基于質(zhì)譜分析的新精神活性物質(zhì)代謝研究進(jìn)展

張桄滕，何洪源，黃家棟，周宗賢

（中國人民公安大學(xué) 偵查學(xué)院，北京 100038）

新精神活性物質(zhì)（New psychoactive substance，NPS）又稱為“策劃藥”、“合法興奮劑”，是繼傳統(tǒng)毒品和合成毒品后的第三代毒品。全球市場上出現(xiàn)的NPS可根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)分為合成大麻素類（例如5FADB、JWH－018）、合成卡西酮類（例如甲氧麻黃酮）、苯乙胺類（例如2C系列化合物）、哌嗪類（例如N-芐基哌嗪）、色胺類（例如賽洛新）、氨基茚滿類（例如2-氨基茚滿）、氯胺酮及苯環(huán)利定類（例如4-甲氧基苯環(huán)利定）、植物類（例如卡痛、恰特草）和其他類（例如阿片類物質(zhì)）等。對(duì)現(xiàn)有濫用藥物分子進(jìn)行輕微修飾合成的NPS能夠規(guī)避法律監(jiān)管，以每年幾十種的速度出現(xiàn)在毒品市場上［1］，不僅對(duì)吸食者個(gè)人的身體健康造成損害，還極易引發(fā)關(guān)聯(lián)的違法犯罪甚至嚴(yán)重的社會(huì)問題，不利于經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定。

NPS在人體內(nèi)代謝迅速，尿液和血液中母體化合物的濃度將在短時(shí)間內(nèi)下降，通過分析代謝產(chǎn)物可有效延長NPS的檢測窗口期，對(duì)毛發(fā)、血液或尿液等生物樣品的檢測十分重要［2］。為了解NPS的代謝研究現(xiàn)狀，在Web of science核心合集中，以檢索式“（（TS=（new psychoactive substance）） OR TS=（novel psychoactive substance）） AND PY=（2011－2022）”進(jìn)行檢索（2022年10月20日），使用關(guān)鍵詞“metabolite”，“metabolism”或“metabolic”對(duì)檢索結(jié)果進(jìn)行篩選，去重后整理得到786篇相關(guān)文獻(xiàn)。結(jié)果顯示，隨著NPS的濫用問題日益嚴(yán)重，自2011年以來，NPS代謝相關(guān)的研究年度發(fā)文量呈上升趨勢(shì)，2017年已超過80篇，見圖1A。使用文獻(xiàn)計(jì)量分析軟件Vosviewer［3］對(duì)2017 ~ 2022年發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行分析，顯示頻次大于15的關(guān)鍵詞，合并、清洗后得到125個(gè)共現(xiàn)關(guān)鍵詞，繪制共現(xiàn)關(guān)鍵詞密度圖，見圖1B。

圖1 年度發(fā)文量趨勢(shì)圖（A）和共現(xiàn)關(guān)鍵詞密度圖（B）Fig.1 Trend chart of annual publications（A） and density visualization of co-occurrence keywords（B）

共現(xiàn)關(guān)鍵詞密度圖能夠在一定程度上反映相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。關(guān)鍵詞在文獻(xiàn)中出現(xiàn)的頻次越高，在密度圖中對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的顏色越深。在圖1B中，“metabolite”、“mass spectrometry”及其相鄰節(jié)點(diǎn)顏色較深，表明NPS代謝物的確定是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，質(zhì)譜法是常用的儀器分析方法。

質(zhì)譜分析技術(shù)能夠得到未知化合物的分子量和子離子信息，準(zhǔn)確性好、靈敏度高、適用范圍廣，是目前鑒定NPS及其代謝產(chǎn)物結(jié)構(gòu)的主要分析方法。真實(shí)的人體數(shù)據(jù)是代謝物鑒定的金標(biāo)準(zhǔn)，但由于臨床安全性不明和倫理問題，來自人體的樣本難以獲得，可控的人體研究也無法進(jìn)行。目前關(guān)于人體的代謝研究主要采用與人體代謝相似的體內(nèi)、體外代謝模型以及代謝預(yù)測軟件［4－5］等工具進(jìn)行。本文介紹了除人體以外主要的體內(nèi)、體外代謝模型，總結(jié)了不同模型的適用性和優(yōu)缺點(diǎn)，綜述了近5年報(bào)道的基于質(zhì)譜分析的NPS體內(nèi)、體外代謝研究，并與已知的人體數(shù)據(jù)進(jìn)行了討論和比較，展望了代謝研究的發(fā)展趨勢(shì)，以期為NPS藥代動(dòng)力學(xué)及毒理學(xué)等相關(guān)研究提供有益參考。

1 NPS體外代謝研究

NPS體外代謝使用的代謝模型主要有：重組人源同工酶、肝細(xì)胞、肝微粒體、肝S9、肝癌細(xì)胞系以及真菌等。細(xì)胞色素P450（Cytochrome P450，CYP）和尿苷二磷酸葡萄糖醛酸基轉(zhuǎn)移酶（UGT）是人體內(nèi)代謝反應(yīng)的主要催化酶，一些研究［6－10］使用重組人源CYP或UGT同工酶的單酶孵育來確定代謝產(chǎn)物和相應(yīng)的催化酶。由于代謝環(huán)境與人體最為相似，原代人肝細(xì)胞（PHH）被認(rèn)為是模擬人體代謝的良好工具。但人肝細(xì)胞在體外需要冷凍保存，成本高、易失活且代謝酶表達(dá)不穩(wěn)定。人肝微粒體（HLM）和人肝S9（HLS9）的體外孵育是研究NPS代謝的成熟方法，與PHH相比成本更低、耗時(shí)更短。為了減少代謝酶表達(dá)水平個(gè)體差異的影響，代謝研究選用的PHH、HLM或HLS9應(yīng)為來自多個(gè)供體的混合制品。此外，從肝臟人源化的嵌合體小鼠中分離的肝細(xì)胞（PXB-cells）也被用于體外代謝研究［11－12］，但這種方法成本較高，還存在約10%的鼠肝細(xì)胞污染［13］。微生物模型能夠表達(dá)大多數(shù)Ⅰ相代謝同工酶，已經(jīng)成為藥物代謝研究中的補(bǔ)充工具［14］，但Ⅱ相代謝酶與人體存在一些差異。

1.1 重組同工酶：CYP與UGT

藥物在體內(nèi)的代謝主要有兩個(gè)過程，即由單加氧酶CYP催化的Ⅰ相代謝反應(yīng)和UGT為主要代謝酶的Ⅱ相代謝反應(yīng)。二者是并存關(guān)系，含有羥基的母體化合物或Ⅰ相代謝產(chǎn)物可以在UGT的催化下與輔因子中的葡萄糖醛酸基結(jié)合。通過代謝反應(yīng)，藥物分子的水溶性增強(qiáng)，利于排出體外。

Wagmann等［9－10］以10種CYP或FMO3同工酶和13種UGT同工酶對(duì)3種苯二氮卓類藥物進(jìn)行單酶孵育，采用液相色譜－高分辨串聯(lián)質(zhì)譜（LC－HRMS/MS）鑒定代謝物，并給出了催化Ⅰ相或Ⅱ相代謝反應(yīng)的同工酶譜。Bergstrand等［6］通過13種UGT同工酶的體外孵育，在9種苯二氮卓類策劃藥中檢測到7種母體的葡萄糖醛酸結(jié)合物，確定UGT1A4是Ⅱ相代謝反應(yīng)主要的催化同工酶。

1.2 人肝細(xì)胞

從生物體內(nèi)分離得到的肝細(xì)胞包含代謝所需的全部Ⅰ/Ⅱ相代謝酶、輔因子、藥物轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白以及結(jié)合蛋白。Fabregat－Safont等［15］首次研究了吲哚卡西酮的代謝情況，采用PHH模型對(duì)3種合成卡西酮（4-CEC、4-CPRC和5-PPDI）以及1種苯丙胺（3-FEA）進(jìn)行體外孵育，采用超高效液相色譜－高分辨質(zhì)譜（UHPLC－HRMS）鑒定了5-PPDI的12種Ⅰ相代謝物、4-CPRC的2種次要代謝產(chǎn)物，4-CEC和3-FEA未被代謝。Kim等［16］通過混合人肝細(xì)胞孵育和液相色譜－高分辨質(zhì)譜（LC－HRMS）檢測表征了苯乙胺類策劃藥25B－NBF的體外代謝情況。結(jié)果表明，CYP1A1、CYP1A2、CYP2C9和CYP2C19等參與了25B－NBF的羥基化、O-去甲基化等反應(yīng)，UGT2B7在25B－NBF的葡萄糖醛酸化反應(yīng)中起重要作用。

1.3 人肝微粒體及人肝S9

通過差速離心法可以從組織勻漿中得到微粒體。肝微粒體含有的代謝酶主要是催化Ⅰ相反應(yīng)的CYP。Seo等［17］采用HLM研究了25N－NBOMe的體外代謝情況，并用液相色譜－四極桿飛行時(shí)間質(zhì)譜（LC－QTOF MS）對(duì)代謝產(chǎn)物進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征。25N－NBOMe在HLM中的生物轉(zhuǎn)化包括羥基化、O-脫甲基化、N-脫烷基化、硝基還原、脫氫、羰基化及其組合，羥基化產(chǎn)物是最豐富的Ⅰ相代謝物。

S9是將組織勻漿9 000 g離心后得到的上清液。肝S9含有肝的重要酶系，其中包括負(fù)責(zé)藥物代謝的CYP等單加氧酶、葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶、硫酸轉(zhuǎn)移酶以及一些脫氫酶和氧化酶等。Caspar等［18］采用混合人肝S9（pHLS9）模型和大鼠模型對(duì)4-EA－NBOMe進(jìn)行了代謝表征，在pHLS9體外模型中鑒定了13種Ⅰ相代謝物和5種Ⅱ相代謝物，低于大鼠尿液中的代謝物數(shù)量，可能是物種差異和大鼠代謝時(shí)間長所致，但4-EA－NBOMe在兩種模型中的O-脫甲基化、O-脫甲氧基芐基化、羥基化和氧化等代謝途徑相似。

1.4 人肝癌細(xì)胞系：HepG2及HepaRG

作為PHH的替代工具，人肝癌細(xì)胞系生存期長、細(xì)胞穩(wěn)定性好、易獲得，擁有與PHH相似的代謝酶族及轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。HepG2細(xì)胞是來自人肝癌組織的永生細(xì)胞系，成本低、易處理，但一些Ⅰ相代謝酶的表達(dá)水平較低。HepaRG細(xì)胞系是2002年Gripon等［19］首次從慢性丙型肝炎病毒感染的肝癌女性患者體內(nèi)的非瘤組織中分離出來的細(xì)胞株，在一定條件下可分化為肝細(xì)胞形態(tài)和膽管樣結(jié)構(gòu)，與PHH相似且代謝酶活性更高。研究表明，HepG2和HepaRG細(xì)胞是代謝研究中替代人肝細(xì)胞的合適模型。

Richter等［20］研究和比較了8種NPS的代謝物（6種亞甲二氧甲基苯丙胺衍生物和2種生物類似物）在HLM與細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)（pHLM/pHLC）、pHLS9、HepG2和HepaRG細(xì)胞模型中的代謝情況。結(jié)果表明，在代謝產(chǎn)物總數(shù)和豐度方面，HepaRG細(xì)胞孵育的結(jié)果優(yōu)于HepG2細(xì)胞，HepaRG細(xì)胞模型生成的代謝物比pHLM/pHLC或pHLS9略多。Richeval等［21］采用LC－HRMS在HepaRG細(xì)胞孵育中確定了呋喃芬太尼Fu－F在pHLM孵育中的所有代謝物以及另外9種次要代謝物。

1.5 真菌：小克銀漢霉（Cunninghamella）

小克銀漢霉菌屬的真菌具有與人體類似的Ⅰ相和Ⅱ相藥物代謝酶，短刺小克銀漢霉、雅致小克銀漢霉（C. elegans）和刺孢小克銀漢霉等菌株常被應(yīng)用于藥物代謝研究中［14］。與肝癌細(xì)胞系相比，微生物模型成本低、方便處理，但存在孵育時(shí)間長、實(shí)驗(yàn)要求高且代謝酶與人體差異較大等缺點(diǎn)，可以作為體外代謝研究的補(bǔ)充模型。根據(jù)Watanabe等［22－23］和Leong等［24］的研究，在雅致小克銀漢霉孵育中能夠鑒定出5F－PB－22、PB－22、XLR－11、UR－144、AM1220和4F－MDMB－BINACA 6種合成大麻素的Ⅰ相和Ⅱ相代謝物，但Grafinger等［25］在雅致小克銀漢霉孵育中卻未能檢測到二甲基色胺（DMT）、N-乙基-4-羥基-N-甲基色胺（4-HO－MET）、N，N-二烯丙基-5-甲氧基色胺（5-MeO－DALT）和5-甲氧基-N，N-二異丙基色胺（5-MeO－MiPT）4種合成色胺類物質(zhì)的Ⅱ相代謝物，這可能是由于使用了不同的菌株所致。

表1總結(jié)了近5年主要NPS體外代謝研究的代謝模型和實(shí)驗(yàn)條件。

表1 主要NPS體外代謝研究Table 1 Summary of selected studies using in vitro models for studying the metabolism of NPS

2 NPS體內(nèi)代謝研究

NPS體內(nèi)代謝研究使用的代謝模型主要有：小鼠、肝臟人源化小鼠、大鼠、豬和斑馬魚等。嚙齒類動(dòng)物是最常用的研究工具，通常在確定的時(shí)間段內(nèi)收集鼠的尿液，以檢測不同時(shí)期的排泄物。小鼠具有與人類相似的基因，是醫(yī)學(xué)研究常用的模式生物。大鼠和豬體型較大，能夠?yàn)樗幋鷦?dòng)力學(xué)分析提供足夠的樣本，從而允許高通量的藥物篩選。為了減少物種差異而開發(fā)和應(yīng)用的肝臟人源化動(dòng)物模型及相關(guān)技術(shù)也在不斷發(fā)展。除了哺乳動(dòng)物，斑馬魚（Danio rerio）體內(nèi)模型在代謝研究中逐漸被廣泛應(yīng)用，在歐盟等國家和地區(qū)，使用受精后120 h內(nèi)的斑馬魚幼體的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)不需要倫理審查，但存在與人親緣關(guān)系遠(yuǎn)、給藥途徑差異大等缺點(diǎn)。

2.1 小鼠、肝臟人源化小鼠

小鼠與人類間存在大量的同源基因，是培育品系最多的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，作為藥物篩選、遺傳工程、病理研究的動(dòng)物模型被廣泛應(yīng)用。Carrola等［32］通過腹腔注射單次給藥小鼠，采用高效液相色譜－串聯(lián)質(zhì)譜（HPLC－MS/MS）首次對(duì)鼠尿中的兩種合成卡西酮NEH、BUPH及其Ⅰ相代謝物進(jìn)行了定性和定量研究，并首次檢測到非環(huán)取代合成卡西酮的4-芳基羥基代謝物，兩種藥物的代謝途徑與其它N-烷基化卡西酮相同，最主要的Ⅰ相代謝物β-酮-N-脫烷基化合物已被建議作為人體藥物暴露的尿液生物標(biāo)志物［33］。作者使用超高效液相色譜－靜電場軌道離子阱高分辨質(zhì)譜（UPLC－Orbitrap HRMS）在小鼠尿液中初步確定了各種Ⅱ相代謝物，包括N-乙酰化物、葡萄糖醛酸和二羧酸結(jié)合物。

用人肝細(xì)胞替換小鼠的肝細(xì)胞，可以得到擁有人源化肝臟的嵌合體小鼠，肝臟人源化小鼠示意圖見圖2。人源化肝臟與人類肝細(xì)胞的酶學(xué)特征十分相似，因此嵌合體小鼠具有更低的物種差異性，成為藥代動(dòng)力學(xué)研究有吸引力的動(dòng)物模型［34］。嵌合體小鼠的肝細(xì)胞也被用于體外代謝研究［11］。但人源化技術(shù)成本高、操作復(fù)雜，嵌合體小鼠體內(nèi)仍然存在的鼠肝細(xì)胞和藥物在體內(nèi)的廣泛代謝使物種差異仍然存在。

圖2 肝臟人源化小鼠示意圖［13］Fig.2 Schematic diagram of liver-humanized mice［13］

Luo等［13］總結(jié)了肝臟人源化小鼠的特征，Naritomi等［34］討論了肝臟人源化小鼠預(yù)測藥物代謝和藥代動(dòng)力學(xué)的現(xiàn)狀、問題和發(fā)展方向。目前沒有發(fā)現(xiàn)近5年使用肝臟人源化小鼠模型的體內(nèi)代謝研究。

2.2 大 鼠

大鼠的體型一般是小鼠的十倍以上，易于采樣和藥物代謝動(dòng)態(tài)監(jiān)控，生理功能與人類更相似，且價(jià)格低、操作簡單，是體內(nèi)代謝研究常用的哺乳動(dòng)物模型。Wagmann等［35］采用LC－HRMS/MS分析口服給藥后的大鼠尿液和pHLS9孵育產(chǎn)物，研究了3種2C系列化合物2C－E－FLY、2C－EF－FLY和2C－T－7－FLY的代謝情況。初步鑒定出32種代謝產(chǎn)物，主要代謝步驟為羥基化和N-乙酰化。同時(shí)采用基于氣相色譜－質(zhì)譜（GC－MS）、液相色譜－串聯(lián)質(zhì)譜（LC－MSn）和LC－HRMS/MS的標(biāo)準(zhǔn)尿液篩查方法進(jìn)行同工酶活性篩選，確定了催化各代謝反應(yīng)的同工酶。

特定物種肝臟的完整特征無法在任何其他物種中完全概括，這使物種的新陳代謝具有特異性。一些研究報(bào)道的嵌合體小鼠的人肝細(xì)胞嵌合率（Replacement index > 90%）令人滿意［36］，但體型和病理學(xué)差異等因素限制了該模型的應(yīng)用。于是，人們積極開發(fā)體型較大的人源化動(dòng)物模型，例如大鼠、豬等。Zhang等［37］構(gòu)建了重度免疫缺陷的FAG大鼠，進(jìn)行確保存活的肝損傷預(yù)處理后，將PHH移植到FAG大鼠體內(nèi)進(jìn)行可持續(xù)增殖，7個(gè)月后嵌合率達(dá)到30%。該研究開發(fā)的預(yù)處理方法能夠?yàn)槠渌笮臀锓N的人肝細(xì)胞移植提供參考，得到的肝臟人源化大鼠具有人肝特有的體內(nèi)代謝特征，能夠?yàn)樗幋鷦?dòng)力學(xué)研究提供新的工具。

基因編輯技術(shù)CRISPR－Cas9獲得了2020年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，這種超選擇性的精確基因編輯工具簡單、高效，可用于建立藥物代謝和藥代動(dòng)力學(xué)（DMPK）的大鼠模型，如Cyp、Abcb1、Oatp1b2基因敲除大鼠。Lu等［38］總結(jié)了利用CRISPR－Cas9建立DMPK大鼠模型的方法，預(yù)計(jì)該技術(shù)有望推動(dòng)建立新的動(dòng)物模型和發(fā)現(xiàn)藥代動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域的新成果。

2.3 豬

豬與人的體內(nèi)代謝具有相似性，且大型實(shí)驗(yàn)動(dòng)物可提供的樣本量大、允許多種給藥途徑，是研究體內(nèi)代謝的理想模型。Schaefer等［39－40］使用超聲波霧化器對(duì)豬進(jìn)行肺部給藥后，采用HPLC－MS/MS檢測了2種合成大麻素JWH－210、RCS－4和四氫大麻酚（THC）及其代謝物在不同器官和組織的分布情況。結(jié)果表明，腎臟和肺部組織是JWH－210死后分析的可行基質(zhì)，肺部組織是檢測RCS－4的合適基質(zhì)，肝組織、膽汁液以及十二指腸內(nèi)容物是檢測THC的合適基質(zhì)，膽汁和十二指腸內(nèi)容物是最適合定量分析代謝物的樣本。Doerr等［41］將5F－MDMB－P7AICA原液霧化后使豬吸入，采用LC－HRMS/MS分析豬尿中的代謝產(chǎn)物，并與豬肝微粒體孵育、人肝微粒體孵育以及文獻(xiàn)［42－43］報(bào)道的其他體內(nèi)外模型的代謝結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果在豬尿中鑒定了9種I相代謝物和3種Ⅱ相代謝物，并推薦酯水解產(chǎn)物、酯水解+葡萄糖醛酸結(jié)合產(chǎn)物和酯水解+羥基化產(chǎn)物作為尿液篩查的目標(biāo)物。該研究使用豬模型得到的代謝結(jié)果與已知的人體數(shù)據(jù)一致。

2.4 斑馬魚、斑馬魚幼體

斑馬魚是一種生活在淡水中的小型硬骨魚，最早于20世紀(jì)80年代初作為模型動(dòng)物被Streisinger等［44］應(yīng)用在遺傳學(xué)研究中。斑馬魚與人類基因的同源性高達(dá)87%，其體內(nèi)的幾種代謝酶在人體內(nèi)有直系同源物，且體型小、發(fā)育快、養(yǎng)殖成本低、繁殖率高，成為一種新興的代謝模型［45－46］，也被用于NPS毒理學(xué)的研究［47－49］。斑馬魚幼體與成年斑馬魚的代謝存在差異，成年斑馬魚與人體代謝的相似性更高［50－51］。

斑馬魚并非哺乳動(dòng)物，為了評(píng)估其模擬代謝的能力，Pesavento等［52］采用斑馬魚幼體模型和小鼠模型研究了芬太尼的體內(nèi)代謝情況。通過LC－HRMS分析斑馬魚幼體提取物和小鼠尿液，發(fā)現(xiàn)芬太尼在兩種模型中的代謝特征相似，代謝途徑主要包括羥基化、N-氧化和N-脫苯乙基化，去苯乙基芬太尼是最主要的代謝產(chǎn)物。Gampfer等［53］采用LC－HRMS/MS在pHLS9孵育中確定了兩種芬太尼類似物4FCy－BAP和Fu－BAP的Ⅰ相和Ⅱ相代謝物，其中大部分在斑馬魚幼體中也能檢測到。相比體外模型，斑馬魚或斑馬魚幼體可以被用來觀察藥物在體內(nèi)的分布、吸收和排泄等藥代動(dòng)力學(xué)過程或毒理學(xué)數(shù)據(jù)，代謝特征也與成熟的嚙齒類動(dòng)物模型相似，逐漸被用于NPS的體內(nèi)代謝研究中。

近年來，許多學(xué)者開始研究合成大麻素類NPS在斑馬魚體內(nèi)的代謝情況［43，54－58］。Richter等［43］通過在培養(yǎng)基中添加或顯微注射卵黃囊使斑馬魚幼體暴露于合成大麻素7′N－5F－ADB，結(jié)果在顯微注射卵黃囊的幼體中只發(fā)現(xiàn)了少量的代謝產(chǎn)物，而通過培養(yǎng)基給藥然后對(duì)幼體進(jìn)行分析得到的代謝特征與體外模型的代謝結(jié)果相似，是合適的實(shí)驗(yàn)方法。Park等［54］進(jìn)一步考察了采用水體暴露、顯微注射不同部位（卵黃囊、尾靜脈、心室、后腦）等給藥途徑時(shí)，合成大麻素7′N－5F－ADB在斑馬魚幼體模型中代謝特征的差異，并將結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道的HepaRG細(xì)胞孵育結(jié)果［43］和真實(shí)人尿樣本數(shù)據(jù)［42］進(jìn)行比較，結(jié)果見表2。在顯微注射的斑馬魚幼體中共發(fā)現(xiàn)24種代謝物，其中19種也出現(xiàn)在人尿樣本（27種）中，匹配率高達(dá)70%，表明該方法效果良好。不同的給藥途徑影響藥物在斑馬魚體內(nèi)的分布等藥代動(dòng)力學(xué)過程和代謝特征，注射到心室等重要器官有助于親脂性NPS在體內(nèi)的分布和代謝，開展研究工作時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的給藥途徑。

表2 7′N－5F－ADB在不同模型中的代謝情況Table 2 Summary of 7′N－5F－ADB and its metabolites in the different models

Wagmann等［8］比較了幾類NPS在pHLS9、HepaRG細(xì)胞和斑馬魚幼體模型中的代謝情況。結(jié)果表明，斑馬魚幼體實(shí)驗(yàn)與人類血漿和尿液分析中得到的數(shù)據(jù)最吻合。目前的研究表明，斑馬魚或斑馬魚幼體是表征NPS代謝情況的一個(gè)很有前途的模式生物。

表3總結(jié)了近5年主要NPS體內(nèi)代謝研究的代謝模型和實(shí)驗(yàn)條件。

表3 主要NPS體內(nèi)代謝研究Table 3 Summary of selected studies using in vivo models for studying the metabolism of NPS

3 與真實(shí)人體樣本數(shù)據(jù)的比較

由于代謝酶表達(dá)不同和物種差異性等原因，利用人體以外的代謝模型獲得的代謝物豐度信息并不關(guān)鍵。進(jìn)行代謝研究是為了通過分析人體生物樣本來檢測NPS的攝入量，因此代謝物色譜和質(zhì)譜信息對(duì)NPS的尿液篩查十分重要。為了評(píng)估體外和體內(nèi)模型對(duì)預(yù)測人類生物樣本中NPS生物標(biāo)志物的適用性，應(yīng)將在代謝模型中檢測到的代謝物與人類生物樣本中的推薦篩選目標(biāo)進(jìn)行比較。對(duì)于細(xì)胞系統(tǒng)，通常HepG2細(xì)胞的代謝特征與人類數(shù)據(jù)的相似程度最?。?0，24］。真菌C. elegans生成的代謝物與人類生物標(biāo)志物表現(xiàn)出良好的一致性［22，24］。

一些研究比較了不同代謝模型與人體內(nèi)合成大麻素5F－MDMB－P7AICA的代謝情況［41－43，54］。對(duì)于人尿樣本中確定的6種豐度最高的人體代謝物［42］，Richter等［43］在pHLS9模型中檢測到其中3種，在斑馬魚幼體模型中檢測到4種，在HepaRG細(xì)胞模型中檢測到5種，斑馬魚幼體和HepaRG細(xì)胞孵育提供了最全面的人類尿液代謝譜。Doerr等［41］將他們基于豬模型發(fā)現(xiàn)的代謝物與人體代謝物進(jìn)行了比較，并描述了豬尿中類似的代謝物模式。Park等［54］發(fā)現(xiàn)顯微注射的斑馬魚幼體產(chǎn)生的代謝物與人體代謝物的吻合率高達(dá)70%。

Nordmeier等［60］在豬模型中表征的合成阿片類藥物U－47700的代謝情況與人體數(shù)據(jù)相似。Yue等［55］在斑馬魚模型中鑒定了合成大麻素4F－MDMB－BICA的代謝產(chǎn)物，其中12種已在人體樣本中被發(fā)現(xiàn)，最豐富的酯水解代謝物被認(rèn)為是確定4F－MDMB－BICA人體攝入的可靠生物標(biāo)志物［62］。Wohlfarth等［63］發(fā)現(xiàn)苯二氮卓類藥物Flubromazolam在人肝細(xì)胞體外孵育中不能進(jìn)行廣泛的代謝，僅產(chǎn)生少量代謝物，而大鼠體內(nèi)模型中發(fā)現(xiàn)的7種代謝產(chǎn)物大部分可在人體樣本中找到。

生理藥代動(dòng)力學(xué)（PBPK）模型是通過將人體器官視為獨(dú)立的隔室，根據(jù)生理學(xué)和解剖學(xué)知識(shí)將其整合成一個(gè)系統(tǒng)來研究藥物的藥代動(dòng)力學(xué)。與傳統(tǒng)的房室模型相比，PBPK模型的房室和參數(shù)更具生理學(xué)意義，能夠更準(zhǔn)確地反映藥物在體內(nèi)的藥代動(dòng)力學(xué)過程［64－65］。文獻(xiàn)報(bào)道了PBPK模型在預(yù)測特殊人群的NPS攝入［66－68］、NPS血腦濃度－時(shí)間變化［69］和藥物相互作用［70］等方面的應(yīng)用。PBPK模型具有強(qiáng)大的外推能力，可通過納入代謝模型與人體的藥物代謝酶、代謝酶貢獻(xiàn)和藥代動(dòng)力學(xué)參數(shù)等信息，進(jìn)行單種屬或多種屬外推，有潛力成為準(zhǔn)確推斷NPS在人體內(nèi)代謝途徑、代謝物和生物標(biāo)志物的可靠工具。

4 總結(jié)與展望

一般而言，體外模型操作方便、孵育快速、對(duì)設(shè)備和人員要求不高，但存在活性有限、代謝酶表達(dá)不穩(wěn)定等缺點(diǎn)；體內(nèi)模型能夠提供多種給藥途徑、允許監(jiān)測藥物在體內(nèi)的分布等藥代動(dòng)力學(xué)過程，但對(duì)養(yǎng)殖、實(shí)驗(yàn)操作要求高，與人類的物種差異性難以解決。不同代謝模型在實(shí)驗(yàn)成本、實(shí)驗(yàn)操作和酶學(xué)特征等方面各有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)具體藥物、研究需要等選擇合適的代謝模型。

全球的毒品形勢(shì)不容樂觀，新的NPS在市場上不斷出現(xiàn)，而相關(guān)化合物性質(zhì)和人體數(shù)據(jù)難以獲得，因此迫切需要通過代謝模型對(duì)各類NPS及其主要代謝物進(jìn)行全面系統(tǒng)的研究，從而更加全面地評(píng)估NPS的代謝途徑，推斷人體攝入的生物標(biāo)志物。同時(shí)，考慮到藥物在體內(nèi)的廣泛代謝，還應(yīng)利用體內(nèi)代謝模型研究NPS在體內(nèi)的吸收、分布或排泄等藥代動(dòng)力學(xué)過程。此外，大型實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的肝臟人源化技術(shù)、基于微流控技術(shù)的芯片器官以及PBPK模型等新方法的發(fā)展可能會(huì)為NPS的代謝研究提供新思路。