中药高效液相色谱指纹图谱在线专家系统设计与应用

Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｓｏｕｔｈ　Ｐｈａｒｍａｃｙ．Ａｕｇｕｓｔ　２００８，Ｖｏ１．６　Ｎｏ．４中南药学２００８年８月第６卷第４期　中药高效液相色谱指纹图谱在线专家系统设计与应用　阎丽丽，剥、国祥　，陈晓辉，毕开顺　，董鸿晔，金杰（沈阳药科大学中药学院，沈阳１１００１６）　摘要：目的设计中药色谱指纹图谱在线专家系统知识库和推理机。方法以中药材甘草为例，推荐其样品预处理　方法、检测方法、分离模式和色谱优化条件。结果利用中药色谱指纹图谱在线专家系统推荐的实验方法建立了甘　草ＨＰＩ　Ｃ指纹图谱，为科学评价与有效控制甘草质量提供了新途径。结论　中药ＨＰＬＣ指纹图谱在线专家系统对　甘草ＨＰＩ　ｃ指纹图谱建立方法推荐真实有效，方案可行，效率高。　关键词：在线专家系统；ＨＰＬＣ指纹图谱；甘草；推理机；知识库；通用方法规则　中图分类号：Ｒ２８４，（）２３４　文献标识码：Ａ　文章编号：ｌ６７２　２９８１（２００８）０４—０４６６—０５　

Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＨＰＬＣ　ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ　ｅｘｐｅｒｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｎ　ｌｉｎｅ　ＹＡＮ　ＩＡ　ｌｉ。ＳＵＮ　Ｇｕｏ—ｘｉａｎｇ　，ＣＨＥＮ　Ｘｉａｏ—ｈｕｉ，ＢＩ　Ｋａｂｓｈｕｎ　，ＩＸ）ＮＧ　ＨｏｎＲｙｅ，ＪＩＮ　Ｊｉｅ（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｐｈａｒｍａｃｙ，　Ｓｈｅｎｙａｎｇ　Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ。Ｓｈｅｎｙａｎｇ　ｌ　１００１６）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ　Ｔｏ　ｄｅｓｉｇｎ　ｔｈｅ　ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ　ｂａｓｅ　ａｎｄ　ｉｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｅｎｇｉｎｅ（ＩＥ）ｏｆ　ｔｈｅ　Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｍｅｄｉｃｉｎｅｉ　ｆｉｎ—　ｇｅｒｐｒｉｎｔ　ｅｘｐｅｒｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｎ　ｌｉｎｅ．Ｍｅｔｈｏｄｓ　Ｌｉｑｕｏｒｉｃｅ　ｗａｓ　ｕｓｅｄ　ａｓ　ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｔｉｓｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｈａｄ　ｒｅｃｏｍｍｅｎ—　ｄｅｄ　ｔｈｅ　ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ，ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ，ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｒｅｓｕｌｔｓ　Ａｆｔｅｒ　ａｐｐｌｙｉｎｇ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｔｉｓｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｎ　ｌｉｎｅ．ａ　ｇｏｏｄ　ＨＰＩ　Ｃ　ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ　ｏｆ　ｌｉｑｕｏｒｉｃｅ　ｗａｓ　ｅｓ—　ｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｔｈｉｓ　ｐｒｏｖｉｄｅｄ　ａ　ｎｏｖｅｌ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ａｎｄ　ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｍｅｄｉｃｉｎｅ．　Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ　Ｔｈｅ　Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｍｅｄｉｃｉｎｅ　ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ　ｅｘｐｅｒｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｎ　ｌｉｎｅ　ｉｓ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ａｎｄ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｒｅｃｏｍ—　ｍｅｎｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＨＰＩ　Ｃ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｍｅｔｈｏｄｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｔｉｓｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｎ　ｌｉｎｅ；ＨＰＬＣ　ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ；ｌｉｑｕｏｒｉｃｅ；ｉｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｅｎｇｉｎｅ；ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ　ｂａｓｅ；ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｇｅｎｅｒａｌ　ｍｅｔｈｏｄ　

色谱指纹图谱是当前国际公认的最有效的全面反映天然　药物质量的控制技术。目前，国内外已有色谱专家系统建立　的报道　，但无在线专家系统　。美国植物协会在其网站　上已经建立了查阅中药指纹图谱的网页，明确列出了３９味　中药的指纹图谱，其只是简单意义上的数据库，役有专家系　统功能。建立合格的中药指纹图谱，需要一个合理的分析方　法、高度重现的仪器、稳定高效的色谱柱，更为重要的是优　化的操作条件。只有具备丰富的指纹图谱研究知识的专家，　才能尽快找到合适的分析方法　。建立中药指纹图谱在线　专家系统能够利用计算机网络共享中药指纹图谱研究成果，　指导众多药学科研工作者顺利、快速、合理地建立中药指纹　图谱；聚合全国或全世界中药指纹图谱研究的数据资源，整　合分析仪器设备，开发服务资源以节约人力物力，加速中药　现代化进程。　１　中药指纹图谱在线专家系统的总体结构设计　由于中药指纹图谱在线专家系统是基于Ｗｅｂ的系统，　因此中药指纹图谱数据库的设计目标是Ｗｅｂ数据库，采用　Ｂ／Ｓ结构模式，由浏览器、Ｗｅｂ服务器及数据库服务器３个　部分组成，中药指纹图谱数据库采用ｓＱＬ　Ｓｅｒｖｅｒ　２０００为工　具，操作系统为Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ　Ｗｉｎｄｏｗｓ　Ｓｅｒｖｅｒ　２００３（Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）ＳＰ２。中药指纹图谱数据库的服务对象主要为在线　专家系统的子系统，即中药基本信息管理、中药指纹图谱谱　图信息管理、中药指纹图谱试验条件信息管理（包括高效液　相色谱法、气相色谱法、毛细管电泳法、薄层色谱法、　ＤＮＡ指纹图谱、ｘ＿射线衍射法和红外光谱法）、中药ＧＡＰ　基地信息管理、中药文献信息管理及系统用户信息管理等。　中药指纹图谱在线专家系统分别建立如下子系统：ＨＰＬＣ、　ＧＣ、ＴＩ　Ｃ、ＨＰＣＥ、Ｘ射线衍射、ＩＲ、ＤＮＡ指纹图谱在线　

基金项目：基会项日：国家自然科学基金重大研究计划项目（Ｎｏ．９０６１２００２）。　作者简介：阎丽丽，硕士研究生，主要从事中药指纹图谱专家系统研究；　＊通讯作者：孙国祥，男，博士，副教授，硕士生导师，　主要从事中药指纹图谱学体系及其信息学研究，Ｔｅｌ：（０２４）２３９８６２８６，Ｅ　ｍａｉｌ：ｇｘｓｗｍｗｙｓ＠１６３．ｃｏｒｎ；　毕开顺，男，教授，博士　生导师，主要从事中药现代化，中药指纹图谱，中药药效物质基础和质量标准研究。　

维普资讯 http://www.cqvip.com 中南药学２００８年８月第６卷第４期Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｓｏｕｔｈ　Ｐｈａｒｍａｃｙ．Ａｕｇｕｓｔ　２００８，Ｖｏ１．６　Ｎｏ．４　专家系统和中药ＧＡＰ基地在线专家系统。每个子系统的结　构由知识库、推理机、用户接口组成，见图１。其中，知识　库组织事实与规则，推理机将知识库中有效的事实与规则提　供给用户，而接口则是用户与专家系统的沟通桥梁。　图１系统总体结构　Ｆｉｇ　１　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｅｘｐｅｒｔｉｓｅ　ｓｙｓｔｅｍ　２知识库和推理机的设计　２．１　知识库　鉴于在线专家系统各个子系统分析方法的不同，对收集　结构。现以ＨＰＬＣ指纹图谱为例进行介绍，ＨＰＬＣ指纹图谱　知识库结构包括如下内容：①基本信息表一中药材基本信息、　中药制剂基本信息和方法模式；②分类信息表一ＨＰＬＣ试验信　息表（如色谱柱、检测器、洗脱方式和流动相等）、化合物信　息表、官能团信息表和预处理信息表；③ＨＰＬＣ关系表一检测　器、流动相和梯度时间表、图谱峰号信息表和文献信息表。　在线专家系统要达到知识网络共享的目的，就需要把搜集的　资料转化成计算机语言，即针对各信息形式定义各个字段的　含义、数据类型、宽度、是否为主键、可否为空，通过计算　机对计算机语言的识别，利用计算机处理软件最终形成网络　资源共享的知识库。由于知识库内容庞大，仅以中药材基本　信息表为例说明具体表结构见表１。知识库结构构建完毕后，　不断检索和更新相关知识，经过计算机筛选，就可以按照知　识库表结构的形式录人到知识库中。目前，在线专家系统中　ＨＰＬＣ、Ｇｃ、ＨＩＫＥ、ＴＩＣ、Ｘ射线衍射、　光谱、ＤＮＡ指　纹图谱知识库和中药ＧＡＰ中分别收录３Ｏ味中药的相关信息　的大量资料进行分类，根据各子系统特点制定相应的知识库　供用户检索，知识库内容正进一步迅速扩充。　表１中药材基本信息表　１　Ｒ商ｃｊＩｌｈ１ｎ嘶帅０ｆＣｈｉｎｅｓｅｌＨ恼　

２．２推理机　构建知识库的工作是把各味药指纹图谱的相关信息录人　到知识库中，而在线专家系统不仅仅是知识库就可以支撑起　来的，还要对收集来的信息进行分类整理，总结出规律，形　成规则，即形成适合用户参考使用的推理机。专家系统中关　于规则表示的基本要求是可扩充性、简洁性和明确性的，所　以采用产生式实现知识表达。推理机包括分离系统推荐、优　化系统推荐和评价系统推荐。本文主要介绍分离系统推荐。　分离系统推荐的模式，如图２所示。由于中药材的复杂性，　分离系统推荐的规则划分为３条通路，分别根据不同药材的　科属、药材含有的不同药效成分以及通用方法产生，规则的　总体结构见图３。所谓规则是指系统依托于人类专家特有的　规范的专业知识，通过对药物及药物之间联系的分析，根据　逻辑推理所形成的适合于中药质量评价即选择最优色谱指纹　图谱分析条件的结构通路。由于规则中３条通路的具体流程　非常复杂，本文不作具体介绍。　图３中３条通路的通用方法规则是：均采用ＯＤＳ柱　（反相色谱法），进样量为１Ｏ　Ｌ，柱温为２５℃，流速为１．０　ｍＬ·ｍｉｎ～，检测器类型为紫外检测器。ｎ倍量溶剂，样品　

图２分离系统推荐结构　Ｆｉｇ　２　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　单位是ｇ，提取溶剂用量单位是ｍＬ。如果样品需要通则以　外的其他辅助条件，可以参见Ｒｍ项下，在Ｒｍ中已列出尽　可能全面的情况。其中，科属通路和药效成分通路采用直接　推荐给用户备选条件的方法。科属主要分为十科：毛茛科、　木兰科、豆科、五加科、伞形科、百合科、菊科、唇形科、　蓼科和玄参科。药效成分主要分为８类：黄酮类、生物碱　类、香豆素类、木脂素类、皂苷类、多糖类、酚和鞣质类。　

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图３规则总体结构图　Ｆｉｇ　３　Ｏｕｔｌｉｎｅ　ｏｆ　ｒｕｌｅｓ　每一科属和每一药效成分项下，均列出多种实验方法。２条通　路推荐备选条件的方式一致，本文仪列出科属中毛茛科的备选　条件，见表２。如果用户对２个通路的推荐结果都不理想，可　以进入通用方法通路。通用方法通路中，用户对不同分析条件　出现的谱图判断，采用新实验方法，再判断，经多次判断后，　选择出最优色谱条件。图３流程图中各个符号代表的含义：　Ｍｅｔ－色谱条件编号；Ｐｐ－提取方法编号；Ｃａｍ色谱峰分离可能　出现情况的编号；Ｒｍ－特殊说明编号。在构建的规则中，各符　号包含的内容均有多种备选条件供用户使用，由于篇幅所限，　本文仅以各符号的其中２个备选条件说明，见表３。　表２毛茛科的备选条件　２　ｎ印ａＩ训咖词６０ｎｆｏｒ￣ｌｎｅｅ，ａＰ