芬太尼及其衍生物的代謝轉(zhuǎn)化研究進展

李澤華，王 凱，2，徐 斌，莊笑梅，趙 瑾，郭 磊，謝劍煒

（軍事科學院軍事醫(yī)學研究院1.毒物藥物研究所，3.科研保障中心，北京 100850；2.聯(lián)勤保障部隊三亞康復療養(yǎng)中心，海南 三亞 572000）

1960年，比利時科學家保羅·楊森（Paul Janseen）以N-芐基-4-哌啶酮為起始原料首次全合成了芬太尼，一類全新結(jié)構(gòu)的強效阿片受體激動劑從此產(chǎn)生。芬太尼選擇性作用于μ阿片受體，鎮(zhèn)痛效果為嗎啡的50～100倍，且起效較快，被用作麻醉性鎮(zhèn)痛藥，用于全身和局部的麻醉以及持續(xù)性中重度慢性疼痛的治療。之后陸續(xù)合成了系列芬太尼類衍生物，按用途可大致分為藥用和非藥用芬太尼類衍生物兩大類。

藥用芬太尼類衍生物共5種，包括已注冊用于人體的芬太尼、瑞芬太尼、舒芬太尼、阿芬太尼和用于大型動物的卡芬太尼。鎮(zhèn)痛活性按半數(shù)有效劑量（ED50，mg·kg-1排序為瑞芬太尼（0.0044）≈芬太尼（0.0041）＜舒芬太尼（0.00071）＜卡芬太尼（0.00041［1］）。瑞芬太尼在麻醉中被廣泛用作誘導劑和維持劑，在重癥監(jiān)護室用于術(shù)后疼痛管理和鎮(zhèn)痛?？ǚ姨徭?zhèn)痛作用已達嗎啡的10000倍。通常認為，芬太尼類衍生物結(jié)構(gòu)上哌啶環(huán)的擴張或收縮均會顯著降低其鎮(zhèn)痛活性［2］，哌啶環(huán)上特定取代基的順反構(gòu)型亦會對鎮(zhèn)痛活性造成影響。

芬太尼類衍生物可激動μ阿片受體，在鎮(zhèn)痛同時讓人產(chǎn)生輕松愉悅的感覺，相比海洛因等毒品作用時間短、成癮性弱、原料易得、價格低廉，因此販毒人員將非法“設(shè)計”合成的芬太尼類衍生物摻雜在海洛因或可卡因等毒品中謀取更多利潤［3］。但是芬太尼類衍生物致死劑量較低，攝入極少量即可對人體造成傷害乃至危及生命，如20 μg卡芬太尼即可致使一名成年人死亡。20世紀80年代出現(xiàn)了3-甲基芬太尼、α-甲基芬太尼、β-羥基芬太尼等濫用的報道，但僅為個例。2010年后，新型芬太尼類衍生物在美國、歐洲等濫用現(xiàn)象愈演愈烈。2017年，美國芬太尼類衍生物濫用致2.9萬人死亡，超越海洛因成為過量致死案例最多的非法藥物，美國于當年即宣布進入公共衛(wèi)生“緊急狀態(tài)”，并成立了對抗阿片藥物危機的“總統(tǒng)委員會”。

不法分子為逃避法律監(jiān)管不斷合成新型芬太尼類衍生物（又稱設(shè)計型芬太尼designer fentanyls，芬太尼同系物fentalogs），目前已有1400余種非藥用芬太尼類衍生物被報道。2018年2月，美國緝毒局將不受《聯(lián)邦列管物質(zhì)法案》管制的所有芬太尼類衍生物列入表1，開始進行整類管控。在我國，從2013年版的《麻醉藥品和精神藥品目錄》到2018年版的《非藥用類麻醉藥品和精神藥品管制品種增補目錄》，已將25種芬太尼類衍生物及2種前體在內(nèi)的170種新精神活性物質(zhì)列入管控范圍。鑒于愈演愈烈的美國阿片危機及其濫用趨勢，2019年5月1日起，我國將芬太尼類物質(zhì)全部列入《非藥用類麻醉藥品和精神藥品管制品種增補目錄》，進行整類列管。2020年3月，聯(lián)合國麻醉藥品委員會第63屆會議決定在《麻醉品單一公約》附表一中增加巴豆酰芬太尼和戊酰芬太尼，并于2020年5月7日生效。

芬太尼類衍生物效價高、致死劑量低，在體內(nèi)廣泛代謝，僅有極少量原型通過尿液排出，體外檢測需要極高靈敏度。Shanks等［4］在262名死亡者血液樣本中鑒定出卡芬太尼，血液濃度范圍為10.2～2000 ng·L-1，平均濃度193 ng·L-1，因此建議任何用于檢測人類全血樣本中卡芬太尼的分析方法都應(yīng)足夠靈敏，最好使用10～50 ng·L-1的定量下限。但并未在任何尿液樣本中檢測到卡芬太尼原型。

在分析急性中毒病例或死亡病例的生物樣本時，代謝產(chǎn)物對于確認此類化合物的攝取至關(guān)重要。臨床及法醫(yī)分析中的檢測鑒定更需廣泛涵蓋芬太尼類衍生物的代謝產(chǎn)物，從而延長在生物醫(yī)學基質(zhì)（血液、尿液、毛發(fā)、唾液和組織等）中的檢測窗口，提高篩查檢測效率。與此同時，新型芬太尼衍生物層出不窮、代謝廣泛、主要代謝物相同或相似，為臨床、法醫(yī)及監(jiān)管的相關(guān)檢測鑒定工作提出了嚴峻挑戰(zhàn)。

因此，迫切需要全面了解芬太尼類衍生物的代謝途徑和代謝產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)特點，以期達到合理推測新型芬太尼衍生物代謝轉(zhuǎn)化規(guī)律，以及針對不同時期、不同類型生物醫(yī)學樣品進行準確篩查鑒定的目的。本文針對已報道的芬太尼類衍生物的代謝行為，從代謝模型、代謝途徑和代謝產(chǎn)物特征等方面進行總結(jié)評述。

1 芬太尼類衍生物概述

芬太尼類衍生物是一類4-苯胺哌啶衍生物，典型的芬太尼類結(jié)構(gòu)均含4個可修飾單元，分別為N-烷基部分（R1）、哌啶環(huán)（R2）、酰胺基團（R3）和苯胺基團（R4）。新型芬太尼類衍生物多集中于其R3、R4部分的結(jié)構(gòu)改造。中毒樣本檢測是臨床毒理學中一個重要問題，但對于新型芬太尼類衍生物的代謝研究仍然明顯不足。表1列出目前已報道涉及代謝產(chǎn)物研究的藥用和非藥用芬太尼類衍生物種類及結(jié)構(gòu)修飾情況，需要說明的是，僅占已報道的1400余種芬太尼類衍生物的約1/50。芬太尼類衍生物均在體內(nèi)代謝生成多種Ⅰ相和Ⅱ相代謝產(chǎn)物，除瑞芬太尼外，主要在細胞色素P450酶（cytochrome P450，CYP450）的作用下代謝，代謝酶表型為CYP3A4，2D6，2C19和3A5等［5］。

表1 芬太尼類衍生物的結(jié)構(gòu)

公認的代謝產(chǎn)物之一為無活性的哌啶環(huán)N原子脫烷基化代謝產(chǎn)物，通常以“諾”冠于產(chǎn)物名稱詞首，如諾芬太尼和諾卡芬太尼等，簡稱“諾-代謝物（nor-metabolite）”［6］。目前在分析生物樣本中的代謝產(chǎn)物時，一般考慮將諾芬太尼作為首要定性定量指標。但由于芬太尼類衍生物具有很強的結(jié)構(gòu)相似性，某些情況下，它們可具有相同的代謝產(chǎn)物，如芬太尼和α-甲基芬太尼均代謝產(chǎn)生諾芬太尼；卡芬太尼和瑞芬太尼均代謝產(chǎn)生諾卡芬太尼［7］；阿芬太尼和舒芬太尼均代謝產(chǎn)生諾阿芬太尼等。因此，不能僅通過對單一諾-代謝物的檢測鑒定來確定某一種芬太尼。

2 體內(nèi)外代謝體系

新型芬太尼類衍生物的毒物代謝特征包括毒物代謝物譜、代謝分布及動力學等，對于中毒診斷救治非常重要。目前常使用大鼠、小鼠、家兔和比格犬作為模型動物進行毒物代謝研究，體外模型主要用于評估與人體內(nèi)Ⅰ相和Ⅱ相代謝的相關(guān)性。常用的體外代謝模型包括人肝微粒體（human liver microsomes，HLM）、人肝S9、人原代肝細胞（human primary hepatocytes,h-PRM-HEP）和人肝細胞系HepaRG、誘導人干細胞源性肝細胞（human iPS cell-derived hepatocytes，h-iPS-HEP）和人源化小鼠肝細胞（hepatocytes isolated from a liverhumanized mouse，PXB）等。HLM雖通常適用于預(yù)測各種Ⅰ相代謝物，但其代謝產(chǎn)物豐度并不一定能反映體內(nèi)真實情況。另外亦有小腸微粒體代謝芬太尼的報道。人濫用中毒病例可提供部分代謝轉(zhuǎn)化信息，但需詳細梳理健康狀況、合用藥物及肝和胃腸道的代謝酶基因多態(tài)性所帶來的影響。表2總結(jié)了目前已報道的芬太尼類衍生物的體內(nèi)外代謝體系情況［6，8-25］。結(jié)合體內(nèi)外代謝體系，如人肝細胞系及中毒病例全面獲得代謝物譜，是一種較為科學合理的方式。

表2 芬太尼類衍生物的體內(nèi)外代謝體系研究現(xiàn)狀

3 代謝途徑及代謝產(chǎn)物特征

芬太尼類衍生物攝入人體后，主要通過CYP酶進行代謝轉(zhuǎn)化。主要的CYP亞型為CYP3A4和CYP2D6，代謝途徑為N-脫烷基化、羥基化。其他Ⅰ相代謝途徑還包括，通過酰胺水解生成去酰胺基代謝產(chǎn)物、N原子氧化生成N-氧化物以及R3酰胺末端烷基氧化生成羧酸產(chǎn)物等。個別芬太尼類衍生物還可在其特異取代基處發(fā)生酯基的水解反應(yīng)、甲氧基的O-脫甲基化、呋喃基的環(huán)氧水合作用等。芬太尼類衍生物的Ⅱ相代謝研究尚待深入，目前僅報道了甲基化、葡萄糖醛酸化和硫酸化等。大多數(shù)代謝產(chǎn)物用液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜（包括高分辨串聯(lián)質(zhì)譜）分離鑒定［26］。以芬太尼為例，目前已基本明確的代謝產(chǎn)物及轉(zhuǎn)化途徑見圖1。本文總結(jié)了已發(fā)現(xiàn)的芬太尼類衍生物的體內(nèi)外代謝轉(zhuǎn)化途徑和代謝產(chǎn)物等，其類型以熱圖形式列于圖2，圖中數(shù)字僅代表代謝產(chǎn)物的種類個數(shù)，與代謝產(chǎn)物的相對豐度無關(guān)。

圖1 芬太尼的代謝轉(zhuǎn)化途徑［5，8-9，19-20，27-28］.不同的代謝轉(zhuǎn)化途徑以不同顏色標示：N-脫烷基（藍色）、羥基化（紅色）、酰胺水解（綠色）、N原子氧化（粉色）、羧酸化（紫色）和葡萄糖醛酸化（橙色）.

圖2 芬太尼類衍生物的代謝產(chǎn)物類型.

總體而言，藥用芬太尼類衍生物的主要代謝產(chǎn)物為N-脫烷基化、羥基化產(chǎn)物及可能的Ⅱ相結(jié)合產(chǎn)物；R3酰胺基團改變后的芬太尼類衍生物，主要代謝產(chǎn)物中N-脫烷基化產(chǎn)物豐度下降，羥基化產(chǎn)物豐度上升，還可能產(chǎn)生高豐度的完全去酰胺化代謝產(chǎn)物（如呋喃芬太尼代謝產(chǎn)生的4-苯胺基-N-苯乙基哌啶，4-anilino-N-phenethyl-piperidine，4-ANPP）及其進一步的硫酸化產(chǎn)物、以及高豐度的R3酰胺基團的羧酸化代謝產(chǎn)物等（如羧酸化丁酰芬太尼）。

3.1 N-脫烷基

1968年，Wijingaarden等［27］以雄性Wistar大鼠為模型，首次對芬太尼進行了體內(nèi)代謝研究，揭示出N-脫烷基作用這一主要代謝途徑，即在哌啶處脫去整個R1基團。諾芬太尼是含量最豐富的代謝產(chǎn)物，F(xiàn)eierman等［8］明確指出，芬太尼主要經(jīng)CYP3A4酶作用后產(chǎn)生N-脫（苯乙基）的諾芬太尼，諾芬太尼在 HLM 中的 Km和 Vmax值分別為 117 μmol·L-1和3.86 min-1。Schneider等［28］采用豚鼠回腸縱肌電刺激實驗，測得諾芬太尼不具有阿片活性。Goromaru等［29］給患者持續(xù)輸注芬太尼（2.1～3.0 mg·kg-1）24 h后，患者尿液中諾芬太尼的排泄量占芬太尼初始給藥劑量的8%～25%。Kanamori等［19-20］將芬太尼分別與h-PRM-HEP，h-iPS-HEP和PXB細胞孵育，諾芬太尼分別為初始劑量的3.3%～14.5%，13.8%和60%。

與芬太尼相似，諾乙酰芬太尼也是乙酰芬太尼最主要的代謝產(chǎn)物［30］。經(jīng)11 d培養(yǎng)的PXB細胞與乙酰芬太尼孵育48 h后，產(chǎn)生的諾乙酰芬太尼約占初始乙酰芬太尼含量的35%［20］。Labroo等［9］將芬太尼與人十二指腸微粒體孵育后得到的主要代謝產(chǎn)物也為諾芬太尼，但平均代謝率約為肝代謝的一半。

N-脫烷基作用雖是芬太尼類衍生物主要的代謝轉(zhuǎn)化途徑，諾-代謝物也常被用作分析生物樣本中芬太尼類代謝產(chǎn)物時的首要定性定量指標，但N-脫烷基代謝在瑞芬太尼［22］和呋喃芬太尼［23］等芬太尼衍生物中只占較低比例。在瑞芬太尼中占比較低的原因是瑞芬太尼自身主要經(jīng)酯酶水解；在后者中占比較低的原因則與R3和R4基團的修飾改變了生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)活性直接相關(guān)。2017年，Goggin等［23］發(fā)現(xiàn)，吸毒人員的51例呋喃芬太尼陽性尿樣中，僅在4例尿液中檢測到諾呋喃芬太尼且濃度極低；42例尿液中均發(fā)現(xiàn)高豐度代謝產(chǎn)物酰胺水解產(chǎn)物4-ANPP及其硫酸鹽結(jié)合物，提示芬太尼類衍生物的代謝轉(zhuǎn)化并不總是與N-脫烷基化反應(yīng)有關(guān)，當芬太尼類衍生物的酰胺部分中的烷基基團被呋喃基取代時，會使代謝更易向酰胺基團水解的方向進行。

3.2 羥基化

芬太尼類衍生物經(jīng)由CYP酶發(fā)生羥基化，是其另一主要代謝途徑。目前已在多種新型芬太尼類衍生物的體內(nèi)外代謝體系中發(fā)現(xiàn)了多種類型高豐度羥基化代謝產(chǎn)物。羥基化在芬太尼結(jié)構(gòu)中的4個部分均可發(fā)生，其中最易發(fā)生在R1上的苯環(huán)及N-烷基鏈部位，最不易發(fā)生在苯胺基團（R4）部位。按羥基化位點個數(shù)可分為單羥基、雙羥基和三羥基代謝產(chǎn)物，三羥基代謝產(chǎn)物僅見于芬太尼［28］和呋喃芬太尼［6］。某些羥基化的具體位點至今仍未清楚闡釋。

單羥基產(chǎn)物最為常見且含量較高，如4′-羥基芬太尼。4′-羥基芬太尼（0.2%～2.4%）和β-羥基芬太尼（0.9%～3.5%）是h-iPS-HEP，h-PRM-HEP和PXB細胞中生成的僅次于諾芬太尼的代謝產(chǎn)物［19-20］。這與患者尿液中4′-羥基芬太尼的排泄量占芬太尼初始劑量的3%～6%，含量為次高的研究結(jié)果相吻合［29］。CYP2D6等參與了4′-羥基芬太尼的產(chǎn)生，CYP3A4參與了β-羥基芬太尼、（ω-1）-羥基芬太尼和諾芬太尼的產(chǎn)生［20］。另外，在芬太尼中毒人員的尿樣中還檢測到了諾芬太尼的羥基化產(chǎn)物［31］。

2018年，Kanamori等［20］首次確認了4′-羥基乙酰芬太尼和β-羥基乙酰芬太尼也是乙酰芬太尼在h-iPS-HEP、h-PRM-HEP和PXB細胞中生成的僅次于諾乙酰芬太尼的代謝產(chǎn)物，分別為初始乙酰芬太尼劑量的2.7%～10.1%和0.5%～8.5%。經(jīng)11 d培養(yǎng)的PXB細胞與乙酰芬太尼孵育48 h后，產(chǎn)生的4′-羥基乙酰芬太尼和β-羥基乙酰芬太尼約占初始乙酰芬太尼含量的9%和13%。與芬太尼相比，乙酰芬太尼僅是在R3基團上由丙酰基改為了乙?；?，包括4′-羥基、β-羥基在內(nèi)的羥基化產(chǎn)物就顯著增加。

通過β-葡萄糖醛酸酶、芳基硫酸酯酶水解前后相關(guān)代謝產(chǎn)物的含量變化，揭示出部分羥基化的芬太尼類代謝物是以葡萄糖醛酸化、或硫酸酯化的結(jié)合形式存在的［6，20］。如芬太尼和乙酰芬太尼的 4′-羥基-代謝物和 4′-羥基-3′-甲氧基-代謝產(chǎn)物在PXB細胞中多數(shù)是以葡萄糖醛酸或硫酸結(jié)合物的形式存在；但β-羥基芬太尼、ω-羥基芬太尼和（ω-1）-羥基芬太尼則僅有一少部分與葡萄糖醛酸結(jié)合［20］。

另外存在取代基環(huán)氧化水解后生成的二氫二醇類的羥基化產(chǎn)物。2017年，Watanabe等［6］在混合人肝細胞體外實驗中，發(fā)現(xiàn)二氫二醇呋喃芬太尼是僅次于4-ANPP的第二大代謝物，經(jīng)環(huán)氧化作用和水解作用生成。此外，在51份來自呋喃芬太尼使用者的尿樣中，44份樣本的二氫二醇呋喃芬太尼濃度與呋喃芬太尼相似［23］。Labutin等［13］還在1名呋喃芬太尼使用者的尿樣中檢測到了2種羥化的二氫二醇呋喃芬太尼。Krotulski等［14］將四氫呋喃芬太尼與HLM孵育，確定了1種四氫呋喃氧化后開環(huán)水解形成的新型代謝產(chǎn)物，該產(chǎn)物亦在體內(nèi)代謝中的血液和尿液樣本中發(fā)現(xiàn)。

一項評估幾種芬太尼代謝物阿片類活性的早期研究發(fā)現(xiàn)，盡管大多數(shù)代謝物被認為是非活性的，但4′-羥基芬太尼和其他羥基化代謝物可能具有生物活性。其中4′-羥基芬太尼活性位于嗎啡和哌替啶之間（ED50=1.4 mg·kg-1，大鼠斷尾實驗）［28］。具有活性的β-羥基芬太尼是芬太尼的主要代謝產(chǎn)物之一［20］?？ǚ姨嵩隗w外人肝細胞代謝體系中豐度最高的產(chǎn)物則為哌啶環(huán)（R2）基團上的單羥基化產(chǎn)物。該產(chǎn)物和另一R1基團上羥基化代謝物被認為具有進一步評估其活性的價值［32］。

3.3 酰胺水解

鑒于結(jié)構(gòu)上的強烈相似性，許多新型芬太尼類衍生物會經(jīng)酰胺基團水解形成完全相同的代謝物，如4-ANPP便可由芬太尼［31］、乙酰芬太尼、丙烯酰芬太尼［6］、丁酰芬太尼［12］和呋喃芬太尼［23］等代謝形成。應(yīng)注意到的是，酰胺基團（R3）經(jīng)較大空間位阻基團修飾后，酰胺水解這一代謝轉(zhuǎn)化過程占比增加。

另一方面，4-ANPP亦是在芬太尼類衍生物合成過程中的前體化合物，通常與原型化合物一起存在于樣品中。因此，檢測到4-ANPP時，需仔細甄別其來源，雖可提供有關(guān)中毒方式的額外信息，但對于具體判別某種芬太尼類衍生物的存在或攝取時，并不具有絕對的鑒定診斷意義。

3.4 N原子氧化

N原子氧化主要發(fā)生于哌啶環(huán)（R2的N原子），另外酰胺基團（R3的N原子）亦可發(fā)生氧化［18，32］。一般認為在強氧化條件下利于N原子氧化物的形成，多在體外代謝實驗中發(fā)現(xiàn)且含量更高，如Feasel等［32］鑒定了人肝細胞中卡芬太尼的N-氧化物等。已有在大鼠尿液中發(fā)現(xiàn)異芬太尼的N-氧化物的報道［25］。

3.5 酯水解

酯基在酯酶的作用下水解生成相應(yīng)羧酸的反應(yīng)普遍存在于酯基取代的芬太尼類衍生物中，如瑞芬太尼和卡芬太尼。瑞芬太尼是唯一一種被發(fā)現(xiàn)在血液和組織中95%由非CYP酶代謝的芬太尼類衍生物，由芬太尼的苯乙基替換為酯基而得到，該位點的酯基更易被非特異性組織和血漿酯酶快速水解。瑞芬太尼具有較短的作用時間（3～10 min），主要代謝產(chǎn)物為瑞芬太尼酸，其主要通過腎清除，在人體內(nèi)的消除半衰期為 88～137 min［22，33］。瑞芬太尼酸仍具有一定活性，但效力約為瑞芬太尼的 1/4000，阿芬太尼的1/8［34］。

較之瑞芬太尼，卡芬太尼的酯基部分具有更大的空間位阻，酯基水解并不是卡芬太尼最主要的代謝途徑。2016年，F(xiàn)easel等［32］研究表明，卡芬太尼的主要代謝途徑仍為N-脫烷基化和羥基化（酰胺基團、哌啶環(huán)），但在此之后仍可繼續(xù)發(fā)生酯基水解反應(yīng)。

3.6 羧酸化

當芬太尼類衍生物的R3基團為烷基酰胺時，烷基側(cè)鏈經(jīng)羥基化后可進一步氧化生成羧酸化代謝產(chǎn)物。例如，Andrea等［12］發(fā)現(xiàn)丁酰芬太尼經(jīng)HLM孵育后的主要代謝產(chǎn)物為諾-、ω-羥基-、和苯乙基羥基化的丁酰芬太尼。然而與體外代謝轉(zhuǎn)化不同的是，丁酰芬太尼濫用者血液中的主要代謝產(chǎn)物為羧酸化丁酰芬太尼，即丁?；鶊F羥基化后再羧酸化；尿液中的主要代謝產(chǎn)物為羧酸化-、ω-羥基-、苯乙基羥基化的丁酰芬太尼；且與此同時血液和尿液中諾丁酰芬太尼的含量均較低。另外，芬太尼的同分異構(gòu)體異芬太尼（R1基團為苯甲基；R2基團為3-甲基哌啶），其R3基團上仍為丙?；?，此時其代謝物譜里也增加了羧酸化的異芬太尼［25］；類似情況還包括3-甲基芬太尼等［25］。提示R3基團為烷基酰胺時，也許羧酸化是一種普遍的代謝物類型。此點還有待在芬太尼類衍生物的代謝物譜中進一步證實。

3.7 甲基化

甲基化是藥物代謝轉(zhuǎn)化的常見Ⅱ相反應(yīng)類型之一，分為O-甲基化、S-甲基化、N-甲基化等。其中催化O-甲基化反應(yīng)的酶為鄰苯二酚-O-甲基轉(zhuǎn)移酶（catechol-O-methyltransferase，COMT），要求底物必須有兒茶酚（鄰苯二酚）結(jié)構(gòu)。當芬太尼類衍生物經(jīng)雙羥基化作用形成鄰苯二酚結(jié)構(gòu)時，便可在COMT作用下生成O-甲基化產(chǎn)物，通常發(fā)生在R1苯乙基及R4苯胺基團上，其中R1基團更為常見［12］。Kanamori等［19］在h-PRM-HEP細胞體外代謝體系中，檢測到代謝產(chǎn)物4′-羥基-3′-甲氧基芬太尼、以及經(jīng)中間代謝產(chǎn)物3′，4′-二羥基乙酰芬太尼甲基化形成的4′-羥基-3′-甲氧基乙酰芬太尼。2020年的一份關(guān)于人肝細胞和中毒人員尿液的代謝譜研究表明，R4基團上為鄰、間和對位氟代苯基時，其R1基團乙基上的單羥基代謝產(chǎn)物和苯環(huán)上的羥基+羥甲基代謝產(chǎn)物，特征性強，豐度較高［18］。

3.8 葡萄糖醛酸化

葡萄糖醛酸化是最常見的Ⅱ相結(jié)合反應(yīng)，通常含量較高、底物廣泛。Steuer等［12］共報道了36種丁酰芬太尼的代謝產(chǎn)物，其中13種Ⅱ相代謝產(chǎn)物中的8種為葡萄糖醛酸結(jié)合產(chǎn)物。在芬太尼類衍生物中，葡萄糖醛酸通常與單羥基化［25］、二羥基化［12］、O-脫甲基［35］產(chǎn)物以及含有甲氧基的代謝產(chǎn)物［6］共同作用生成葡萄糖醛酸結(jié)合產(chǎn)物。另外，葡萄糖醛酸化反應(yīng)更傾向于發(fā)生在R1部分，特別是苯乙基的苯環(huán)上。Kanamori等［20］用β-葡萄糖醛酸酶或芳基硫酸酶水解PXB細胞培養(yǎng)基，并測定芬太尼代謝物的含量與未經(jīng)水解處理的對照組后發(fā)現(xiàn)，4′-羥基芬太尼、4′-羥基-乙酰芬太尼、4′-羥基-3′-甲氧基芬太尼和4′-羥基-3′-甲氧基-乙酰芬太尼大部分是與葡萄糖醛酸或硫酸結(jié)合的形式存在的，β-羥基芬太尼、ω-羥基芬太尼和（ω-1）-羥基芬太尼只有很少一部分與葡萄糖醛酸結(jié)合。提示芬太尼的葡萄糖醛酸結(jié)合代謝產(chǎn)物可能是良好的候選暴露生物標志物。

3.9 硫酸化

硫酸化結(jié)合反應(yīng)的特點是低容量和高親和性，一般認為，酚類化合物等作為底物時在低濃度時以硫酸化為主，高濃度時以葡萄糖醛酸結(jié)合為主。硫酸化通常使底物失活，但也可能導致活化。目前，硫酸化結(jié)合產(chǎn)物僅在乙酰芬太尼和呋喃芬太尼中被發(fā)現(xiàn)，由原型化合物經(jīng)羥基化或酰胺水解與硫酸化共同作用生成［6，23］。雖然 Richeval等［13］在 HLM和HepaRG細胞孵育體系中未檢測到呋喃芬太尼的硫酸化產(chǎn)物，但Goggin等［23］采用非靶向高分辨質(zhì)譜技術(shù)分析吸毒人員的51例尿液陽性樣本時，主要代謝產(chǎn)物仍然確認為硫酸化ANPP（均值90 μg·L-1）、二氫二醇代謝物（均值 50 μg·L-1）、4-ANPP（均值 39.6 μg·L-1），均高于原型化合物—呋喃芬太尼（均值33.8 μg·L-1）。提示體內(nèi)外代謝體系存在一定差異。

3.10 其他代謝類型

除上述代謝反應(yīng)類型外，芬太尼類衍生物還可發(fā)生O-去甲基等代謝反應(yīng)。如舒芬太尼代謝產(chǎn)生少量O-去甲基產(chǎn)物，其效價約為舒芬太尼的10%［5］。2018年，針對奧芬太尼，Allibe等［15］檢測到的4種體外代謝物分別為羥基化、O-去甲基、羥基化與O-去甲基共同作用以及O-去甲基與葡萄糖醛酸化共同作用的產(chǎn)物，但其主要代謝產(chǎn)物為O-去甲基芬太尼。

4 中毒樣本中的代謝產(chǎn)物檢測

近年來，濫用致死的芬太尼類衍生物主要包括乙酰芬太尼、丁酰芬太尼、卡芬太尼、呋喃芬太尼、4-甲氧丁酰芬太尼、4-氟丁酰芬太尼和奧芬太尼等［26］。表3總結(jié)了中毒樣本的各種生物檢材中芬太尼類衍生物的含量［4，15，21，36-61］。目前的中毒檢測仍以原型為主，受攝入方式、耐受程度、藥物相互作用、生物醫(yī)學樣本類型、死后再分布等因素影響，原型化合物的濃度范圍差異較顯著。Dwyer等［36］對于41例乙酰芬太尼過量死亡案例的測定表明，血液中乙酰芬太尼的濃度范圍為0.13～2100 μg·L-1，平均值為169.3 μg·L-1；Staeheli等［21］報道了一例丁酰芬太尼中毒患者死亡后9 h不同生物樣本中的丁酰芬太尼含量，范圍涵蓋2個數(shù)量級。羧酸化及羥基化丁酰芬太尼是其最高豐度的代謝物。

表3 中毒樣本的各種生物檢材中芬太尼類衍生物的含量

另外，中毒樣本檢測中的相關(guān)代謝產(chǎn)物篩查可有效延長檢測的時間窗口，并可佐證機體的攝入與濫用。因此，毒物的代謝產(chǎn)物是良好的候選暴露生物標記物。關(guān)于新型芬太尼類衍生物的法醫(yī)毒物檢測正在成為臨床毒理學和法醫(yī)毒理學領(lǐng)域中的熱點，初步揭示新型芬太尼衍生物的代謝譜出現(xiàn)了新特征。提示需要針對不同的芬太尼衍生物類型，結(jié)合豐度和特征結(jié)構(gòu)，有針對性選擇不同代謝產(chǎn)物為暴露生物標記物。如Watanabe等［6］針對4種新型芬太尼類衍生物中毒事例，提出以下高豐度的特異性代謝產(chǎn)物可作為尿樣中的暴露生物標記物：乙酰芬太尼的羥基甲氧基代謝物和單羥基代謝物；丙烯酰芬太尼的單羥基代謝物和雙羥基代謝物；4-氟異丁基芬太尼的兩種單羥基代謝物和一種羥基甲氧基代謝物；以及呋喃芬太尼的4-ANPP和二氫二醇代謝物。N-脫烷基化代謝物雖豐度較高，但損失了部分骨架信息（即丟失整個R1基團），不是理想的暴露生物標志物。

我們認為，多種新型芬太尼衍生物的Ⅱ相代謝產(chǎn)物亦可能是更好的暴露生物標志物。如乙酰芬太尼中毒人員尿液樣本中篩查發(fā)現(xiàn)的32個代謝產(chǎn)物中的10個都是Ⅱ相結(jié)合物，高豐度的Ⅰ相代謝物如羥基甲氧基代謝物和單羥基代謝物均可形成其葡萄糖醛酸化和硫酸化的Ⅱ相代謝產(chǎn)物［6］。

5 結(jié)語

芬太尼類衍生物效價較高、致死量低、濫用致死案例逐年攀升，對公眾健康和國家安全構(gòu)成嚴重威脅。其新結(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn)、代謝產(chǎn)物眾多、體內(nèi)中毒分布廣泛等為臨床救治、法醫(yī)鑒定及政府管控等帶來了嚴峻挑戰(zhàn)。但目前相對于藥用芬太尼，新型芬太尼類衍生物的代謝研究剛開始起步，篩查鑒定及定量檢測時多局限于選擇原型、N-脫烷基化產(chǎn)物及4-ANPP等，仍未形成對各類芬太尼類衍生物的代謝途徑及產(chǎn)物特征的全面、科學認識?？紤]到單一代謝產(chǎn)物不能準確追溯至原型，骨架上設(shè)計型修飾對代謝物譜改變明顯，個體代謝酶表型差異、代謝相互作用等均可能改變化合物的代謝譜圖等，我們提出，亟需在合理的體外模型指導下，對體內(nèi)代謝數(shù)據(jù)進行驗證，從而確認相關(guān)血液和尿液代謝產(chǎn)物。進一步開展建立代謝產(chǎn)物理論庫、結(jié)合多種特征結(jié)構(gòu)篩查得到新型、特征性強、溯源性強的暴露或效應(yīng)標志物、完整闡述體內(nèi)外時-量-效關(guān)系等研究工作，對新型芬太尼類衍生物的準確篩查鑒定、體內(nèi)中毒溯源、生物標志物譜描述等具有重要價值。