质谱技术在药物代谢和药物动力学中的应用
药物代谢(PK)是指药物在生物体内吸收,分布,生物转化,排泄等一系列过程;药物动力学(ADME)则是对这一系 列过程定量研究的学科. 药物代谢的生物转化过程,包括药物分子功能团的增减,变换,分子的缩合,降解等.药物经生物转化后,其相应 的理化性质亦发生变化,从而引起其药理及毒理活性的改变.药物代谢的研究,包括药物及其在各种复杂的样品基质 (全血,血浆,尿,胆汁及生物组织)中代谢物的分离,结构鉴定以及痕量分析测定.利用MS/MS和LC(GC)-MS/MS等联用技 术,不仅可以避免复杂,繁琐,耗时的分离纯化代谢物样品的工作,而且能分离鉴定以往难于辩识的痕量代谢物,从而 迅速,方便地解决问题.因此,在探讨药物代谢特征,确定药物代谢物结构及代谢途径与药物及代谢物的药理作用及毒 副作用间的关系,即结构—代谢—活性/毒性三者之间的相关性等药物代谢研究方面,色谱质谱联用技术已成为应用最广 泛地分析平台. 药物动力学的研究,需要在各种复杂的样品基质中定量测定痕量的药物或代谢产物.近几年,随着大量缓释,长效制 剂的开发和复合给药的尝试,药动研究需要更灵敏的检测仪器来满足低检测线的测量,因此在国内外,色谱质谱联用技术 也已成为药动分析最主要的检测方式. 液质联用仪最常用的离子化技术为API(大气压电离源),属于"软电离"方式,包括ESI(电喷雾),APCI(大气压化学 电离),APPI(大气压光电离).这三种不同的电离方式对药物化合物分析覆盖面广,灵敏度高.目前还没有一个明确的 规定判断何时使用某一种电离方式更好,但普遍认为:ESI源适合强极性和中性化合物,如一些带极性基团的化合物,小肽 类和蛋白类化合物;APCI源适合弱极性,热稳定,分子量比较小的化合物;APPI更适合于共轨基团化合物的检测,如含苯 环,萘环的化合物. LC/MS技术首先通过LC的分离,使MS可以分析具有大量杂质的混合物中的待测物,并提高分析的专一性和灵敏度,而 且色谱无法分离的化合物,也可以进行检测鉴定.同时,如果使用MS/MS或MSn技术能得到更高的灵敏度,更多的代谢物结 构信息. 串接质谱和离子阱质谱,均可用于定性和定量,但二者的侧重点不同;串接质谱用于定量灵敏度更高,重现性更好, 线性范围更宽;离子阱质谱用于定性,能获得更多的代谢物结构信息,扫描速度快的特点对复杂未知代谢物样品的定性, 有其独特的优势. 一,质谱技术在药物代谢中的应用 检测原理和方法: 由于多数药物的代谢物保留了原药分子的骨架结构或一些亚结构,因此,代谢物可能进行与原药相似的裂解,丢失一 些相同的中性碎片或形成一些相同的特征离子.用串接的MS/MS分别进行中性丢失扫描,母离子扫描以及子离子扫描,即 可迅速找到可能的代谢物,并鉴定出结构.利用MS/MS鉴定药物代谢物的方法,主要包括以下几个步骤:1.测定原药的质 谱;2.测定原药的子离子谱,选择质子化分子离子,加合离子进行裂解;3.选择原药的主要中性丢失测定生物样品的中性丢 失谱,图谱中的离子即为原药和可能的代谢物的分子离子;4.选择主要的子离子测定生物样品的母离子谱,所得母离子即为 各个代谢物;5.测定生物样品中所有可能代谢物的子离子谱,解谱得到代谢物的结构;6.测定代谢物的子离子谱,选择任一 新出现的中性丢失和子离子重复进行步骤3. 用离子阱质谱鉴定药物代谢物,主要包括如下几个步骤:1.直接进样测定原药的MSn子离子谱,选择分子离子和主要的 碎片离子进行裂解;2. LC/MS联用测定代谢物的MSn子离子谱;3.使用数据相关性扫描功能一针进样得到MSn数据,数据相关 性扫描功能可以与动态排除技术与mass list的排除列表相结合,提高扫描效率;4. 如果3不能得到好的结果,可以预测可能的 代谢物,在数据相关性扫描的mass list列表中填入预测代谢物的质荷比,测定MSn子离子谱;5. 对原药和代谢物的断裂规律 进行比较,确定代谢物,利用MSn数据确定可能代谢物结构.
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最适高通量筛选平台有3D离子阱系列平台,线性离子阱及其高分辨质谱系列平台,ExactiveTM高分辨台式液质联用仪,和串 联四极杆TSQ Quantum系列平台. 1,离子阱系列质谱仪 3D和线性离子阱系列质谱仪通过多级质谱数据提供结构信息的功能准确可靠地鉴别未知化合物;快速正/负离子切换, 在更短的时间内和更少量的样品条件下,完成更多种类化合物的分析,标准的规一化碰撞能量技术可生成重现性谱图以进 行谱库的检索,其中线性离子阱系列质谱仪比3D离子阱系列质谱仪扫描速度更快.多种扫描方式和智能化分析软件使实验 设计更优化.
图1 .数据相关性扫描流程图
线性离子阱系列中的LTQ质谱仪可升级成LTQ-FT, LTQ-obitrap等其高分辨质谱系列平台,其高分辨率提供了超强的精确质量 数测定,能更强地确认代谢物和其结构.

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