中国卫生检验杂志2013年7月第23卷第7期Chinese Journal of Health Laboratory Technology,Jul 2013;V01 23 No 7 【论著】 正交试验设计优化小鼠脑组织中1,3一二苯一1,3一丙二酮测定的实验研究 孙生志,陈娟,曹望楠,崔蓉 ,刘晓晓,张宝旭 (北京大学公共卫生学院,北京100191) [摘要] 目的:用正交试验设计法优化测定小鼠脑组织中1,3一二苯一1,3一丙二酮含量的实验条件,提高 测定方法的灵敏度。方法:运用基团贡献法筛选萃取剂,然后采用正交试验设计法优化实验条件。结果:乙 酸乙酯/Triton x一100(90:10,v/v)是小鼠脑中1,3一二苯一1,3一丙二酮的最优萃取剂。当萃取剂体积为 400 tzl,Triton X一100所占体积比为20%,萃取时间为3 min,离心时间为4 min,定容溶液中水所占体积比为 10%时,萃取效率最高。在上述最优的实验条件下测定DPPD的定量下限为2 g/ml;加标回收率为103.5% 112.0%;日内和日问精密度测定结果的相对标准偏差多小于10%。结论:正交试验设计法对测定小鼠脑 中1,3一二苯一1,3一丙二酮含量的实验条件的优化效果令人满意,建立的检测方法能够很好地满足实际测 ~定的需求。 [关键词] 1,3一二苯一1,3一丙二酮;基团贡献法;正交试验设计;高效液相色谱 [中图分类号] R969.1 [文献标识码] A [文章编号] 1004—8685(2013)07—1652—05 Research on optimization of experiment conditions for determination of 1,3一diphenyl一 1.3一propanedione in mouse brain with orthogonal experiment design SUN Sheng—zhi,CHEN Juan,CAO Wang—n0凡,CUI Rong ,LIU Xiao—xiao,ZHANG Bao一 (School of Public Health,Peking University,Beijing 100191,China) [Abstract] Objective:To optimize the experiment conditions for the determination of 1,3一diphenyl一1,3一pr0. panedione in mouse brain with orthogonal experiment design and to improve the sensitivity of the measurement meth— od.Methods:The best extraction agent was selected by group contribution method and then the experiment condi. tions were optimized with orthogonal experiment design.Results:The best extraction agent for 1,3一diphenyl一1,3 一propanedione in mouse brain was ethyl acetate/Triton X一100(90:10,v/v),and the extraction efficiency was the highest when the extraction agent volume was 400 Ixl,the ratio of Triton X一100 was 20%,the extraction time was 3 min,the centrifugation time was 4 min and the ratio of water in constant volume solution was 10%.The lower quantitative limit of DPPD was 2 g/ml,the recovery were 103.5%~1 12.0%,and most of relative standard devi— ation of intra—day and inter—day precision were allless than 10%under the optimized conditions.Conclusion: The optimization results was satisfactory when applying orthogonal experiment design to optimize the experiment con- ditions for the determination of 1,3一diphenyl一1,3一propanedione in mouse brain.The method can satisfy the needs of actual test. [Key words] 1,3一diphenyl一1,3一propanedione;Group contribution method;Orthogonal experiment design; High performance liquid chromatography 1,3一二苯一1,3一丙二酮(DPPD),无色至浅黄色 斜方形片状结晶,是从甘草中提取的一种成分(结构式 见图1)。研究发现,DPPD具有抑制DMBA(7,12一dim— ethylbenz[a]anthracene)诱导肿瘤的作用 ,也具有抗 炎的作用 。同时,有研究显示DPPD对小鼠急性肝损 伤具有保护作用,其可能的机制是DPPD可以促进肝内 GSH的合成,使其抗氧化损伤功能增强 。近期的研究 也表明DPPD具有抗内质网应激和氧化应激的神经保护 [作者简介] 孙生志(1987一),男,山东,硕士研究生,从事环境 及生物样品理化检验分析研究。 通讯联系人,E—mail:cuirongl9@sohu.corn 因子 。因此,DPPD有望成为治疗上述疾病的备选药 物。然而,有关DPPD的药代动力学研究仍较少 ~ ,特 别是有关DPPD在脑部的分布、代谢情况的研究目前尚 未见报道。究其原因可能有两个:其一:DPPD的上述生 物学功能是近几年发现的,其实际的临床应用仍在探索 之中;其二:由于血脑屏障的存在,用药后DPPD进入脑 组织的量非常少,因此对检测方法提出很高的要求,特 别是实验的前处理条件。为进一步揭示DPPD的药代动 力学特点和规律,为研发新药提供必要的基础实验数 据,建立准确灵敏的脑组织中DPPD含量的检测方法是 当前亟待解决的问题。 中国卫生检验杂志2013年7月第23卷第7期Chinese Journal of Health Laboratory Technology,Jul 2013;Vol 23 No 7 1653 ~}I  8。 图1 1,3一二苯一1,3一丙二酮(1,3一diphenyl一1。 3一propanedione,DPPD) 生物样品中目标物质的有效提取是样品前处理过 程中至关重要的实验步骤。萃取剂的选取一般根据相 似相溶的原则,但相似程度常难以准确掌握。较为严密 的方法是采用溶解度参数予以判断,它可使“相似相溶” 的经验定量化。溶解度参数常用的估算方法是基团贡 献法 。 。 取出脑组织,用生理盐水洗净表面的血液后,用滤纸吸 干后称重,按500 m IIll生理盐水匀浆。脑匀浆保存于 80℃冰箱,待测。 取100 l空白小鼠脑组织匀浆或加标小鼠脑组织 匀浆,加入400 g/ml的内标溶液10 l,萃取剂200 l, 室温下涡旋混匀1 min或超声提取15 min,12000 r/min 离心3 min。上层溶液转入到干净的管中,室温下氮气 吹干,残渣用200 甲醇+水(6+1,v/v)溶解,混匀2 min,0.45 m尼龙过滤器过滤,测定并记录DPPD的色 谱峰面积A 。 1.3.2标准溶液的制备 分别取2 mg/n'a的DPPD标 一正交试验设计是一种适用于多因素、多水平的试验 设计方法,可从全面试验的水平组合中挑选出一部分有 代表性的“点”进行试验,同时对所得的实验结果进行统 计分析,从中得到试验因素的最优水平组合,具有很高 的工作效率 m 。 本实验采用基团贡献法筛选DPPD的备选萃取剂, 应用正交试验设计法优化小鼠脑组织中1,3一二苯一1, 3一丙二酮含量测定的实验条件,同时,对建立的高效液 相色谱测定方法进行了论证,实验结果令人满意,能很 好地满足实际测定的需求。 1材料与方法 1.1仪器 Waters高效液相色谱仪包括Waters 1525 Binary HPLC Pump,Waters 717 puls Autosampler,Waters 2487 Dual Absorbante Detector(Waters科技有限公司);TGL 一16G台式离心机(上海安亭科学仪器厂);FA(N)/JA (N)系列电子天平(上海民桥精密科学仪器有限公司); BF2000氮气吹干仪(北京八方世纪科技有限公司);XW 一80A旋涡混合仪(海门市其林贝尔仪器制造有限公 司);D一130型手持式超细匀浆器(德国Wiggens公 司)。 1.2试剂 1,3一二苯一1,3一丙二酮(DPPD)标准品(纯度 99%,德国Merck公司);内标物2一氰基一3,3一二苯基 丙烯酸一2一乙己酯(纯度95%,日本TCI公司);甲醇 (纯度≥99.9%,美国Honeywell B&J公司);乙酸乙酯 (纯度I>99.5%,北京化工厂);冰醋酸(纯度≥99.5%, 北京化工厂);乙醚(分析纯,北京化工厂);乙腈(纯度 >99.9%,Bur1dick&Jackson公司);Tritonx一100(纯度 1>99.0%,天津市光复精细化工研究所);三氯甲烷(纯 度≥99.0%,北京化工厂)。 DPPD、2一氰基一3,3一二苯基丙烯酸一2一乙己酯 标准储备液:分别称取DPPD和2一氰基一3,3一二苯基 丙烯酸一2一乙己酯标准品20 mg,于10 llll容量瓶中用 甲醇定容,其浓度均为2 mg/mi。内标物标准应用液:取 内标物储备液(2 mg/m1),用甲醇将其稀释至400 g/ml。 实验动物,雄性健康的ICR小鼠,SPF级,体重22 g 一24 g,由北京大学医学部实验动物中心提供。 1.3 实验方法 1.3.1 样品预处理 将小鼠脱臼猝死,在冰面上迅速 准溶液和400 g/ml的内标溶液各l0 ,加入200 l甲 醇+水(6+1,v/v)溶解,混匀2 mir,,0.45 m尼龙过滤 器过滤,测定并记录DPPD的色谱峰面积A 。 1.3.3 工作曲线的绘制 取一定体积的DPPD标准储 备液(2 re#m1),用甲醇分别配制浓度为2 g/IIll,5 g/II1l,10 g/ml,100 g/ml和400 ml的DPPD标准 溶液。取100 wl空白脑组织匀浆,分别加入上述不同浓 度的DPPD标准溶液和内标溶液(400 g/m1)各10 1, 配制标准系列。以DPPD的浓度为横坐标,DPPD与内 标物峰面积比为纵坐标,绘制工作曲线,计算回归方程。 1.3.4 色谱条件 色谱柱:Waters Symmetry C18柱 (250 mm×4.6 mm,5 m);保护柱:Waters Symmetry C18 (20 mill×3.9 mm,5 Ixm);紫外检测波长:332 nm;流动 相:含2%乙酸的甲醇+水(6+1,v/v);流速:0.7 ml/min;室温:24℃;进样量10 1。 1.3.5小鼠给药后DPPD的测定随机选取7只雄性 健康的ICR小鼠,SPF级,体重为20 g一22 g,由北京大 学医学部实验动物中心提供。DPPD溶于1%的吐温80 中,配成浓度为25 mg/ml的DPPD混悬液。小鼠实验 前,先于动物房饲养2 d。小鼠灌胃DPPD 800 mg/kg,给 药后5 h,取脑组织。加入500 ms/m1的生理盐水匀浆, 在正交试验设计法优化的实验条件下,采用高效液相色 谱法测定DPPD含量。 1.3.6数据处理实验数据采用Excel 2007与JMP9.0 进行作图和统计分析。 2结果与讨论 2.1萃取剂的选择 本研究采用基团贡献法计算溶解度参数。根据DP. PD的分子结构式,由Small基团贡献法 “ 可计算其溶解 度参数,如表1所示。 表1 DPPD中基团的摩尔体积和摩尔吸引常数 6=2F =22.29式中6为溶解度参数, 为摩 尔吸引常数[(Cal・cm。) mol ], 为摩尔体积(cm / 1654 中国卫生检验杂志2013年7月第23卷第7期Chinese J0umal 0f HeMth Laboratory Technology,Jul 2013:Vol 23 N0 7 mo1)。利用上式可计算得到DPPD的溶解度参数为 22.29。根据溶解度参数相近的原则初选能用于萃取 DPPD的有机溶剂(见表2)。 表2筛选的有机溶剂及其溶解度参数 结合相关文献的报道,确定备选的萃取剂:乙酸乙 酯 、乙酸乙酯/甲醇(95:5,v/v) 、乙醚/甲醇(5:95, v/v)、乙腈 、三氯甲烷和乙酸乙酯/Triton X一100 (90:10,v/v)。样品处理方法同2.1,高效液相色谱法测 定。以选择不同萃取剂时测得的DPPD的峰面积作为考 察指标,优选萃取剂。 同时,为了研究超声对萃取效果的影响 ,本实验 考察了以甲醇和乙酸乙酯作为提取试剂,超声萃取15 min的实验效果。l 2 3  4 2.2萃取剂选择的结果 不同萃取剂萃取所得的DPPD的一次提取回收率最 1 2 3 4 高可达80.31%;超声萃取15 mi∞ ∞ ∞ ∞ n与涡旋混匀1 min的 提取效果无明显差异。结果见图2。故本实验确定乙酸 乙酯/Triton X一100(90:10,v/v)为小鼠脑组织中DPPD 的最优萃取剂。 _ _ - I - ・ 。 注:提取回收率:(Al/A )×100%。 图2不同萃取剂的一次提取回收率 2.3正交试验设计 根据笔者经验和预实验结果,选取对萃取效果影响 较大的萃取剂体积(A),Triton X一100所占体积比 (B),萃取时间(C),离心时间(D)和定容溶液中水所占 体积比(E)作为考察的实验因素,每个因素设置4个水 平,按L (4 )正交表进行试验,因素水平见表3。以 DPPD峰面积为考察指标,每个组合取3个平行样,以测 定结果的平均值作为该组合的实验结果,确定从小鼠脑 组织中提取DPPD的最佳水平组合。 表3五因素及其各水平取值 ^冀v惜 血 ● ∞∞ ∞∞∞:i:柏"0 5 ∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞ 10 1O 15 l5 2O 20 25 2.4正交试验结果 2.4.1 正交试验结果的极差直观分析试验过程中, 为进一步提高萃取效率,小鼠脑组织中DPPD采用乙酸 乙酯/Triton X一100(90:10,v/v)提取两次,表4给出了 正交试验的分析结果。对试验结果进行极差分析,可知 各因素对DPPD峰面积的影响各不相同(参见图3)。影 响DPPD峰面积的诸因素的排序为:E>B>A>C>D; 各因素的最优水平组合为A B c D E,。 表4正交试验结果及极差分析 1 100 5 1 2 1O 63.05 2 100 10 2 3 15 66.16 3 100 15 3 4 20 69.94 4 100 20 4 5 25 61.9O 5 200 5 2 4 25 64.01 6 200 10 1 5 2O 67.59 7 200 15 4 2 15 73.89 8 200 20 3 3 10 86.67 9 300 5 3 5 15 69.52 10 300 10 4 4 10 76.89 11 3oo 15 1 3 25 64.3O 12 300 2O 2 2 20 78.62 13 400 5 4 3 20 66.47 14 400 10 3 2 25 71.39 15 400 15 2 5 1O 8O.69 16 5 5 6 5 5 5 6 7 6 6 5 6 5 6 7 6 5 7 l 4 5 9 4 5 O 7 6 8 8 2 O 7 1 8 l O 9 0 5 7 7 1 1 7 O 3 5 2 0 l 2 9 4 6 7 4 4 9 8 0 8 8 1 9 0 7 5 7 O 7 2 0 9 8 9 7 6 8 2 8 3 6 3 5 4 5 2 1 9 3 8 3 5 5 9 3 400 20 1 4 15 77.01 T1 22814o7 2298771 2376558 25a7683 2685515 T2 2553202 2464718 2529783 2478339 2504380 B 2528453 2524002 2600037 2515623 2469866 L 2582862 2658432 2439545 44278 2286162 M1 570352 574693 59414O 626921 671379 M2 638301 616180 632446 619585 626095 M 632113 631O0o 650009 628906 617467 Md 645716 664608 609886 611O70 57154l Ran ,R 75364 89915 55870 17836 99838 因素排序 E>B>A>C>D 最优水平 A4 B4 c3 D3 E1 最优组合 A4 B4 C3 D3 El 注:T:各因素不同水平下测得的DPPD峰面积之和;M:各因素不 同水平下测得的DPPD峰面积的均值;R:极差。 正交试验设计的极差直观分析可给出各因素不同 水平的最优组合,但无法考查各因素间的交互作用,为 进一步寻求更准确的最优组合,需要对试验结果进行统 计分析。 中国卫生检验杂志2013年7月第23卷第7期Chinese Journal of Health Laboratory Technology,Jul 2013;Vol 23 No 7 1655 ■◆ -_0T萃离水rit取心所on荆时占X 阐体10积所 占体积比 图3各因素对DPPD峰面积的贡献图 图中单元格的线条为点线而非实线。从图中可以看出 萃取剂体积与离心时间,Triton X一100所占体积比与定 容溶液中水所占体积比,Triton X一100所占体积与离心 时间之间的交互作用相对比较明显,而离心时问与定容 溶液中水所占体积比之间的交互作用不明显。 ,.监林^— 旁一 2.4.2 正交试验结果的统计分析对A、B、c、D、E五 因素进行逐步响应面回归拟合,以最小BIC为逐步回归 分析的停止规则。结果,A、B、D、E四因素被选人拟合模 二> <: 器 型。拟合模型中各参数的检验见表5。 表5拟合模型参数检验表 截距 679939 40049 16.98 <0.001 A 83 63 1.33 0.255 B 5029 666 7.55 0.002‘ D 一3823 3176 —1.2 0.300 E 一9146 1105 —8.28 O.oo1’ (A一250)(A一250)l 1 0.93 0.400 (A一250)(D一3.5) 一166 50 —3.3 0.030 (B一12.5)(D一3.5) 一4009 2141 —1.87 0.135 (D一3.5)(D一3.5)4990 4005 1.25 0.280 (B一12.5)(E一17.5) 一609 148 —4.11 0.015 (D一3.5)(E一17.5) 一788 1421 —0.55 0.609 (E一17.5)(E一17.5) 394 257 1.54 0.200 模型 F=26.3。P=0.003’ 注:A:萃取剂体积( 1);B:Triton x—100所占体积比(%);D:离 心时间(min);E:定容溶液中水所占体积比(%)。 P<0.05。 正交试验结果的拟合方程见下式,R =0.99,P< 0.05,方程拟合良好。方程的预测值一实际值参见图4。 r 679939+83A+5029B-3823D一9146B+( —250) -166(A一250)(D-3.5)-4009 一12.5)(D-3.5)+4990(D-3.5)’ -609(8—12.5) 一17.5)-788(D一3.5) 一17.5)+3舛 一17.5)’ 注:P=0.0032,RSq=0.99,RMSE=14205。 图4 DPPD预测峰面积一实际峰面积图 图4中,实线表示拟合的回归方程,两条弯曲的虚 线之间表示回归方程的95%置信区间。与横轴平行的 虚线表示DPPD实际峰面积的均值线,其与回归方程的 95%置信区间相交表示回归方程显著。 图5所示为各因素间的交互作用。交互作用的显 著性以非平行线表示,两条非平行线间夹角越大说明交 互作用越显著。当模型中没有交互作用项时,交互作用 >一 \\、\ 二二 :> \ : / ~~一一lO /蝻 ■÷采衙占*瓤比 b ~8 图5各因素的交互作用图 对所得的拟合方程用JMP中的刻画器进行最大化 优化,可得优化条件:A,400 l;B,20%;D,2 min;E, 10%。各因素中,E因素与B因素对实验结果的作用显 著,且E因素的作用大于B因素,此结论与极差分析的 结果一致,可推断极差分析优化所得的因素水平组合 可信。 试验结果表明增加萃取剂的体积有助于提高DPPD 在萃取剂中的扩散;同时,在一定时间范围内,延长时间 可使DPPD在两相中达到平衡,提高萃取效率。但当萃 取液达到一定浓度,DPPD在小鼠脑组织和萃取剂中已 达到平衡,再无限延长萃取时间已没有实际意义,故本 实验将萃取时间设为3 min。萃取剂中Trion X一100所 占体积比越大,萃取效果越好,其可能的机理是DPPD中 含有两个羰基,这些基团可与Triton X一100中亲水性部 分的氧乙烯(EO)基通过氢键结合,增加其稳定性,使其 溶量增长,本实验将Trion X一100所占体积比定为 20% 。离心时间长有利于离心后上清液的提取,由于 DPPD溶解于上清液中,故萃取效果将更好,但离心时间 超过一定值时,萃取效果已无明显变化,故将离心时间 设为4 min。定容溶液中水所占的体积比越小,萃取效 果则越好,其原因可能是DPPD极微溶于水,极性较小, 随着定容溶液中水所占体积比的增:大,定容溶液极性变 大,DPPD的溶解性将降低。因此本实验选择定容溶液 中水所占体积比为10%。最终确定优化的实验条件为: 萃取剂体积400 1,Triton X一100所占体积比20%,萃 取时间3 min,离心时间4 min,定容溶液中水所占体积比 10%。 2.5验证性实验 按照前文统计分析所得的最优实验条件进行实验, 小鼠脑组织中DPPD的提取效率可达93.65%。 2.6 最优化实验条件下方法的论证结果 2.6.1 方法的特异性实验实验方法见2.5,小鼠800 mg/kg灌胃5 h后,脑组织中DPPD的色谱图见图6。 1656 中国卫生检验杂志2013年7月第23卷第7期Chinese Journal ofHealth Laboratory Technology.Jul 2013;Vol 23 No 7 图6 800 mg/kg灌胃5 h后。小鼠脑组织中DPPD的色谱图 如图所示,DPPD和内标物峰形良好,可完全分离, 组织中的内源性物质不干扰测定。 2.6.2 工作曲线的线性范围 本法线性范围为2 g/m1~400 Wg/ml,回归方程为y=0.0068x+0.0029,相 关系数为0.9996。 2.6.3 准确度实验结果在空白脑组织匀浆中分别加 入低、中、高3种不同量的DPPD标准溶液进行加标回收 实验。相同实验条件下,每种浓度做6个平行样,DPPD 的加标回收率为103.5%一112.0%,可满足卫生分析的 要求。 2.6.4精密度实验结果用空白脑组织匀浆分别配制 低、中、高3种不同浓度的DPPD标准溶液,按照样品测 定方法进样分析。1 d内,相同实验条件下,每种浓度做 6个平行样,测定日内精密度;相同实验条件下,每种浓 度做6个平行样,连续测定3 d,测定日间精密度。日内 测定结果的相对标准偏差(RSD)为3.2%一7.9%;日间 兄 为6.3%一13.4%。 [参考文献] [1]Lin CC,Ho CT,Huang MT,et a1.Mechanistic studies on the inhibi— tory action of dietary dibenzoylmethane,a beta—diketone analogue of curcu min,on 7,12一dimethylbenz[a]anthracene—induced mfl3n— mary tumorigenesis[J].Proceedings of the National Science Council, Republic of China.Part B,Life sciences,2001,25(3):158. 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