化苦参碱和氧化槐定碱均无氧化峰出现。在不同阳离子胶束体系中槐定碱和苦参碱的氧化峰电流均有所降低，氧化峰电位均发生正移[7]。碳纳米管修饰电极对胡椒碱的还原反应具有明显的催化作用[8]。多壁碳纳米管修饰玻碳电极对苦参碱的电化学氧化具有良好的催化作用[9]。长春新碱[10]在β-环糊精修饰电极表面上发生受吸附控制的不可逆还原过程，在中性介质和较低温度下，该修饰电极对长春新碱的电活性起催化作用。

1.2 苯丙素类化合物

苯丙素类化合物是中药中常见的芳香族化合物，包括简单苯丙素类、香豆素类、木脂素类。岩白菜素[11]在玻碳电极上发生不可逆的氧化反应，为两电子、两质子过程。和厚朴酚[12]在汞电极上的吸附具有中性分子吸附的特征，产生2个还原峰，分别对应于分子中酚羟基邻位上和对位上的碳碳双键的还原。活化玻碳电极对丁香酚的氧化还原有催化作用[13]。

1.3 黄酮类化合物

黄酮类化合物类型多样，具多方面的生物活性。泛指2个苯环通过3个碳原子相互联结而成的化合物。木犀草素[14，15]在玻碳电极表面发生的电极反应是吸附控制的准可逆两电子转移过程，在自制修饰碳糊电极上存在一对可逆的氧化还原峰，其半波电位与酸度成线性关系，电子转移数目对酸度有依赖性[16]。芦丁[17]在玻碳电极上发生一个受吸附控制的准可逆两电子过程，在碳糊电极上的电极过程为一受扩散控制的两电子、两质子参与的准可逆过程[18]，有序介孔碳修饰热解石墨电极对其具有良好的电催化氧化作用[19]。芦丁修饰玻碳电极的电极反应机制为电化学-化学-电化学偶合反应（ECE）过程，此修饰电极对抗坏血酸有良好的催化氧化作用，而对高锰酸钾（KMnO4）有良好的催化还原作用[20]。多壁碳纳米管膜修饰电极能显著提高灯盏花素的氧化峰电流[21]。槲皮素[22]在多壁碳纳米管修饰碳糊电极上的电极过程为一受吸附控制的两电子、两质子参与的准可逆过程。花旗松素[23]在玻碳电极上出现一组准可逆氧化还原峰，在低速扫描时受吸附控制，电子转移数n值的变化受扫速影响很大。水飞蓟宾在玻碳电极上产生阴极还原峰[24]。黄芩苷[25]、大豆黄素[26]在玻碳电极上均出现一受吸附控制的不可逆氧化峰。柚皮苷[27]在滴汞电极上发生具有吸附性的两电子不可逆还原过程。

1.4 醌类

醌类化合物是中药中一类具有醌式结构的化学成分，具有抗菌、止血、抗病毒、扩张冠状动脉等作用。大黄素[28]在滴汞电极上进行两电子、两质子的准可逆聚合反应过程。紫草素[29]在悬汞电极上进行可逆的扩散过程。大黄酸[30]在酸性溶液中玻碳电极上出现一明显的还原峰，峰电流与扫描速率呈线性关系，峰电位与扫描速率的对数值、一定范围内的pH值呈线性关系。丹参酮ⅡA[31]可在玻碳电极上进行两电子的可逆过程。芦荟苷[32]在玻碳电极上的电极过程具有吸附性和不可逆性。芦荟大黄素在铂电极上发生准可逆的双电子转移过程，溶剂对芦荟大黄素的电化学性能有很大的影响。

1.5 萜类

萜类化合物化学结构多样，在中药中分布广泛，具多方面的生物活性。冬凌草甲素在悬汞电极上发生不可逆的还原过程[33]。姜黄素在玻碳电极上为单电子转移的准可逆电极反应过程，且峰电位与扫速无关。增大扫速，阳极峰发生分裂，氧化产物出现2种构型[34，35]。隐丹参酮[36]在玻碳电极上的反应为可逆过程。

2 电化学分析技术在中药有效成分与生物大分子之间相互作用的应用

在一定条件下，药物分子与生物大分子之间可通过分子间作用力形成超分子化合物，电分析化学法具有简单、快捷、高灵敏度和高选择性等特点，是小分子药物与生物大分子相互作用的重要研究方法。

2.1 与DNA的相互作用

临床上使用的许多抗癌、抗病毒药物都是以DNA为作用靶点，通过与癌细胞或病毒的DNA发生相互作用破坏其结构，进而影响基因调控与表达功能，表现出抗癌或抗病毒性。研究小分子药物与DNA的结合过程，对药物开发和设计以及药物药效的研究都具有重要的意义。芦丁与DNA结合生成一种非电活性的组成为1∶1的超分子化合物，结合常数β＝2.49×105mol·L-1[37]。固定在羟基磷灰石薄膜上的DNA与芦丁之间的相互作用表明，芦丁与DNA之间存在一定的嵌入作用[38]。姜黄素在DNA修饰玻碳电极上与DNA发生相互作用[39]，作用方式为嵌插结合，姜黄素与DNA之间形成了2种化合物：DNA-2curcumin和DNA-curcumin，二者的表观结合常数βs分别为2.34×105L·mol-1和1.48 L·mol-1。pH为4.4时，芦荟大黄素与DNA之间以静电作用为主；pH为6.5和7.4时，以嵌入结合为主，且pH为7.4时，二者形成了一种具有电活性的超分子化合物[40]。木犀草素可嵌入DNA碱基对间形成非电活性的超分子化合物[41]。在中性条件下，DNA最稳定且最容易与隐丹参酮发生相互作用形成一种新的配合物[42]。白藜芦醇与DNA之间的相互作用不应是嵌入式的，而可能是静电吸引的结果[43]。

2.2 与蛋白质的相互作用

小分子药物进入体内以后，将被吸收进入血液，并通过血液转运到目标器官和细胞；在转运过程中，多数小分子药物能与血液中的蛋白质相结合。这种结合在某种程度上对血液中游离态小分子药物的浓度起到调控作用，进而影响小分子药物的转运效率、以及小分子药物的毒性和代谢。因此，研究小分子药物与蛋白的相互作用在医药科学中具有很重要的意义。大黄酚与牛血清白蛋白（BSA）相互作用结合生成一种非电活性的超分子化合物，BSA的存在导致大黄酚氧化还原峰电流降低，峰电位基本不变，峰电流的下降值同所加入的BSA浓度在一定范围内呈线性关系[44]。山柰素与人血清白蛋白（HSA）相互作用也可形成超分子复合物[45]。芦丁对黄嘌呤氧化酶活性没有抑制性，是由于芦丁结构上多一个芸香糖，导致空间位阻加大，阻止了芦丁进入酶活性口袋[46]。低浓度（1 mmol·L-1）番茄碱对乙酰胆碱酯酶有明显的激活作用，高浓度（10mmol·L-1）番茄碱对乙酰胆碱酯酶有明显的抑制作用。

3 结语

电化学分析技术包罗万象，且与其他手段相比，电化学手段具有无可比拟的高灵敏度和选择性，使其在中药方面的应用日益广泛，逐步成为不可或缺的工具，且它独具的绿色环保的特点符合当今发展的要求。但中药成分复杂，且中药成分的电化学行为经常会受到溶液的pH值、溶剂的浓度等因素的影响，导致了其应用的局限性。因此，我们要在现有基础上结合日益更新的现代科学技术，密切关注技术联用的发展动向以及学科之间的交叉联系，从中药的特点出发，对现有电化学分析方法、技术不断加以改进，使其能够更全面、更深入地应用于中药物质基础的研究。

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