液相色谱-质谱联用技术在药物代谢产物鉴定中的应用

药物代谢研究贯穿药物开发的整个过程。生物基质中药物代谢产物的快速、准确鉴定有助于理解药物或候选化合物的生物转化途径,确定代谢软位点,从而帮助优化先导物结构,筛选出具有更高代谢稳定性的药物。利用亲核性捕获试剂开展体外代谢实验,检测反应性代谢产物的生成,相关结果可以帮助规避候选化合物进入临床后可能产生的毒性风险。由于液相色谱-质谱联用技术（LC/MS）具有分析通量高、检测灵敏度高、选择性好、能提供丰富的结构相关信息等优点,其在药物代谢研究中的作用越来越重要。本工作综述了近年来作者所在实验室采用LC/MS法开展的药物代谢产物鉴定研究,提出了基于LC/MS技术的药物代谢产物鉴定研究的基本流程和药物在人体内的主要代谢产物,可为临床药动学研究和药物相互作用研究提供数据基础。     

质谱新技术在毒品分析中的应用

毒品分析是办理涉毒犯罪案件的重要环节之一,为案件侦破和证据收集提供重要依据。质谱分析法具有灵敏度高、分析速度快、所需样品量少等特点,因其出色的分析性能越来越受到分析人员的重视。本文综述了色谱质谱联用技术和新兴原位直接电离质谱技术在毒品分析领域的应用情况,并展望了质谱新技术在毒品分析领域的发展前景。     

Identification and characterization of molecular targets of natural products by mass spectrometry

Natural products, and their derivatives and mimics, have contributed to the development of important therapeutics to combat diseases such as infections and cancers over the past decades. The value of natural products to modern drug discovery is still considerable. However, its development is hampered by a lack of a mechanistic understanding of their molecular action, as opposed to the emerging molecule‐targeted therapeutics that are tailored to a specific protein target(s). Recent advances in the mass spectrometry‐based proteomic approaches have the potential to offer unprecedented insights into the molecular action of natural products. Chemical proteomics is established as an invaluable tool for the identification of protein targets of natural products. Small‐molecule affinity selection combined with mass spectrometry is a successful strategy to “fish” cellular targets from the entire proteome. Mass spectrometry‐based profiling of protein expression is also routinely employed to elucidate molecular pathways involved in the therapeutic and possible toxicological responses upon treatment with natural products. In addition, mass spectrometry is increasingly utilized to probe structural aspects of natural products–protein interactions. Limited proteolysis, photoaffinity labeling, and hydrogen/deuterium exchange in conjunction with mass spectrometry are sensitive and high‐throughput strategies that provide low‐resolution structural information of non‐covalent natural product–protein complexes. In this review, we provide an overview on the applications of mass spectrometry‐based techniques in the identification and characterization of natural product–protein interactions, and we describe how these applications might revolutionize natural product‐based drug discovery. © 2009 Wiley Periodicals, Inc., Mass Spec Rev 29:126–155, 2010     

质谱在金属抗癌药物与蛋白质相互作用研究中的应用

研究细胞毒性金属抗肿瘤药物与蛋白质的相互作用,以及这种相互作用对药物的细胞摄入、转运、代谢和生物利用度的影响,对金属抗癌药物的结构设计和优化,提高药物的抗癌活性,降低毒副作用具有重要意义。基于软电离技术的电喷雾质谱和基质辅助激光解析电离质谱能够在分析检测过程中很好的保留金属抗癌药物与蛋白质的共价(配位)结合,获得药物与蛋白质结合位点的信息。同时,质谱分析还具有灵敏度高,所需样品量少,耗时短以及适用于分析复杂生物样品等优点,已成为研究金属抗癌药物与蛋白质相互作用最强有力的工具,在为药物发现提供大量化学、生物信息的同时,也极大地促进了质谱技术自身的发展。本文将结合我们在金属抗癌药物相互作用组学研究中取得的最新进展,系统地总结、评述Bottom-up和Top-down质谱分析方法在铂、钌类金属抗癌药物与蛋白质相互作用研究中的发展动态,并分析这一前沿交叉领域未来的发展趋势。     

铂基抗癌药物与蛋白质配位键相互作用质谱研究新进展

顺铂及其类似物广泛应用于肿瘤的临床治疗，静脉注射顺铂后，药物通过血液传输进入细胞并最终到达细胞核作用于DNA，这一过程中，大部分的铂与血液及细胞中的蛋白质通过配位键结合，对药物的运输、代谢、累积分布和毒副作用及其生物利用度等起着决定性作用。因此，研究铂类药物与蛋白质的结合行为具有重要意义。质谱作为一种高效的蛋白质分析技术，具有灵敏度高、通量大、耗样量小、精度高等优势，在铂类药物与蛋白质相互作用研究领域发挥着重要作用。本文从Pt(Ⅱ)配合物的配位化学原理出发，阐明铂药发挥抗癌作用的可能机制。同时，着重总结、评述不同类型质谱分析方法探索铂-蛋白质配位相互作用的最新进展，归纳铂类药物在体内可能通过配位键结合的氨基酸侧链和对应的蛋白质。以顺铂为代表的Pt(Ⅱ)金属抗癌药物，最容易结合含有S供体的半胱氨酸、甲硫氨酸和含有咪唑基团的组氨酸等氨基酸侧链。同时，酪氨酸、丝氨酸、苏氨酸、谷氨酸和天冬氨酸等含羟基或羧基侧链的氨基酸也能与Pt(Ⅱ)结合。由于巯基或咪唑侧链可能处于很多蛋白质的重要活性位点或金属结合域，因此，铂类化合物的结合可能直接导致这些蛋白质的活性下降，从而对细胞内的生物过程产生复杂而深远的影响，加强或降低铂类抗癌药物的活性，或产生毒副作用和耐药性。因此，深入研究铂类药物与蛋白质的相互作用，将进一步加深对铂类抗癌药物代谢途径和毒性机制的认识，有助于设计合成更低毒、高效的金属类抗癌药物。     

质谱在新药研究中应用的回顾

回顾了质谱在新药研究中的一些应用 ,包括新药合成、化学结构确证、质量控制以及药物代谢物的鉴定等。综述了基质辅助激光解吸电离 \飞行时间质谱 ( Matrix-assistant laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometry,MALDI/ TOFMS)、电喷雾电离质谱 ( Electrode spray ionization m ass spectrome-try,ESI-MS)等仪器及其联用技术在生物大分子药物研究 ,包括蛋白质组学、肽图谱、氨基酸序列、核苷酸分析等方面的进展 ,展望了质谱在未来生命科学中广阔的应用前景。     

肝移植并免疫抑制剂联合用药后人血清差异蛋白质的鉴定

建立了基于质谱技术的应用免疫抑制剂肝移植后人血清中差异表达蛋白质的分析方法。肝移植前后的人血清用双向凝胶电泳分离,硝酸银染色,选取的差异蛋白质斑点用表面活性剂Rapigest SF变性和胰蛋白酶进行胶内酶解后,采用纳升超高效液相色谱 电喷雾串联质谱（nanoUPLC-ESI-MS/MS）进行鉴定。本实验明确鉴定了9个显著差异表达的蛋白质斑点,对应8个不同的蛋白质,所发现的差异蛋白质多与免疫调节和肝病有关,可为深入研究肝移植术后免疫抑制剂抗排斥作用的分子机理提供线索。     

含二硫键的蛋白质/多肽的MALDI-TOF MS源内裂解研究

应用基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)法研究含二硫键的人胰岛素与甘精胰岛素酶解液的源内裂解(ISD)。比较了不同基质种类及不同结晶状态对含二硫键的人胰岛素与甘精胰岛素酶解液的源内裂解的影响。结果表明,含二硫键的蛋白质的ISD发生受激光点照射位置的影响,在不同基质与结晶形态的条件下,含二硫键的蛋白质的ISD碎片信息不同。通过分析比较,含二硫键的蛋白质的ISD较容易控制,并且其基质的种类及结晶状态作用很关键。需要获得大量碎片时,使激光照射在样品和阿魏酸(FA)基质形成的大结晶处;不希望出现碎片时,可使用2,4,6-三羟基苯乙酮(THAP)为基质,或使激光照射在样品和其他基质形成的细小均匀结晶处。     

牛血清白蛋白与柚皮素复合物的非变性质谱研究

血清白蛋白是血液中最丰富的蛋白,研究其与药物的结合情况对了解药物在体内的运输和分布具有重要意义。本研究以柚皮素为模型药物,采用非变性质谱法研究牛血清白蛋白（BSA）与柚皮素的相互作用情况。结果表明,BSA与柚皮素形成了化学计量比为1∶1和1∶2的非共价复合物,二者亲和力较强（平衡解离常数Kd1=（7.82±0.03） μmol/L,Kd2=（9.63±0.02） μmol/L),结合速度快,5 min左右即可达到饱和。该方法具有操作简便、检测快速、样品消耗量小、无需标记等优点,可为其他药物与血清白蛋白的相互作用研究提供参考。     

基于超高效液相色谱-质谱联用技术的人参皂苷体外Ⅰ相代谢研究

口服药物必须经过胃肠道的吸收代谢等过程才能进入体内发挥疗效,但是药物体内代谢的复杂性使其研究相对困难。因此,建立药物的体外代谢模型研究其代谢产物及代谢规律是简单且必要的实验手段。本研究采用离体肠道菌厌氧培养法对人参皂苷提取物进行体外培养,利用超高效液相色谱-质谱联用法（UPLC/MS）检测分析肠内菌代谢产物。通过比较代谢前后的化学指纹图,共检测到25种三醇型、15种二醇型人参皂苷体外肠内菌代谢物和1种齐墩果酸型体外肠内菌代谢物,这些代谢物主要通过去糖基作用产生,同时包括部分氧化还原反应。实验进一步对人参皂苷的主要肠内菌代谢物（包括Rh₁、Rh₂、Compound K、F₁）进行体外肝细胞色素P450酶（CYP450）代谢研究,均检测到氧化还原反应代谢产物。结果表明,人参皂苷类成分在肠道菌群作用下主要产生去糖基化产物,而在CYP450作用下主要产生羟基化等氧化还原反应产物。该结果可为人参皂苷类成分的体内代谢研究提供重要参考。     

LC/MS applications in drug development

The combination of high-performance liquid chromatography and mass spectrometry (LC/MS) has had a significant impact on drug development over the past decade. Continual improvements in LC/MS interface technologies combined with powerful features for structure analysis, qualitative and quantitative, have resulted in a widened scope of application. These improvements coincided with breakthroughs in combinatorial chemistry, molecular biology, and an overall industry trend of accelerated development. New technologies have created a situation where the rate of sample generation far exceeds the rate of sample analysis. As a result, new paradigms for the analysis of drugs and related substances have been developed. The growth in LC/MS applications has been extensive, with retention time and molecular weight emerging as essential analytical features from drug target to product. LC/MS-based methodologies that involve automation, predictive or surrogate models, and open access systems have become a permanent fixture in the drug development landscape. An iterative cycle of "what is it?" and "how much is there?" continues to fuel the tremendous growth of LC/MS in the pharmaceutical industry. During this time, LC/MS has become widely accepted as an integral part of the drug development process. This review describes the utility of LC/MS techniques for accelerated drug development and provides a perspective on the significant changes in strategies for pharmaceutical analysis. Future applications of LC/MS technologies for accelerated drug development and emerging industry trends are also discussed.     

Proteomic snapshot analyses of preribosomal ribonucleoprotein complexes formed at various stages of ribosome biogenesis in yeast and mammalian cells

Proteomic technologies powered by advancements in mass spectrometry and bioinformatics and coupled with accumulated genome sequence data allow a comprehensive study of cell function through large-scale and systematic protein identifications of protein constituents of the cell and tissues, as well as of multi-protein complexes that carry out many cellular function in a higher-order network in the cell. One of the most extensively analyzed cellular functions by proteomics is the production of ribosome, the protein-synthesis machinery, in the nucle(ol)us--the main site of ribosome biogenesis. The use of tagged proteins as affinity bait, coupled with mass spectrometric identification, enabled us to isolate synthetic intermediates of ribosomes that might represent snapshots of nascent ribosomes at particular stages of ribosome biogenesis and to identify their constituents--some of which showed dynamic changes for association with the intermediates at various stages of ribosome biogenesis. In this review, in conjunction with the results from yeast cells, our proteomic approach to analyze ribosome biogenesis in mammalian cells is described.     

基于多成分序贯代谢的石榴皮中枢神经系统保护作用物质基础研究

将序贯代谢法与超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）相结合,研究石榴皮发挥中枢神经系统保护作用的物质基础。首先制备石榴皮提取液,通过肠灌流和封闭肠环法收集肠壁代谢、肠道菌群代谢的血浆样品,经液相色谱-串联质谱分析以原型吸收入血成分和代谢产物;综合代谢组大鼠灌胃给药后,鉴定其血中移行成分;再结合以上结果对脑脊液样品进行解析,鉴定出入脑成分。结果表明,从提取液中共检测到鞣质类、黄酮类、酚酸类和异香豆素类等38个化学成分。肠壁代谢、肠道菌群代谢情况基本一致,检测到30个原型入血成分和12个代谢产物;综合代谢组血浆中检测到7个原型入血成分和16个代谢产物;在脑脊液中发现2个原型成分和4个代谢产物,分别是柠檬酸、鞣花酸和2个甲基鞣花酸同分异构体、二甲基鞣花酸、二甲基鞣花酸葡萄糖醛酸化物。本研究基于多成分序贯代谢靶向识别出石榴皮及其代谢产物中入脑成分,可为阐明石榴皮中枢神经系统保护作用提供证据。     

小鼠尿中沙美特罗及其代谢物的LC/MS研究

采用较大剂量小鼠灌胃给药 ,得到的尿样经固相提取后用 LC/ APCI/ MS分析 ,根据代谢知识及比较空白尿和阳性尿的响应数据 ,得出了沙美特罗的原型和四种代谢产物。结果表明 :小鼠尿中沙美特罗可能的主要代谢途径为羟基化、甲氧基化以及两者的加合。     

国产高分辨飞行时间质谱仪在药物分子结构鉴定中的应用

为了考察自主研发的API-TOF MS 10000电喷雾高分辨飞行时间质谱仪（ESI-TOF MS）对离子准确质量数测定的准确性及其在新药研发中的应用前景,采用该仪器对新药研发中涉及的291个天然产物及合成物进行质谱分析。以三氟乙酸钠为内标物进行仪器质量轴校准,将测试得到的目标离子准确质量数与理论准确质量数对比,计算两者的相对误差。结果表明：248个样品的分子质量测试结果与预期一致;对其中202个样品进行高分辨质谱测试,所得实验值与理论准确质量数之间的相对误差均小于5×10^-6;与预期不一致的实验结果提示样品的结构解析有误,并得到了其他波谱数据的验证。采用API-TOF MS 10000和美国AB Sciex公司的QSIAR Elite型Q/TOF MS对抗癌药物马来酸阿法替尼和降糖药利格列汀杂质进行质谱分析。结果表明,自主研发的API-TOF MS 10000与国际同类仪器对药物分子准确质量数的测试结果无明显差异,可以提供化合物准确的分子质量和分子式信息,是新药研发中药物分子结构解析的有力工具。     

UHPLC-LTQ-Orbitrap质谱法鉴定染料木素在大鼠体内的代谢产物

为深入研究染料木素在大鼠体内的效应物质基础,采用超高效液相色谱-离子阱-静电轨道场质谱（UHPLC-LTQ-Orbitrap MS）技术分析染料木素在大鼠体内可能的代谢产物。大鼠单次灌胃染料木素的CMC-Na混悬液后,收集不同时间的血浆及24 h内的尿液,样品经固相萃取法处理后,采用Waters Acquity UPLC BEH C18色谱柱（1.7 μm×2.1 mm×100 mm）分离,0.1%甲酸水溶液（A）-乙腈（B）流动相系统进行梯度洗脱;在负离子扫描模式下对含药血浆、尿液及空白组样品进行质谱分析。通过分析大鼠生物样品的质谱信息,并结合相关文献,共筛选鉴定出31种染料木素代谢产物。结果表明,染料木素在大鼠体内的主要代谢途径为葡萄糖醛酸化、葡萄糖结合、羟基化、还原反应、甲基化、硫酸酯化及其复合反应。本研究初步阐明了染料木素在大鼠体内的代谢情况,推测了体内发挥药效的物质基础,可为进一步药理作用机制研究提供依据。     

靶向抗肿瘤药物的ESI-MS/MS解析和代谢物鉴定

靶向抗肿瘤药物是新药研发的热点，也是我国近年来批准上市的新药中数目最多的一类药物。电喷雾质谱（ESI-MS）在当前新药研发中发挥着重要作用，质谱碎裂信息是建立药动学生物样品分析方法的基础，也是鉴定药物代谢产物结构的主要依据。本文总结了我国研发的靶向抗癌药物埃克替尼、阿帕替尼、吡咯替尼、氟马替尼、伏美替尼、法米替尼等及其主要代谢产物的电喷雾质谱碎裂途径，探讨质谱特征，并与其结构类似的药物进行比较。该综述对于如何选择合适的离子对进行定量分析，以及如何通过特征产物离子鉴定代谢产物具有参考意义。     

液相色谱-四极杆/静电场轨道阱质谱鉴定赛拉嗪在人尿中的代谢产物

为研究赛拉嗪在人体内的代谢产物,采用液-液萃取法和蛋白沉淀法对赛拉嗪阳性尿液进行前处理,利用液相色谱-四极杆/静电场轨道阱质谱（LC-Q-Orbitrap MS）技术,在HESI-Ⅱ正离子模式下分析,利用Compound Discoverer 软件对赛拉嗪代谢产物进行质谱解析。结果表明,赛拉嗪在人体内的主要代谢途径包括羟基化、氧化、N-脱烷基化、S-氧化成砜与葡萄糖醛酸及硫酸的结合等,在人尿液中共检测到13个代谢产物。本工作初步阐明了赛拉嗪在人体内的代谢途径以及主要代谢物。     

液相色谱-串联质谱生物分析方法的基质效应和对策

液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）法具有高灵敏度、高选择性、高通量等特点,已经成为生物分析的主流方法,广泛应用于新药发现和开发过程中新化学实体及其代谢物的定量分析。然而,由于生物样品基质成分复杂,共洗脱物质会影响分析物的离子化,使分析物的质谱响应增加或降低,从而影响LC-MS/MS分析方法的准确度和精密度。一般而言,离子抑制较离子增强更为常见。因此,在建立LC-MS/MS法时,需要对离子抑制进行评估和校正,并采用不同的策略消除或减少基质效应的影响。本文综述了生物样品分析中基质效应的来源和评估方法,重点介绍了克服基质效应的策略。引起基质效应的物质包括磷脂、盐类、尿素、代谢物等内源性物质和赋形剂、抗凝剂、固定相释放物质及降解产物等外源性物质。目前基质效应的评价方法主要有提取后加入法和柱后灌注法。克服基质效应的策略主要有使用稳定同位素内标,将极性药物衍生化,沉淀蛋白后稀释上清液,优化样品预处理方法、色谱和质谱条件等。结合本课题组的应用实例,重点阐述了建立LC-MS/MS生物分析方法时,为减少基质效应遇到的困难及解决方法。     

LIQUID CHROMATOGRAPHY–MASS SPECTROMETRY BOTTOM‐UP PROTEOMIC METHODS IN ANIMAL SPECIES ANALYSIS OF PROCESSED MEAT FOR FOOD AUTHENTICATION AND THE DETECTION OF ADULTERATIONS

This review offers an overview of the current status and the most recent advances in liquid chromatography–mass spectrometry (LC‐MS) techniques with both high‐resolution and low‐resolution tandem mass analyzers applied to the identification and detection of heat‐stable species‐speci?c peptide markers of meat in highly processed food products. We present sets of myofibrillar and sarcoplasmic proteins, which turned out to be the source of 105 heat‐stable peptides, detectable in processed meat using LC‐MS/MS. A list of heat‐stable species‐specific peptides was compiled for eleven types of white and red meat including chicken, duck, goose, turkey, pork, beef, lamb, rabbit, buffalo, deer, and horse meat, which can be used as markers for meat authentication. Among the 105 peptides, 57 were verified by multiple reaction monitoring, enabling identification of each species with high specificity and selectivity. The most described and monitored species by LC‐MS/MS so far are chicken and pork with 26 confirmed heat‐stable peptide markers for each meat. In thermally processed samples, myosin, myoglobin, hemoglobin, l ‐lactase dehydrogenase A and β‐enolase are the main protein sources of heat‐stable markers. © 2019 John Wiley & Sons Ltd. Mass Spec Rev