基于核磁共振成像的中药药性与大鼠机体影像学表现的相关性研究

余国姗， 俞仲毅

（上海中医药大学科技实验中心，上海 201203）

基于中药药性理论对中医临床的重要性，国内对中药药性进行了长期大量的研究，但相关研究几乎均局限于体内生化物质的研究。由于生化物质种类繁多，相互作用复杂，不得已采用的研究模式大多是分割式的，或研究局部的、或研究特定类别的生化物质，试图应用多学科最新技术分别阐述四气、五味或归经的现代科学内涵，迄今形成了众说纷纭的局面。这样分割式的研究形成了目前中药药性研究既不符合传统药性理论整体性的局面，也未能在指导临床应用方面发挥很好的作用。一般而言，药理学的任务首先需要定位药物的作用部位，然后才研究其作用机制和作用原理等问题。另一方面，生物整体的状态变化取决于其内部有序结构（器官、组织、细胞等）的机能变化。器官组织机能变化是整合整体反应与分子作用机制研究的桥梁。因此，笔者认为，中药药性作用的问题，首先应当解决其作用部位这一关键问题，之后才能进一步以研究其作用机制和作用原理等为主题。

核磁共振成像（MRI）能无创地从整体形态结构及其功能变化提供诊断信息，具有较好的组织分辨率和任意层面成像的优势。MRI图像上，组织中的自由水产生较暗的影像，并且组织局部血流可以产生“流空现象”，血流速度越快影像则较暗，二者共同表现了局部组织的机能比较旺盛。本研究选择常用的包含所有药性的32味中药，采用单次给药方式，以机体整体为研究对象，应用MRI对中药药性与器官组织之间的联系进行研究，拟通过对图像中不同器官组织的灰度值的变化分别进行简单相关和典型相关分析寻找二者间的联系，结果报道如下，期望能为中药药性研究提供参考。

1 材料与方法

1.1动物144只Wistar雄性清洁级大鼠（200～250 g），购于上海西普尔——必凯实验动物有限公司，动物使用许可证号：SYXK（沪）2014-0008。动物实验严格遵守上海中医药大学实验动物伦理委员会要求。

1.2药物根据2010版《中华人民共和国药典》选取32味常用的、药性歧义较少又分属不同功能主治的中药，能够涵盖所有药性并保证每种药性至少出现3次。选取的中药信息见表1。32味中药除芒硝购自上海养和堂中药饮片公司外均购自中国药品食品鉴定研究院。

表1 实验用32味中药药性信息Table 1 The data of properties of the thirty-two kinds of Chinese medicines

1.3仪器与试剂uMR 560核磁共振成像仪（上海联影医疗科技有限公司）；自制大鼠固定器；Sartorius CP255D电子分析天平（德国赛多利斯公司）。乌来糖（乌拉坦，国药集团化学试剂有限公司，批号：20140422）；氯化钠（国药集团化学试剂有限公司，批号：16111501）。

1.4给药方法将144只大鼠体质量均衡后随机分为16组空白对照组和32组用药组（1组1味药），共48组，每组3只。大鼠在实验前1 d均禁食不禁水。用25%乌拉坦（4 mL/kg体质量）将大鼠腹腔麻醉后，单次灌胃给药。给药剂量以临床成人每天用量按体表面积折算成大鼠用量，临用时以饮用水配制成所需浓度的悬液。空白对照组给予等体积的饮用水。实验均在室温25℃下进行。

1.5核磁共振成像检测每次扫描选取2组用药组和1组空白对照组大鼠，将其麻醉后置于固定桶内，后将其以俯卧位放置于扫描床上，采用16通道头颈联合线圈，序列重复时间（TR）750 ms，回波时间（TE）186 ms，扫描层厚2.0 mm，层间距50 mm，对给药后0、1、2、4 h的大鼠进行T2-Flair加权像扫描。核磁成像检测均在上海中医药大学附属曙光医院东院11号机房的1.5T核磁共振成像仪上完成。

1.6统计方法采用Matlab 2017软件对核磁共振灰度图像进行灰度值提取，并用Excel 2007进一步对数据进行归一化、去噪等处理。根据局部形态及解剖位置，获取各器官组织（脑、咽喉、前爪、前肢肌、颈部肌、颈脊髓、胸腺、心脏、肺脏、肝脏、腹脊髓、胃、肾脏、小肠、大肠、盆脊髓、附睾、睾丸、后肢肌、后爪）4个时间点的灰度平均值。采用SPSS 21.0统计软件进行重复测量的方差分析，若数据符合Huynh-Feldt条件则使用单因素方差分析，若不符合则采用MANOVA方法。最后用Matlab 2017软件对药性和灰度值数据进行典型性相关分析[1]，以P＜0.05为差异有统计学意义。典型相关分析基本原理见文献[2]。

2 结果

2.1核磁共振图像因图片数量较大，所以仅选取大黄1味药1只大鼠的脑核磁图与对应空白对照组的1只大鼠脑核磁图进行展示。见图1。

图1 核磁共振图像例释Figure 1 Examples for magnetic resonance images

2.2药性与器官组织机能变化相关分析结果采用SPSS 21.0统计软件进行简单相关分析的结果均为差异无统计学意义（P＞0.05），器官灰度值——时间点——药性的三维关系图可更直观地显示这一结果，参见图2。

图2 中药药性与器官组织机能变化相关分析Figure 2 The correlation analysis of the property of Chinese medicine with the function of organ tissues

因简单相关分析不能找出药性——时间点——灰度值之间的相关关系，之后进行了典型相关分析，结果显示有2对典型变量具有统计学意义（P＜0.05）。典型相关分析基本变量说明：药性X（X1、X2.....X26）；器官灰度值Y（Y1、Y2.....Y80）。见表2。

含有X、Y线性组合的新的2对典型变量中原变量在典型变量上的得分见表3和表4，其中得分较高的药性和器官组织灰度值见表5。

从表3、表4可知2对典型变量都有很高的典型相关系数，说明2对典型变量都有较强的相关性，且药性中得分较高的都集中在五味、归经、升降浮沉。由表5可知：第1对典型变量中辛、苦、甘、心包经、浮、降和器官组织脑、咽喉、颈部肌、肺脏灰度值的得分较高，其中以浮性和脑组织最高；第2对典型变量中降、胃经、大肠经、肾经、三焦经和器官组织脑、咽喉、前爪、前肢肌、颈部肌、颈脊髓、肾脏、大肠、盆脊髓、睾丸灰度值有较高的得分。

表2 典型相关基本变量X、Y说明Table 2 The declaration of variable X，Y of canonical correlation

表3 第1对典型变量中原变量在典型变量上的得分和典型相关系数Table 3 The scores of origin variables in the first pair of typical variables and canonical correlation coefficient

3 讨论

本次实验采用单次给药方式主要是考虑药效作用，如果是多次给药会使得药物作用与多次给药时机体反作用发生重叠，不利于分析药物的效应，本次研究假设药性与药效作用密切相关，所以这是我们首先想观察的问题。机体对药物的反作用，除了药物的消除速率变化（增加或减少）以外，还有药物耐受性（机体反应减弱）问题，比如麻黄碱、垂体后叶素作用于机体后，机体可出现快速耐受性。考虑到每味中药都是一个复方，含有许多单体成分，每种药性与单体成分的关系目前尚不明确，因此只能笼统地考虑机体对药物的可能反作用。

依据西药对药物作用部位的习惯认识，故中药药性的作用与某些器官组织应该有特定的联系。但是，本次实验结果的简单相关分析表明，中药某个药性的作用，与特定的器官组织未发现有一一对应的关系，提示药性的作用之间存在一定数量的相互作用，这体现了中药药性的整体性特点。

第1对典型变量显示部分五味、升降浮沉对器官组织灰度值有较强影响的都集中在机体颈以上的部分，且没呈现出延续性的影响。在药性典型变量方面以“浮”性的相关系数最高，在器官组织方面，以脑部、咽喉、颈部肌和肺脏的机能变化较明显，提示“浮”性与脑部、咽喉、颈部肌、肺脏的机能变化关系密切。“浮”与脑、颈部肌灰度值呈负相关，即促进了脑、颈部肌的机能活动，同理，“浮”性抑制了咽喉和肺脏的机能活动。同时“辛味”、“苦味”、“甘味”、“归心包经”、“降”也有一定程度的影响作用，并且“辛味”、“降”与其他药性作用相反。升浮药上行向外、沉降药下行向内[3，4]，器官组织自上而下作出反应的时间是逐渐增加的，但影响作用的大小没有逐渐增强或减弱，由此可推测浮性的作用时间比降性更短，且用药后的效果是以“浮”性为主，其他多种药性为辅。

表4 第2对典型变量中原变量在典型变量上的得分和典型相关系数Table 4 The scores of origin variables in the second pair of typical variables and canonical correlation coefficient

第2对典型变量中得分值较高的主要是归经（归胃经、归大肠经、归肾经、归三焦经），对器官组织的影响分布在全身。在药性典型变量方面以“归肾经”的相关系数最高，在器官组织方面，以颈部肌、颈脊髓、肾脏、脑等的机能变化较明显，提示“归肾经”与肾脏、脑、颈脊髓、颈部肌等多个器官组织的机能变化关系密切。“归肾经”对颈部肌（4 h）的促进作用是最强的，对颈部肌（1 h）有相对较强的抑制作用，与其他时间点的颈部肌相关性较弱；“归肾经”对脑（1 h）的抑制作用弱于对脑（2 h）的促进作用，而对其他时间点的脑没有明显的影响；“归肾经”对前爪（2 h）的抑制作用强于对前爪（1 h）、前爪（4 h）的促进作用。同时，“降”、“归大肠经”、“归三焦经”等药性也有一定程度的影响作用，辅助“归肾经”，共同发挥对机体各器官组织的作用。各器官组织大部分都不止在一个时间点受到影响，与第1对典型变量中“浮”不同，“归肾经”存在时——效特点，或者说五味、升降浮沉与归经在时——效上存在区别。

表5 得分较高的药性和器官组织灰度得分值Table 5 The grey scale scores of drug property and organs and tissues with higher scores

第1对典型变量和第2对典型变量两种不同的器官组合反应或可用来识别区分“浮”和“归肾经”。2对典型变量有较高得分值的器官灰度在器官上会有重复，但在时间点上并没有重复，比如“浮”与脑（0 h）、颈部肌（3 h）相关性较强，而“归肾经”与脑（1 h）、脑（2 h）、颈部肌（1 h）、颈部肌（4 h）相关性较强。器官组织对“归肾经”相对“浮”的反应时间都较长。这说明“浮”和“归肾经”既相似又有区别，或者说各药性作用既相似又有区别，相似性在于可能作用于同一个器官组织，不同点在于起效时间和作用时间的长短。

综上所述，中药药性是有其确切的形态学基础的，但都不是绝对的一一对应的关系，可能由某一种药性作为主导，其他药性相辅或相佐共同发挥作用，中药复方存在君臣佐使的关系，一味中药的不同药性同样也可能存在君臣佐使的关系。药性之间存在大量的相互作用，器官组织在药性作用下，也形成大量的相互作用关系。因此认为药性与器官组织的联系是一种药性整体与器官组织整体的联系，是一种药性和器官组织在其中的参与程度不同的联系，这也可能是许多研究者认为今后不宜再将寻求脏腑、证候等现代指标的特异性作为研究目标的深层次的原因[5]。不同典型相关关系的器官组织可能由不同的药性成分产生作用，或通过不同的作用机制来实现。而同一个器官组织的4个时间点不在相同典型相关关系中的，表明药性影响该器官组织的作用机制可能是不同的。相同药性的作用，可能由多种药性成分，或通过多种作用机制来实现。药性及其引起的机体反应的复杂性由此可见一斑，希望本次研究能够抛砖引玉，让广大研究者在中药药性研究中有所启发。