液質聯用技術在藥物體內代謝研究中的應用

色譜分離模式多，適用范圍廣，是解決復雜體系中混合物分離分析的高效手段。但色譜對化合物的定性常常需要借助于標準品的對照才能進行保留值的定性和定量，因此色譜和各種光譜手段的聯用技術一直是研究重點。液相色譜質譜聯用是20世紀70年代發展起來的分析技術。高效液相色譜是以液體溶劑作為流動相的色譜技術,一般在室溫下操作,可以直接分析不揮發性化合物、極性化合物和大分子化合物(包括蛋白、多肽、多糖、多聚物等),分析范圍廣,而且不需衍生化步驟。據統計,在已知化合物中有70% 是不揮發性的,所以在生命科學、醫藥領域等方面有廣闊的應用潛力。質譜是強有力的結構解析工具,能為結構定性提供較多的信息,是理想的色譜檢測器,不僅特異,而且具有極高的檢測靈敏度。液質聯用技術將液相色譜分離技術與質譜檢測手段相結合，集液相色譜(LC)的高分離能力和質譜(MS)的高靈敏度、極強的定性專屬特異性于一體，已成為體內藥物代謝研究中不可替代的一種強有力的分離分析工具。

藥物代謝是指藥物進入體內后經體液、酶等的作用，進行氧化、還原、水解、結合等一系列生物化學反應的過程。藥物代謝的研究,包括藥物及其在各種復雜的樣品基質(全血、血漿、尿、膽汁及生物組織)中代謝物的分離、結構鑒定以及痕量分析測定。利用液質聯用技術,不僅可以避免復雜繁瑣的分離純化代謝物樣品的工作,而且能分離鑒定以往難于辯識的痕量藥物代謝物,從而迅速方便地解決問題。因此,在探討藥物代謝特征、確定藥物代謝物結構及代謝途徑與藥物及代謝物的藥理作用及毒副作用間的關系,即結構代謝活性/毒性三者之間的相關性等藥物代謝研究方面,液質聯用技術已被開發并顯示出廣闊的應用前景。

1 LCMS的接口技術簡介

LCMS技術的關鍵在于解決高流量的液相色譜系統和高真空的質譜儀器之間的矛盾，如果液相色譜的流動相直接進入質譜的高真空區，則每分鐘增加的氣體量為幾百升，這將嚴重破壞質譜系統的真空。為解決這個問題，必須通過接口。接口起到下列作用：將流動相及樣品氣化;分離除去大量的流動相分子;常需完成對樣品分子的電離。LCMS在20多年的進程中前后引入了20多種不同的接口技術，當前人們廣泛采用的接口技術有: 熱噴霧(TSP)、等離子體噴霧(PSP)、粒子束(LINC)、大氣壓化學電離(API)和動態快原子轟擊(FAB)。表1中比較了液質的各種聯用技術，成功的解決了液相色譜與質譜聯用的接口問題，使液相色譜質譜聯用逐漸發展成為成熟的技術。

其中API是一種在大氣壓下將溶液中的分子或離子轉變成氣相中離子的接口，是一種常壓電離技術,不需要真空,減少了許多設備,使用方便,因而在近年來得到了迅速發展。它包括電噴霧電離(electrospray ionization, ESI)和大氣壓化學電離(atmospheric pressure chemical ionization, APCI)兩種方式，都是非常溫和的離子化技術，其區別主要在于大氣壓下產生氣相離子的方式不同。ESI是目前為止“最軟”的電離技術，在常壓下使樣品溶液通過霧化氣等輔助手段的幫助，產生高度帶電荷的霧狀液滴，沿著壓力梯度進行遷移，在此過程中液滴由于溶劑蒸發或庫侖爆炸而體積逐漸減小，最后產生完全脫溶劑的離子。基于以上作用原理，ESI多用于極性、不揮發性、質量數較大、熱不穩定的化合物，尤其適用于生物分子聚合物的分析。

而在APCI接口中，樣品溶液由具有霧化氣套管的毛細管端流出，被氮氣流霧化，通過加熱管時被氣化，在加熱管端進行電暈尖端放電，溶劑分子被電離形成溶劑離子，之后這些溶劑離子和霧化氣與氣態的樣品分子反應，得到樣品分子的準分子離子。由于要求樣品分子氣化，因而大氣壓化學電離的對象為極性較弱的小分子化合物。

 2 藥物體內代謝產物的樣品的獲得和預處理技術

代謝產物可以在給藥后由血、尿、糞便等體液及排泄物中獲得，或用含藥物的營養液灌流離體臟器與組織切片，以及藥液與肝微粒體酶等藥物代謝酶溫孵獲得。藥酶溫孵法可以獲得較大量的代謝物，但花費較大。藥物離體臟器灌流與組織切片法中的灌流液含內源性物質很少，較易分離制取代謝產物。自血、尿中獲得代謝產物方法較簡單，但所得樣品的量較少。

體內藥物分析的樣品成分復雜，對分析測定干擾嚴重，因此，樣品的預處理是做好體內藥物代謝研究的重要前提。液液萃取(LLE)和沉淀蛋白質是目前常用的方法。液液萃取常用的溶劑有氯仿、二氯甲烷、乙酸乙酯等。對于弱酸和弱堿性藥物及其體內代謝物，通常需要加入緩沖液調節樣品的酸堿性，使藥物及其代謝物成為游離的酸或堿，以便能為溶劑所萃取。而沉淀蛋白質法操作非常簡便，對于水溶性較大的藥物及其代謝物尤為重要。沉淀劑可以是某些陽離子、陰離子、中性鹽及有機溶劑。

固相萃取(solidphase extraction, SPE)是近10年迅速發展起來的一種樣品預處理技術，它是以液相色譜分離機理為基礎，建立起來的分離與純化以及富集的方法。SPE處理樣品有許多引人注目的優點：首先是其安全性，可以避免使用毒性較強或易燃的溶劑;其次是不會發生LLE中經常出現的乳化問題，萃取回收率高，重現性好;第三，SPE操作簡便、快速，可同時進行批量樣品的預處理。基于上述優點，SPE在體內藥物及其代謝物的分析中應用極其廣泛。 

3 在各類藥物及其代謝產物分析中的具體應用LCMS在藥物代謝研究中除了可確定分子量之外，還可以根據特異性斷裂規律推導出重要部分結構甚至是完整的結構。其根據是由于多數藥物的代謝物保留了原形藥物分子的骨架結構，因此，代謝物可能與母體藥物具有相似的裂解規律，即失去一些相同的中性碎片或形成一些相同的特征離子，利用LCMS可以迅速找到可能的代謝物，并鑒定出結構。 

3.1 中藥

中藥成分復雜，各組分之間的結構往往非常相似，且其在體內常發生代謝變化或復雜的相互作用，使中藥代謝研究更加困難。LCMS的聯用技術可先采用色譜將中藥的有效成分加以分離，再用質譜對其相關成分進行在線分析檢測，給出豐富的化合物結構信息，且由于其選擇性強、碎片離子重現性好，對推測未知代謝物結構有重要意義。采用液相色譜電噴霧離子阱色譜(LCESIITMSn)法研究了氧化苦參堿在大鼠體內的主要代謝物，在實驗中采用給藥后大鼠的尿樣作為待測樣品，經SPE法進行樣品預處理后待用。采用的具體色譜條件為：Aichrom ReliAsil C18不銹鋼色譜柱(150mm×2mm,5μm)，甲醇0.01%三乙胺水溶液流動相(60:40),0.2 mL/min 流速，室溫洗脫，進樣量20μL。之后經ESI離子源離子化后，采用全掃描一級質譜(Full scan)及其源內碰撞誘導解離(SCID)、全掃描二級質譜(Full scan MS2)及三級質譜(Full scan MS3)等方式進行測定。經研究發現大鼠尿樣中有原藥及其6種Ⅰ相氧化還原代謝產物，主要代謝物為苦參堿，未發現Ⅱ相代謝物。用HPLCMS法研究了左旋黃皮酰胺在Beagle犬血漿中的藥代動力學過程，結果顯示該藥物的代謝符合二室模型，代謝物的血藥濃度經時過程與原藥相似但血藥濃度相對較低。王亞麗[7]等以LCMS法對當歸活性成分進行了研究，用甲醇水梯度洗脫系統，在APCI的模式下，對兔血清中數種成分同時定性，結果發現，當歸口服液給藥后，在兔血清中可測得阿魏酸、藁本內酯、發卡二醇等多種成分。 

3.2 抗菌藥物

采用LCMS法考察了羅紅霉素在犬體內的代謝轉化及口服和靜脈注射給藥途徑對藥物代謝的影響，共檢測到13種羅紅霉素代謝物，包括N去甲基和N,N雙去甲基衍生物、肟醚側鏈O去烷醚基衍生物、脫紅霉糖衍生物、羅紅霉素及其代謝物的Z式幾何異構體衍生物，結果表明羅紅霉素在犬體內主要經歷4種代謝途徑，羅紅霉素及其代謝物的幾何異構與脫紅霉糖代謝在口服和注射兩種給藥途徑間存在顯著的差異。采用LCMS技術測定了患者服用環孢素后全血中環孢素及其代謝產物濃度，研究了環孢素的體內代謝規律：環孢素與其3種代謝產物去甲環孢素、羥化環孢素及二羥化環孢素的相關性逐漸遞增，羥化環孢素的濃度與二羥化環孢素的濃度具有較強的相關性，表明測定環孢素及其3種代謝物不僅是延長移植器官在體生存期、避免肝腎性綜合體征反應的一種有效方法，而且對于個體化用藥具有重要意義。 

4 結語

綜上所述，LCMS能夠在對生物樣品進行適當預處理的基礎上，不需獲得很好的色譜分離效果即可篩選檢測其中的微量組分。同時，LCMS技術的應用能減少分析方法建立以及樣品處理分析所用的時間，并且允許同時對多個成分進行定性、定量分析，在分析大量生物樣品時有很高的選擇性。由此可見，隨著LCMS聯用技術的不斷進展，它在藥物代謝研究中的作用將越來越大，必將成為首選工具之一。