高效液相色谱-四极杆/飞行时间串联质谱技术解析棘白菌素类化合物的结构特征

本研究针对棘白菌素类抗真菌药物结构复杂、同系物鉴定困难的问题，采用HPLC-Q/TOF-MS/MS技术建立了系统性结构分析策略。研究人员通过[M+H]+ 和[M+Na]+ 前体离子的多级质谱裂解规律，揭示了连续脱水、脂肪酸链转移等特征碎片模式，成功鉴定出13种棘白菌素类似物，包括ECB变体及新型杂质，为抗真菌药物质量控制提供了关键技术支撑。

　　

在免疫缺陷患者群体中，由念珠菌和曲霉菌引起的侵袭性真菌感染已成为致命威胁。棘白菌素类药物通过特异性抑制真菌细胞壁合成关键酶1,3-β-d-葡聚糖合成酶（1,3-β-d-glucan synthase），展现出卓越的抗真菌活性。这类由非核糖体肽合成酶（NRPS）产生的脂肽化合物，其核心结构包含环状六肽骨架和N端脂肪酸链，但因生物合成过程中羟基化程度差异及脂肪酸链变异，导致其组分高度复杂。更棘手的是，作为半合成药物阿尼芬净（anidulafungin）的前体物质，棘白菌素B（ECB）中的微量同系物可能成为终产品中的潜在杂质，这对药物安全性评估提出了严峻挑战。

传统结构解析依赖核磁共振（NMR）、氨基酸分析等多技术联用，但面对微量组分时往往力不从心。中国研究人员创新性地建立了基于高效液相色谱-四极杆/飞行时间串联质谱（HPLC-Q/TOF-MS/MS）的分析平台。采用Diamonsil Plus C18色谱柱（5 μm, 4.6 mm×250 mm），以0.1%甲酸水溶液-乙腈梯度洗脱，分别以[M+H]⁺
和[M+Na]⁺
作为前体离子，系统研究了棘白菌素B及其同系物的裂解规律。

关键实验技术
研究团队通过优化色谱分离条件实现复杂组分分离，利用高分辨质谱获取精确分子量（质量误差<5 ppm），结合多级质谱解析特征碎片离子。特别关注了前体离子[M+H]⁺
产生的连续脱水碎片（[M-nH₂
O+H]⁺
, n=1-4），以及脂肪酸链在鸟氨酸衍生物（AA1）与脯氨酸衍生物（AA3）间的转移现象。针对[M+Na]⁺
前体离子，重点分析了苏氨酸残基（AA2/AA5）的乙醛中性丢失（44 Da）特征。

结构解析策略
通过对比ECB标准品，建立了三重裂解路径分析框架：首先根据[M+H]⁺
、[M+Na]⁺
及脱水离子确定分子量；其次通过AA1羟基数目（0/1/2）产生的特征离子区分同系物；最后解析高酪氨酸残基（AA4）的特异性裂解——[M+H]⁺
丢失1-(4-羟苯基)乙烷-1,2-二醇，[M+Na]⁺
丢失2-羟基-2-(4-羟苯基)乙醛。

新型组分发现
该方法成功鉴定出13种结构变体，包括：ECB-2（含三烯脂肪酸C₁₈
H₂₉
O）、ECB-4（单烯十六碳酰基C₁₆
H₂₉
O）、ECB-5（AA6为二羟基-4-甲基脯氨酸）、ECB-7（AA5被丝氨酸取代）等。尤为重要的是发现ECB-9/10等含单羟基鸟氨酸（hOrn）的稀有变体，这些组分可能影响最终药物的免疫原性。

研究意义
该工作首次系统阐明了棘白菌素在正负离子模式下的差异化裂解机制，建立的"分子量-特征碎片-氨基酸取代"三级鉴定策略，可快速识别发酵产物中的未知组分。这不仅为阿尼芬净等半合成药物的杂质控制提供了技术标准，更为NRPS产物结构解析建立了普适性方法学框架。研究成果发表于《International Journal of Mass Spectrometry》，由Zhijun Tang、Hanzhi Zhang等学者共同完成，获得国家重点研发计划（2022YFC2303100）等基金支持。