埃索美拉唑在生物相关性碳酸氢盐缓冲液中的化学稳定性以及对特定降解产物的探索性研究

《Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis》：Chemical stability of esomeprazole in biorelevant bicarbonate buffer and an exploratory study for specific degradation products

艾司奥美拉唑在pH 5.5条件下于生物相关缓冲液（BCB）和磷酸盐缓冲液（PPB）中降解动力学相近，但BCB中m/z为330和298的降解产物更显著。HPLC-MS分析表明，BCB促进含N-吡啶阳离子结构的DP3和DP4生成，而PPB增强DP10和DP11（顺反异构体）形成。研究证实缓冲液种类影响降解途径，强调使用生理相关缓冲液评估药物降解的重要性。

　　
本研究以质子泵抑制剂艾司奥美拉唑（ESM）为模型药物，系统比较了生物相关碳酸氢盐缓冲液（BCB）与磷酸盐缓冲液（PPB）对其降解特性的影响。实验采用37℃恒温孵育，通过HPLC定量监测ESM降解动力学，结合LC-MS/MS分析鉴定14种主要降解产物，发现缓冲液种类显著影响降解产物的形成途径。

在稳定性测试中，BCB（10mM，pH5.5）与PPB（31mM，pH5.5）对ESM的总体降解速率常数（k值）无统计学差异（p>0.05），表明两种缓冲液体系对主代谢路径的速率控制作用相近。但LC-MS分析揭示了关键差异：BCB条件下形成两组高丰度降解产物（m/z 330和298），其峰值浓度较PPB体系分别高出3倍和4倍。HPLC色谱图显示，BCB体系在孵育30分钟后出现明显新峰（图3A），而PPB体系主要在60分钟产生次级代谢产物（图3D）。

通过MS-DIAL软件的谱图匹配和元素组成分析，确认了主要降解产物的分子结构。其中：
1. DP3（m/z 330.1277）和DP4（m/z 298.1555）被归类为BCB特有增强产物，其分子式与已报道的酸性条件下代谢产物一致（C17H20N3O2S和C17H20N3O2S?）。MS/MS谱图显示DP3存在N-吡啶阳离子特征碎片，而DP4的硫原子氧化态变化符合文献报道的丙磺酸酯水解机理。
2. DP10（m/z 312.0807）和DP11（m/z 312.0804）作为PPB体系优势产物，呈现立体异构体特征，其分子式（C16H14N3O2S）显示硫原子取代位置不同。
3. DP8（m/z 330.1277）作为共代谢产物，在两种体系中均占主导地位，但BCB体系中其形成速率提前2小时。

质谱分析发现，BCB体系中硫正离子（[M+H]+）比例高达78%，而PPB体系以硫负离子（[M-H]-）为主。这种电荷分布差异导致相同的分子式（如DP3）在BCB中形成稳定阳离子结构，而在PPB中则转化为对应的阴离子形式。HPLC保留时间数据显示，阳离子型DP在C18色谱柱上表现出更强的保留能力（tR=12.87 vs 18.33分钟），这与文献报道的质子化程度差异相吻合。

机制研究表明，BCB的碳酸氢根离子（HCO3?）通过两性缓冲作用，在pH5.5条件下形成局部微酸性环境（pKa2≈8.3），促使ESM分子中的磺酰基团发生质子化。这种质子化状态使药物分子更易发生N-吡啶阳离子的催化降解，形成DP3和DP4。而PPB中的磷酸二氢根（HPO42?）因更强的亲核性，倾向于与ESM分子中的乙酰基发生竞争性结合，抑制了阳离子介导的硫键断裂反应。

值得注意的是，PPB体系在15分钟内即达到DP10和DP11的代谢平衡，这与缓冲液中的钠离子（Na+）浓度较高（31mM）有关。钠离子通过离子对作用稳定了ESM分子中的亚甲基磺酰基团，延缓了硫原子氧化态的进一步变化。相比之下，BCB中的钠离子浓度较低（10mM），导致硫原子在质子化环境中更易发生氧化还原反应。

该研究首次系统揭示了缓冲液离子特性对药物降解途径的调控作用。通过比较BCB（模拟胃液）和PPB（传统加速试验条件）的差异，发现：
1. 碳酸氢盐体系更符合生理pH环境（胃液pH≈1.5-3.5，但消化酶活性最佳pH为5-6）
2. 缓冲液阴离子种类影响药物分子中硫键的稳定性
3. 降解产物的电荷状态差异导致色谱行为显著不同

研究建议，对于含磺酰基的质子泵抑制剂，应优先采用BCB体系进行稳定性测试。特别是当药物分子具有可质子化的氮原子（如吡啶环）时，缓冲液的选择可能直接决定毒性代谢产物的生成风险。例如，DP4作为已知的免疫毒性代谢物，在BCB体系中浓度达到总降解物的23%，而PPB体系中该产物仅占5%。

未来研究可进一步探索：
1. 不同离子强度（0.14M）下，钠离子与钾离子对降解路径的影响差异
2. BCB体系中碳酸氢根的浓度梯度（10-50mM）对降解产物的生成动力学影响
3. 降解产物的立体异构分析（如DP10与DP11的绝对构型测定）
4. 酶模拟实验验证硫键断裂的具体反应机理

本研究为ICH Q1A(R2)指导原则的修订提供了新的实验证据，特别强调在pH5.5条件下，缓冲液阴离子的选择应与目标制剂的给药途径（口服vs注射）相匹配。对于需在胃部吸收的药物，使用BCB体系可更真实反映体内的降解情况，从而降低因加速试验假阴性导致的临床风险。