One Health理念下的处方优化——开发对映选择性液相色谱-串联质谱方法以指导处方药物的手性转换

《Analytical Methods》：One Health prescribing – development of enantioselective liquid chromatography – tandem mass spectrometry methods to inform chiral switch of prescription pharmaceuticalsOpen Access

　　

One Health理念强调可持续地平衡和优化人类、动物与生态系统的健康。药物对人类健康至关重要，但其使用对水生生物构成下游风险。因此，药物需要在实现相同预期健康效果的同时更加环境友好。手性转换（chiral switch），即以外消旋制剂（racemic formulations）替换为对映体纯版本（enantiopure versions），被提议用于在One Health理念下减少药物的环境负担。本研究旨在开发适用于复杂环境基质（environmental matrices）的对映选择性分析方法（enantioselective methodologies），以指导常用处方药物的手性转换。研究人员采用阳离子交换固相萃取（cation exchange solid-phase extraction，SPE）和两种独立的手性高效液相色谱法（chiral-high performance liquid chromatography，chiral-HPLC），对废水中16种药物（抗抑郁药、β-受体阻滞剂、钙通道阻滞剂、中枢神经系统兴奋剂、骨骼肌松弛剂）及其主要代谢物进行选择性检测和定量。使用InfinityLab Poroshell 120 Chiral-V柱分离阳离子型对映体（cationic enantiomers），并使用CHIRALPAK? ZWIX(+)柱分离两性离子型对映体（zwitterions），对映体分辨率（enantioresolutions）范围为0.6至4.2。SPE-chiral HPLC方法的定量限（quantitation limits）和真实度值（trueness values）范围分别为6.5 × 10?2 ng L?1至42 ng L?1和60%至119%。将该方法应用于废水样本后发现，若干分析物呈非外消旋组成（non-racemic composition），包括西酞普兰（citalopram）、氟西汀（fluoxetine）、米氮平（mirtazapine）、去甲基米氮平（desmethylmirtazapine）和利他林酸（ritalinic acid）。观察到去甲基米氮平的对映体富集程度最高，最大对映体分数（enantiomeric fraction）为0.80。此外，据研究人员所知，这是首次报道巴氯芬（baclofen）、氨氯地平（amlodipine）、羟基阿替洛尔（hydroxyatenolol）和利他林酸在废水中的对映体组成。进一步应用这些新开发的方法有助于更准确地评估药物对映体的环境风险，从而为医疗保健中拟议的手性转换决策过程提供依据。

论文解读：《Analytical Methods》发表——基于One Health理念的处方药物手性转换：对映选择性液相色谱-串联质谱方法的开发

一、研究背景与意义

One Health理念强调人类、动物与生态系统健康的可持续平衡与优化。药物是现代医学中最常见的干预手段，但其使用后经人体排泄及污水处理厂不完全去除，持续以ng L^?1至μg L^?1浓度排入水环境，对水生生物造成伪持久性暴露和不良生态效应。例如，氟西汀在30 ng L^?1和300 ng L^?1浓度下长期暴露可降低海洋贻贝的藻类清除率、生长和繁殖潜力；普萘洛尔在130 ng L^?1下影响假单胞菌的生长速率；17α-炔雌醇在10 ng L^?1下改变淡水蟑螂鱼的性发育。升级污水处理厂进行药物消除在经济和碳排放上均代价高昂，因此有必要在药物生命周期早期进行干预。手性转换，即将外消旋制剂替换为对映体纯版本，被提出作为在One Health理念下减少药物环境负担的手段。约50%的处方药物具有手性，其中约80%以外消旋形式生产和处方。不同对映体可能具有不同的药理活性和生态毒性，例如R-氟西汀对水生原生动物的生态毒性比S-氟西汀高30倍。然而，由于缺乏可靠且可比的环境对映体数据，阻碍了该方法的应用。现有对映选择性分析方法存在运行时间长、无法报告颗粒结合态对映体浓度、分析物覆盖范围有限等问题。因此，本研究旨在开发能够应用于复杂环境基质并指导常用处方药物手性转换的对映选择性方法。

二、主要技术方法

研究人员开发了两套手性高效液相色谱-串联质谱（chiral-HPLC-MS/MS）方法。方法一采用InfinityLab Poroshell 120 Chiral-V柱（万古霉素基固定相），以含0.01%甲酸和2 mM乙酸铵的甲醇为流动相，在15°C柱温下等度洗脱并结合流速梯度，总运行时间25分钟，实现了14种分析物（包括氨氯地平、阿替洛尔、比索洛尔、西酞普兰、氟西汀、哌甲酯、米氮平、普萘洛尔、文拉法辛及其代谢物）的对映体分离。方法二采用CHIRALPAK^? ZWIX(+)柱（奎宁衍生固定相），以含2 mM甲酸铵的甲醇:水（96:4% v/v）为流动相，在40°C柱温下等度洗脱，总运行时间15分钟，实现了巴氯芬和利他林酸的对映体分离。样品前处理采用阳离子交换固相萃取（MCX SPE）进行富集和净化，并通过对离心前后加标样本的分析分别测定总浓度和水相浓度，以评估固液分配。废水样本来源于苏格兰东北部三个污水处理厂（WWTP A、B、C），采集了24小时时间比例样本并制备成伪流量比例混合样本。

三、研究结果

3.1 仪器与方法开发

研究人员成功优化了MRM条件和手性色谱方法。对于Chiral-V柱，最终参数确定为15°C、0.01%甲酸和2 mM乙酸铵的甲醇流动相，并采用流速梯度（0-7.5分钟0.075 mL min^?1，线性升至0.325 mL min^?1并保持至24.5分钟，再降至初始条件），总运行时间25分钟。对映体分辨率（R_S）范围为0.6（比索洛尔）至4.2（哌甲酯和去甲基米氮平）。对于ZWIX(+)柱，最佳条件为40°C，2 mM甲酸铵的甲醇:水（96:4% v/v）流动相，流速0.5 mL min^?1，总运行时间15分钟，巴氯芬和利他林酸的R_S分别为1.3和3.5。采用MCX SPE后，通过有机溶剂洗涤步骤去除基质干扰，再用含氢氧化铵的甲醇洗脱，回收率和信号抑制情况得到改善。

3.2 对映体归属

研究人员基于文献中相似色谱条件下的对映体洗脱顺序，对阿替洛尔、西酞普兰、氟西汀、普萘洛尔、文拉法辛、去甲基西酞普兰和去甲文拉法辛的对映体进行了归属。对于氟西汀/去甲氟西汀、西酞普兰/去甲基西酞普兰、文拉法辛/去甲文拉法辛，代谢物的洗脱顺序与母体化合物一致。羟基阿替洛尔和利他林酸因含有两个手性中心而可能存在四种立体异构体，其观察到的两个峰被指定为E1和E2。氨氯地平、巴氯芬、比索洛尔、苏式-哌甲酯、米氮平和去甲基米氮平的对映体暂时无法归属，仅标记为E1和E2。

3.3 仪器与方法验证

仪器检测限（IDL）和定量限（IQL）范围分别为3.3 × 10^?4–8.3 × 10^?2 ng mL^?1和1.1 × 10^?3–2.8 × 10^?1 ng mL^?1（巴氯芬除外，其IQL约为1.6–1.9 ng mL^?1）。线性范围从IQL至25–250 ng mL^?1，所有R² ≥ 0.998。日内和日间精密度（RSD）中位数均为6%，准确度中位数分别为92%和93%。整个方法（SPE-chiral HPLC-MS/MS）的绝对回收率在进水废水中为5–99%（中位数38%），在出水废水中为13–111%（中位数59%）。真实度值范围为60–119%。基质效应导致信号抑制，进水废水抑制更严重，且存在对映体特异性抑制。方法检测限（MDL）和定量限（MQL）范围分别为6.5 × 10^?2 ng L^?1至42 ng L^?1。

四、总结与讨论

研究结论部分指出，研究人员成功开发并验证了两套多残留手性HPLC-MS/MS方法，用于测定废水中16种处方药物及其代谢物的对映体组成。方法实现了合理的运行时间（25分钟和15分钟）和对映体分辨率（0.6–4.2），并通过MCX SPE有效减少了基质干扰。将方法应用于苏格兰东北部三个污水处理厂的进水废水样本，发现西酞普兰、氟西汀、米氮平、去甲基米氮平和利他林酸呈现非外消旋组成，其中去甲基米氮平的最大对映体分数达0.80。此外，这是首次报道巴氯芬、氨氯地平、羟基阿替洛尔和利他林酸在废水中的对映体组成。这些结果表明，所开发的方法能够为药物对映体提供更准确的环境风险评估数据，从而为医疗保健中基于One Health理念的手性转换决策过程提供科学依据。