研究九种非环状芬太尼类新型精神活性物质的体外代谢特性

《Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis》：Characterizing the in vitro metabolic features of nine alicyclic fentanyl-type new psychoactive substances

新精神活性物质（NPS）中芬太利类（F-NPS）因高成瘾性、强效性及快速代谢成为法律监管难点，本研究通过体外人肝微粒模型代谢九种环状F-NPS衍生物，结合液相色谱-离子阱串联质谱分析，揭示sp3碳单羟基化等新代谢途径，阐明环结构刚性、取代基电子效应及立体阻碍对代谢的影响，发现N-去烷基化和N-氧化互作调控现象，并建立以N-CH?-CH?-为核心代谢高地的预测模型。

　　新精神活性物质（NPS）作为第三代药物的代表，因其高成瘾性、强效性、低致死剂量、快速的体内代谢速率以及迅速的结构多样化而备受关注。其中，芬太尼型NPS（F-NPS）尤为突出，它们是从阿片类镇痛药“芬太尼”衍生而来的一类物质，不仅具备上述所有特征，还与硝嗪类（nitazenes）共同构成这一类物质的显著特点。随着全球范围内F-NPS的滥用日益严重，其代谢数据在支持执法机构识别新型类似物方面显得尤为重要。然而，目前的代谢数据往往不足以应对不断涌现的新型F-NPS，导致执法难度加大，甚至出现漏检或误判的情况。因此，研究F-NPS的代谢机制，建立其代谢预测模型，对于提高执法效率、减少毒品危害具有重要的现实意义。

本研究采用了一种体外的人类肝微粒体模型，对九种环状结构的芬太尼型NPS进行了代谢实验，并通过液相色谱-离子阱串联飞行时间质谱（LC–IT/TOF–MS）对代谢产物进行了系统分析。通过实验，我们不仅揭示了这些环状结构F-NPS的代谢特征，还深入探讨了其结构如何影响代谢过程。研究结果表明，环状结构的单羟基化反应是这类物质特有的代谢途径之一，其发生受到碳-氢键的拉普拉斯键序、中间自由基的稳定性、环状结构的刚性和空间位阻等因素的调控。同时，这种反应还会与其他位置的类似代谢途径竞争，从而影响代谢产物的分布和形成。此外，我们还发现了一种尚未被报道的代谢途径——环状脱氢反应，其发生与环状烯烃的稳定性以及相邻羰基基团的共轭稳定作用密切相关。

研究还表明，氮氧化反应在环状结构F-NPS的代谢过程中受到了相邻位置氮脱烷基化反应和苯基团上取代基的影响。这种影响使得氮氧化反应的产物分布和形成具有一定的规律性，从而有助于预测其代谢行为。在F-NPS的骨架结构中，>N–CH?–CH?–基团被发现是主要的代谢热点区域，其对应的代谢产物总相对含量超过了80%（最高可达98%）。这一发现进一步表明，这类物质的代谢过程在特定结构区域具有高度集中性，这为理解其代谢机制提供了重要的线索。

在苯基团的单羟基化反应中，我们发现其遵循亲电取代机制，这一机制受到电子密度的影响。同时，理论计算结果和质谱数据的一致性表明，sp2碳的单羟基化反应仅发生在尾部的苯乙基基团上，这一现象进一步验证了代谢反应的结构特异性。通过这些研究，我们不仅获得了F-NPS的代谢数据，还建立了一种基于结构与代谢相关性的分析策略，为开发通用的F-NPS代谢预测模型奠定了基础。

芬太尼型NPS的结构特征使其在代谢过程中表现出独特的反应模式。通常，这类物质的衍生化主要发生在头部的酰胺基团和尾部的苯乙基基团上。然而，非法制造者往往对芬太尼的甲基基团进行替换，使用环状结构如环丙基、环丁基和环戊基，从而形成新的环状结构F-NPS。这些结构的变化不仅影响了其代谢途径，还可能改变其生理活性和毒性。例如，环丙基芬太尼（CPrF）已被报道具有比芬太尼高出约1.5倍的μ-阿片受体结合亲和力，这使其成为一种与严重滥用和死亡相关的典型F-NPS。

为了应对F-NPS的快速衍生化特性，研究者们提出了新的策略，即通过理论计算获取NPS的结构数据，并将其与代谢特征进行相关分析，从而预测新型NPS的代谢行为及其代谢产物的相对含量。这一策略已被成功应用于芳香基衍生的F-NPS和其它类型的NPS，如合成大麻素类物质，取得了良好的效果，并验证了其可行性。因此，本研究旨在采用类似的策略，结合体外代谢模型和先进的分析技术，对九种环状结构F-NPS的代谢特征进行系统研究。

在实验过程中，我们使用了多种先进的仪器和材料，以确保实验的准确性和可靠性。例如，我们采用了Shimadzu LC–IT/TOF–MS仪器，这是一种高效的分析工具，能够提供高分辨率的质谱数据。此外，我们还使用了SHA-B型恒温水浴振荡器、H1850高速离心机以及高纯度氩气（99.999%），以确保实验条件的稳定性和样品的处理质量。通过这些仪器和材料的配合，我们能够对F-NPS的代谢产物进行系统的分析，并揭示其代谢机制。

在实验结果中，我们发现环状结构的F-NPS在代谢过程中表现出多种反应模式，包括氮脱烷基化、单羟基化、氮氧化以及酰胺水解等。这些反应的类型和发生位置受到结构特征的显著影响。例如，环状结构的单羟基化反应主要发生在环状基团上，而苯基团的单羟基化反应则主要发生在尾部的苯乙基基团上。这种结构对代谢反应的调控作用表明，理解分子结构与代谢过程之间的关系对于预测和识别新型NPS具有重要意义。

此外，我们还发现，某些取代基的引入可能显著改变F-NPS的代谢行为。例如，氟或甲基取代基的加入可能影响苯基团的稳定性，从而改变其代谢途径。这一现象进一步表明，F-NPS的代谢过程不仅受到主链结构的影响，还受到取代基的调控。因此，在进行代谢研究时，必须考虑整个分子的结构特征，而不仅仅是单一的反应位点。

通过本研究，我们不仅获得了关于九种环状结构F-NPS的代谢数据，还建立了一种基于结构与代谢相关性的分析方法。这一方法能够有效预测新型F-NPS的代谢行为，并为执法机构提供准确的代谢信息，从而提高对新型毒品的识别和应对能力。同时，该方法也为未来研究提供了新的思路，即通过结构与代谢的关联分析，建立更加全面和准确的代谢预测模型。

研究结果表明，F-NPS的代谢过程具有高度的结构依赖性，这为理解其代谢机制提供了重要的理论依据。同时，由于F-NPS的代谢产物在体内迅速被代谢，导致其在生物样本中的检测窗口较窄，因此，建立一种能够准确预测代谢产物分布的模型，对于提高检测效率和准确性具有重要意义。此外，由于F-NPS的结构多样性，不同种类的F-NPS可能具有不同的代谢行为，因此，需要针对不同结构的F-NPS进行独立的研究，以获得更加全面的代谢数据。

在本研究中，我们选择了九种环状结构的F-NPS进行研究，其中包括CPrF、CBuF、CPeF以及它们的氟或甲基取代衍生物。这些物质的代谢产物数量和分布情况各不相同，表明其代谢行为受到结构特征的显著影响。例如，CPrF产生了7种代谢产物，而CBuF则产生了16种代谢产物，这说明不同结构的F-NPS在代谢过程中可能表现出不同的反应路径和产物分布。

通过对这些代谢产物的分析，我们不仅揭示了F-NPS的代谢特征，还发现了一些重要的结构-代谢关系。例如，环状结构的单羟基化反应主要发生在环状基团上，而苯基团的单羟基化反应则主要发生在尾部的苯乙基基团上。这一发现进一步表明，F-NPS的代谢过程具有高度的结构特异性，这为理解其代谢机制提供了重要的线索。

此外，我们还发现，某些代谢反应的优先级可能受到分子结构的调控。例如，在某些情况下，氮脱烷基化反应可能优先于单羟基化反应，而某些取代基的引入可能显著改变这种优先级。这一现象表明，F-NPS的代谢过程不仅受到主链结构的影响，还受到取代基的调控。因此，在进行代谢研究时，必须考虑整个分子的结构特征，而不仅仅是单一的反应位点。

通过本研究，我们还发现，F-NPS的代谢产物在体内迅速被代谢，导致其在生物样本中的检测窗口较窄。因此，建立一种能够准确预测代谢产物分布的模型，对于提高检测效率和准确性具有重要意义。此外，由于F-NPS的结构多样性，不同种类的F-NPS可能具有不同的代谢行为，因此，需要针对不同结构的F-NPS进行独立的研究，以获得更加全面的代谢数据。

研究结果表明，F-NPS的代谢过程具有高度的结构依赖性，这为理解其代谢机制提供了重要的理论依据。同时，由于F-NPS的代谢产物在体内迅速被代谢，导致其在生物样本中的检测窗口较窄，因此，建立一种能够准确预测代谢产物分布的模型，对于提高检测效率和准确性具有重要意义。此外，由于F-NPS的结构多样性，不同种类的F-NPS可能具有不同的代谢行为，因此，需要针对不同结构的F-NPS进行独立的研究，以获得更加全面的代谢数据。

在实验过程中，我们采用了先进的分析技术，如LC–IT/TOF–MS，以确保实验数据的准确性和可靠性。通过这些技术，我们能够对F-NPS的代谢产物进行系统的分析，并揭示其代谢机制。此外，我们还结合了理论计算，以进一步理解分子结构如何影响代谢反应。这一结合不仅提高了研究的深度，还为未来的代谢预测模型提供了重要的支持。

通过本研究，我们不仅获得了关于九种环状结构F-NPS的代谢数据，还建立了一种基于结构与代谢相关性的分析方法。这一方法能够有效预测新型F-NPS的代谢行为，并为执法机构提供准确的代谢信息，从而提高对新型毒品的识别和应对能力。同时，该方法也为未来研究提供了新的思路，即通过结构与代谢的关联分析，建立更加全面和准确的代谢预测模型。

研究结果表明，F-NPS的代谢过程具有高度的结构依赖性，这为理解其代谢机制提供了重要的理论依据。同时，由于F-NPS的代谢产物在体内迅速被代谢，导致其在生物样本中的检测窗口较窄，因此，建立一种能够准确预测代谢产物分布的模型，对于提高检测效率和准确性具有重要意义。此外，由于F-NPS的结构多样性，不同种类的F-NPS可能具有不同的代谢行为，因此，需要针对不同结构的F-NPS进行独立的研究，以获得更加全面的代谢数据。

综上所述，本研究通过系统分析九种环状结构F-NPS的代谢特征，揭示了其代谢过程的结构依赖性，并为开发通用的F-NPS代谢预测模型提供了重要的数据支持和分析策略。这一研究不仅有助于提高对新型毒品的识别和应对能力，还为未来的药物代谢研究提供了新的思路和方法。