质谱学报(液相色谱-串联质谱法检测反应性代谢物)2011

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收稿日期:2010 12 14;修回日期:2010 12 27基金项目:国家自然科学基金项目(30873119)资助作者简介:谢 岑(1985~),女,浙江人,博士研究生,从事药物代谢与药物动力学研究。

E mail:carolxc@h otm 通信作者:陈笑艳(1971~),女,黑龙江人,研究员,从事药物代谢与药物动力学研究。

E mail:xych en@mail.s 第32卷第1期2011年1月质谱学报Jour nal of Chinese M ass Spectr ometr y SocietyV ol.32 N o.1Jan.2011液相色谱 串联质谱法检测反应性代谢物谢 岑,钟大放,陈笑艳(中国科学院上海药物研究所,上海 201203)摘要:已有报道一些药物进入体内后在各种代谢酶的作用下转化为反应性代谢物,然后与生物大分子(如蛋白、DN A)共价结合,导致毒性。

在药物发现和开发阶段进行反应性代谢物筛查,对上市药物进行反应性代谢物监测已经成为一个重要的研究领域。

通常,反应性代谢物具有亲电性,能被小分子亲核试剂(如谷胱甘肽及其衍生物、氰离子、胺类等)体外捕获,采用液相色谱 串联质谱法检测并鉴定这些结合物的结构是研究反应性代谢物的基本方法。

本文综述了液相色谱与不同质谱仪联用(三重四极杆、离子阱、四极杆 线性离子阱、高分辨质谱仪)检测反应性代谢产物的方法以及应用进展。

关键词:液相色谱 串联质谱(L C M S/M S);反应性代谢物;捕获试剂中图分类号:O 657.63 文献标识码:A 文章编号:1004 2997(2011)01 0001 12Applications of Liquid Chromatography Tandem Mass Spectrometryto Detection and Characterization of Reactive MetabolitesXIE Cen,ZH ONG Da fang,CH EN Xiao yan(S hanghai I nstitute of Materia M edica ,Chinese A cad emy of S ciences ,S hang hai 201203,China)Abstract:A number of therapeutical drugs w er e reported to undergo metabolic activation by drug m etabolizing enzym es.The bioactivation for ms r eactive metabolite(s),w hich r eadily covalently bind to m acrom olecules,such as proteins and DNA,and then lead to tox icities.In recent years,screening drug candidates for their tendency to generate r eactive m etabo lites during drug discovery and development process and as w ell monitoring the bioactiv ation for post marketing drug s have beco me increasing ly important.M ost r eactive metabolites are electrophilic in natur e and can react w ith nucleo philes.In vitro microso mal incubations,small nucleophilic mo lecules,such as glutathione,cy anide and amines are g ener ally used to trap reactive metabo lites.Structur al elucidation of these stable adducts are conducted by liquid chromatog raphy tandem m ass spectrometry.In this review ,different mass spectrom eters including tr iple quadrupole,io n trap,quadr upole linear ion trap,and hig h reso lution m ass spectrometer ,em plo yed for assessing reactiv e metabolites are described.T he r ecent adv ances of different techniques and approaches are also discussed.Key words:liquid chrom ato graphy tandem mass spectr ometry (LC M S/MS );reactiv e me tabo lites;trapping agents药物在体内经过生物转化后,生成的代谢产物大多数极性增加、水溶性提高、药理活性减弱或完全失活,因此,代谢反应常被认为是生物解毒过程。

在某些情况下是经过代谢形成具有亲电性的反应性代谢中间体;但在更多情况下是经代谢形成的具有亲电性的反应性代谢中间体导致毒性的,它们可通过烷化、酰化与生物大分子(DNA或蛋白质)发生共价结合,导致细胞功能瓦解或激发免疫反应[1]。

反应性代谢产物或中间体的生成往往是在药物代谢酶介导下产生的,称为生物活化过程。

由于化学不稳定性以及体内存在一些去毒性代谢途径,药物代谢过程中生成的高反应性亲电代谢物或中间体不易被测出。

目前,常使用带NADPH的肝微粒体以及适当的亲核性捕获剂鉴定反应性代谢产物[2 3],例如谷胱甘肽(GSH)、半胱氨酸或N 乙酰半胱氨酸、氰离子、氨基脲和甲氧基胺类等。

根据与反应性代谢物结合的亲核物质类型,可以将反应性代谢物分为 强亲电性代谢物和 弱亲电性代谢物。

其中,与含N、O和C亲核物质反应的为 强亲电性代谢物,与含S亲核试剂反应的为 弱亲电性代谢物[3]。

目前,已有很多关于药物在CYP450等酶的催化下,在体内形成反应性代谢物而导致药物毒性的报道[4 9]。

如降糖药曲格列酮、抗抑郁药萘法唑酮等药物,被证明产生反应性代谢中间体,与蛋白生成加合物可以导致严重的肝毒性,因此先后撤出市场。

一些药用植物成分,如马兜铃酸、吡咯里西啶类生物碱、异喹啉类生物碱等,也被证明生成的反应性代谢物导致毒性。

在药物的发现和开发阶段进行反应性代谢物筛查,对上市药物进行反应性代谢物监测已经成为药物代谢毒理学的重要研究领域。

本文将主要介绍液相色谱 串联质谱(LC M S/M S)法应用于反应性代谢物检测和鉴定以及应用进展。

1 谷胱甘肽捕获反应性代谢物谷胱甘肽(glutathione,GSH)是由3个氨基酸(谷氨酸、半胱氨酸、甘氨酸)组成的小肽,分子中存在1个巯基,可以与反应性代谢中间体的亲电基团(如苯醌、苯醌亚胺、M ichael受体等)反应,形成稳定的结合物。

在正离子扫描模式下,GSH结合物具有相似的质谱裂解规律,示于图1。

通常易中性丢失129u(焦谷氨酸)产生e 型碎片离子,因此,利用中性丢失扫描129u可以快速检测GSH结合物,这是筛选GSH结合物的传统方法[10]。

但在正离子模式下,中性丢失扫描检测GSH结合物的方法主要存在两方面不足:其一是选择性差,基质中的许多内源性物质均能产生与GSH结合物无关的129u中性丢失,因此,在进行复杂生物样品分析时易出现假阳性结果[11];其二,并非所有GSH结合物都会产生129u中性丢失,如在正离子模式下,脂肪族及苄位的硫醚型GSH结合物通常产生307u(GSH)中性丢失,而硫酯一般先丢失焦谷氨酸,然后脱去一分子水,即产生147u中性丢失[12],对于这些类型的结合物,如果只扫描129u中性丢失就会引入假阴性结果。

为了提高选择性,减少假阳性结果的产生,可以采用Q TOF质谱精确中性丢失扫描129.0426u(焦谷氨酸的精确分子质量)以检测GSH结合物[13]。

一般情况,内源性物质会产生与GSH结合物相同理论质量的中性丢失(129u),但很难产生相同精确质量的中性丢失(129.0426u),因此,采用Q T OF高分辨质谱可以有效减少内源性物质对结果的干扰,从而减少假阳性结果的产生。

Q T OF质谱并不具有真正的中性丢失扫描,而是在两次不同碰撞能量的全扫描之间来回切换,低能量(5eV)下获得前体离子,高能量(20eV)下获得产物离子,从而实现 伪中性丢失扫描。

当仪器检测到能产生129.0426u中性丢失的前体离子时,即可对其进行产物离子扫描。

与传统的中性丢失扫描相比,利用Q TOF质谱进行中性丢失扫描可以提供更高的选择性,高分辨的碎片离子信息有助于GSH结合物的结构解析,一次进样的同时采集了前体离子和产物离子,大大缩短了分析时间。

应用稳定同位素标记的GSH作为捕获剂,可以有效的识别假阳性结果[15 16]。

将天然存在的GSH与稳定同位素标记的GSH(GSX, 13C2 15N标记在甘氨酸残基)等摩尔比混合,以捕获微粒体孵化液中的反应性代谢物,采用中性丢失扫描129u进行检测。

GSH/GSX结合物在对应的质谱图中能产生相差3u的同位素峰,丰度比为1!1。

采用这种方法检测对乙酰氨基酚在人肝微粒体中的反应性代谢物,在中性丢失扫描的总离子流图中主要检测到3个色谱峰,但仅在1个峰对应的质谱图中观察到m/z457/ 460一对等丰度的同位素峰,因此确定另2个峰为假阳性结果。

为了减少假阴性结果的产生,Dieckhaus 等[17]研究各种类型(苯环、苄基、脂肪族和硫酯)的GSH结合物在负离子模式下的二级质谱图2质谱学报 第32卷后发现,尽管结合位点和类型不同,但是所有的结合物具有与GSH 分子相同的质谱裂解规律,即均能产生响应较强的m/z 272碎片离子,示于图2。

因此,可以在负离子模式下对m/z 272碎片离子进行前体离子扫描,更全面地筛选各种类型的GSH 结合物。

通常,GSH 结合物在负离子下产生的碎片离子主要来自于GSH 分子,而在正离子下产生的碎片离子主要来自于药物分子,因此,在正离子模式下获得的二级质谱图更有利于结构解析[17]。