基于加速器质谱的14 C纳米示踪技术解析外源性牛磺酸在大脑中的药代动力学与分布

本研究针对阿尔茨海默病(AD)治疗药物开发中的关键难题——内源性牛磺酸干扰导致外源性药物定量困难，创新性采用14 C纳米示踪技术结合加速器质谱(AMS)，首次实现毫克级脑组织中ng/mg级外源性牛磺酸的精准检测。研究人员通过C57BL/6小鼠模型，揭示牛磺酸在脑内呈区域特异性分布（海马体浓度达642.9 eq·ng/mg），为阐明其改善认知缺陷的机制提供直接证据。该技术突破传统LC-MS/MS的检测极限，为内源性物质药代研究树立新范式。

　　

在神经退行性疾病治疗领域，牛磺酸(taurine)因其改善阿尔茨海默病(AD)模型小鼠认知缺陷的潜力备受关注。然而，这种内源性氨基酸在血浆(约45 μM)和大脑(约2 μmol/g)的高背景浓度，使得传统液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)技术难以区分外源性给药与内源性物质。更棘手的是，放射性同位素³⁵
S或¹⁴
C标记法虽能解决区分问题，却面临放射性安全限制和检测灵敏度不足的挑战。这种技术瓶颈严重阻碍了神经药物研发进程——若无法精确量化药物在靶组织的分布，如何验证其治疗效果？

针对这一难题，韩国科学技术研究院的研究团队开创性地将加速器质谱(accelerator mass spectrometry, AMS)与¹⁴
C纳米示踪技术结合。他们给C57BL/6小鼠口服含痕量¹⁴
C标记牛磺酸(18.8 ng, 20 nCi)的治疗剂量(5.25 mg)，通过AMS检测¹⁴
C/¹²
C同位素比值，实现了比液体闪烁计数器(LSC)高10000倍的灵敏度，可检测低至10 attomole的¹⁴
C。研究同步采用LC-MS/MS作方法学对比，相关成果发表在《Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis》。

关键技术包括：1) 建立基于HPLC的¹⁴
C-牛磺酸分离纯化流程，通过UPLC-QTOF-MS验证收集组分纯度；2) 开发毫克级脑组织样品的石墨化预处理方法；3) 使用6 MV AMS系统检测同位素比值，系统背景值低至5×10^-16
；4) 按解剖学标准分离大脑皮层、海马体等5个功能区。

研究结果部分：

3.1 分离与鉴定
通过HPLC在1.73分钟处明确牛磺酸洗脱峰，经质谱验证124.0062 m/z特征峰([M-H]^-
)，确保¹⁴
C标记物分离特异性。

3.2 校准曲线
建立fMC(现代碳分数)校准曲线(R2=0.9994)，IAEA标准物质验证测量误差<3%，满足药代研究要求。

3.3 血浆药代动力学
AMS与LC-MS/MS在0-2小时数据吻合，但4小时后出现显著差异：AMS测得终末半衰期(t_1/2
)为16.9小时，是LC-MS/MS结果(2.1小时)的8倍，揭示传统方法因内源性干扰低估暴露量(AUC_inf
差异达2.6倍)。

3.4 脑部药代特征
LC-MS/MS因内源性背景(5.7 μg/mg)无法检测外源性信号，而AMS清晰显示牛磺酸脑内浓度在48小时达峰(224.9 eq·ng/mg)，提示缓慢跨血脑屏障(BBB)转运特性。

3.5 区域分布
48小时时海马体和嗅球浓度最高(642.9/603.3 eq·ng/mg)，尽管皮层总含量占全脑86%。这种选择性富集与神经发生区域高度重合，为Kim等报道的AD模型认知改善提供物质分布证据。

讨论与结论指出，该技术突破三大局限：1) 纳米级¹⁴
C用量规避放射性管控；2) AMS克服内源性干扰；3) 毫克级样本即可完成多脑区分析。研究发现牛磺酸通过Na⁺
/Cl^-
依赖转运体在神经发生区富集，为AD治疗提供新视角——海马体高暴露量可能通过减少β淀粉样蛋白(amyloid beta)不溶性组分发挥作用。该方法可拓展至色氨酸(tryptophan)等内源性物质研究，为中枢神经系统药物开发提供普适性解决方案。