肝微粒体酶催化氢/氘和氧-16/氧-18同位素交换：小分子同位素标记新策略及其在质谱分析中的应用

《Analytica Chimica Acta》：Liver Microsomal Fraction induced Small Molecule Isotope Labeling via catalyzed H/D and 16O/18O Isotope Exchange Reactions: A Novel Approach for Obtaining Isotope-Labeled Compounds

本文提出一种基于肝微粒体酶催化氢/氘（H/D）和氧-16/氧-18（16O/18O）同位素交换的创新标记方法。该方法在无需辅因子条件下，实现孕酮等8种结构类似化合物的高效同位素标记，标记效率较非酶促反应提升32-41倍，为质谱（MS）定量分析提供了低成本、可规模化制备同位素内标的新方案。

　　

Results and Discussion

肝微粒体（Liver Microsomes, LM）是通过高速差速离心从内质网分离的亚细胞组分，富含细胞色素P450酶、黄素单加氧酶、羧酸酯酶、环氧化物水解酶和UDP-葡萄糖醛酸转移酶等多种酶系⁹³。尽管这些酶的催化机制已被充分研究94, 95，但其催化同位素交换反应的潜力尚未被探索。因此，我们系统评估了LM在制备性同位素标记中的应用潜力。

Conclusion

本研究开发了基于肝微粒体酶活性的酶促H/D和¹⁶O/¹⁸O稳定同位素标记方法。通过对八种结构相关化合物的分析，我们评估了结构依赖性交换模式，并量化了氘和氧-18的掺入速率与程度。同位素交换位点与已知CYP450代谢位点的高度相关性，有力支持了微粒体催化氘交换（Microsomal Deuterium Exchange, MDE）和微粒体催化氧交换（Microsomal Oxygen Exchange, MOE）的机制假设。

以孕酮为模型化合物，我们在两周内成功制备出0.3毫克氘标记产物，无需全合成过程，证明了该方法在标准品制备中的实用性与可扩展性。这种低成本酶促标记技术不仅可实现官能团的快速鉴定，更能为定量质谱分析提供高效标记内标，为研究型和应用型实验室的质谱组学工作流提供了重要技术支撑。