中藥指紋圖譜相似度評(píng)價(jià)方法各有千秋

日前，清華大學(xué)藥物研究所研究人員，以高效液相色譜指紋圖譜為研究對(duì)象，對(duì)各種指紋圖譜的相似度評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了比較。認(rèn)為其實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)針對(duì)不同的實(shí)際問(wèn)題，采用適合的相似度評(píng)價(jià)方法，以便更好地用于中藥質(zhì)量控制。

近年來(lái)，適合于從整體上分析復(fù)雜化學(xué)物質(zhì)組成的穩(wěn)定性的中藥指紋圖譜已成為國(guó)內(nèi)外廣泛接受的質(zhì)量評(píng)價(jià)模式，同時(shí)也是中藥質(zhì)量評(píng)價(jià)研究領(lǐng)域的前沿課題。獲取能夠反映中藥復(fù)雜化學(xué)成分特征的指紋圖譜需要進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理。由于指紋圖譜所反映的體系非常復(fù)雜，一般需采用模式識(shí)別方法進(jìn)行研究和處理。對(duì)從整體上表現(xiàn)中藥復(fù)雜體系所含化學(xué)成分的變化情況，指紋圖譜的相似度評(píng)價(jià)起著非常關(guān)鍵的作用。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，相似度的評(píng)價(jià)方法主要有峰重疊率法(Nei系數(shù)法)、相關(guān)系數(shù)法、距離系數(shù)法、向量夾角余弦法和峰重疊率與共有峰強(qiáng)度結(jié)合法(改進(jìn)的Nei系數(shù)法)等方法。這些方法都有各自的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。實(shí)際應(yīng)用中，針對(duì)實(shí)際問(wèn)題如何選用合適的相似度評(píng)價(jià)方法是亟須解決的問(wèn)題。為此，需要對(duì)現(xiàn)有的指紋圖譜相似度評(píng)價(jià)方法進(jìn)行綜合比較和評(píng)價(jià)。

研究人員先通過(guò)理論分析，比較了各種相似度系數(shù)的計(jì)算方法。如距離系數(shù)法、夾角余弦法、相關(guān)系數(shù)法、Nei系數(shù)法、改進(jìn)Nei系數(shù)法。然后采用數(shù)字模擬以及統(tǒng)計(jì)方法對(duì)各種方法的性能進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。

評(píng)價(jià)指紋圖譜的相似度方法可分成三種類型：采用差異評(píng)價(jià)指紋圖譜的相似度，如距離系數(shù)法；通過(guò)圖譜間的相似性評(píng)價(jià)相似度(如夾角余弦法，相關(guān)系數(shù)法和Nei系數(shù)法)；在相似性的基礎(chǔ)上引入差異來(lái)評(píng)價(jià)相似度(如改進(jìn)的Nei系數(shù)法)。從相似度計(jì)算公式的比較可以看出，距離系數(shù)法、夾角余弦法、相關(guān)系數(shù)法和改進(jìn)的Nei系數(shù)法能夠?qū)χ讣y圖譜峰強(qiáng)度的變化進(jìn)行評(píng)價(jià)，而Nei系數(shù)法只能從質(zhì)的角度表征圖譜的相似程度。距離系數(shù)法和改進(jìn)的Nei系數(shù)法與指紋圖譜數(shù)據(jù)的線性比例關(guān)系有關(guān)，而夾角余弦法、相關(guān)系數(shù)法和Nei系數(shù)法不受數(shù)據(jù)線性比例關(guān)系的影響。根據(jù)指紋圖譜波動(dòng)的影響可以看出，夾角余弦法隨波動(dòng)強(qiáng)度的變化較平穩(wěn)，幅度較小，其次是相關(guān)系數(shù)。距離系數(shù)法和改進(jìn)的Nei系數(shù)法的變化幅度較大，對(duì)波動(dòng)變化表現(xiàn)的比較敏感。Nei系數(shù)值并不隨波動(dòng)強(qiáng)度的變化而變化，因它只與峰的數(shù)量有關(guān)，與峰的強(qiáng)度無(wú)關(guān)。

從峰的缺失的影響可以看出，各種相似度評(píng)價(jià)方法都能反映出峰的缺失對(duì)相似度的影響。Nei系數(shù)法和改進(jìn)的Nei系數(shù)法對(duì)小峰的缺失比較敏感，而相關(guān)系數(shù)法和夾角余弦法對(duì)大峰的缺失較為靈敏。距離系數(shù)法在一定范圍內(nèi)無(wú)論是大峰還是小峰都表現(xiàn)出較高的敏感性。在藥材加工和提取過(guò)程中，指紋圖譜中大峰的缺失并不常見(jiàn)。而對(duì)于同屬不同種的藥材，大峰的差異是有可能的，此時(shí)采用相關(guān)系數(shù)法、夾角余弦法和距離系數(shù)法評(píng)價(jià)相似度較為適宜。

從數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理的影響可以看出，距離系數(shù)法、相關(guān)系數(shù)法、夾角余弦法和改進(jìn)的Nei系數(shù)法都能夠?qū)χ讣y圖譜峰強(qiáng)度的變化進(jìn)行相似度評(píng)價(jià)，其中相關(guān)系數(shù)法和夾角余弦法對(duì)指紋圖譜的波動(dòng)變化不夠敏感，而距離系數(shù)法和改進(jìn)的Nei系數(shù)法比較靈敏。對(duì)于峰的缺失，Nei系數(shù)法和改進(jìn)的Nei系數(shù)法較敏感于小峰的缺失，而相關(guān)系數(shù)法和夾角余弦法對(duì)大峰的缺失較為靈敏。距離系數(shù)法無(wú)論對(duì)大峰還是小峰在一定范圍內(nèi)都表現(xiàn)出較高的敏感性。數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理對(duì)距離系數(shù)法、相關(guān)系數(shù)法和夾角余弦法的相似度評(píng)價(jià)的大?。ǖ燃?jí)）順序影響較小、比較適合于指紋圖譜的模式識(shí)別研究。