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新型降糖化合物LSM-13在大鼠肝微粒體中的穩定性研究及代謝產物分析

2021-09-22 02:20杜瑤陳瑞朱高峰張吉泉湯磊
中國藥房 2021年17期
關鍵詞:孵育產物質譜

杜瑤 陳瑞 朱高峰 張吉泉 湯磊

中圖分類號 R917;R969.1 文獻標志碼 A 文章編號 1001-0408(2021)17-2059-07

DOI 10.6039/j.issn.1001-0408.2021.17.03

摘 要 目的:考察新型降糖化合物LSM-13在大鼠肝微粒體中的代謝穩定性,并分析其可能的代謝產物。方法:將LSM-13溶解于由還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸啟動的大鼠肝微粒體孵育體系中,置于37 ℃水浴中進行孵育,分別于孵育0、5、10、15、20、30、45、60 min時用乙腈終止反應。以吲哚美辛為內標,采用高效液相色譜法測定孵育體系中LSM-13的質量濃度。以孵育0 min時LSM-13的質量濃度為參照,計算其在不同孵育時間下的剩余百分比和酶動力學參數。采用超高效液相色譜-串聯四極桿飛行時間質譜法檢測并定性分析LSM-13在大鼠肝微粒體中的代謝產物。結果:孵育60 min時,LSM-13在大鼠肝微粒體中的剩余百分比為(56.07±0.95)%,半衰期為42.78 min,固有清除率為0.032 4 mL/(min·mg)。與大鼠肝微粒體空白樣品的總離子流圖比較,孵育60 min樣品中新增了3個色譜峰,對應的準分子離子峰分別為m/z 505.133 8、417.102 4、293.111 7[M+H]+,可能是LSM-13脫氫、O-脫芐基、水解的產物。結論:化合物LSM-13在大鼠肝微粒體中的穩定性為中等,并可能發生了脫氫、O-脫芐基和水解反應。

關鍵詞 降糖化合物;LSM-13;大鼠肝微粒體;穩定性;代謝產物

Stability Study of Novel Hypoglycemic Compound LSM-13 in Rat Liver Microsomes and Its Metabolites Analysis

DU Yao1,CHEN Rui2,ZHU Gaofeng2,ZHANG Jiquan1,2,TANG Lei2( 1. College of Pharmacy,Guizhou Medical University, Guiyang 550004, China; 2. Guizhou Provincial Engineering Technology Research Center for Chemical Drug R&D, Guiyang 550004, China)

ABSTRACT? ?OBJECTIVE: To investigate the metabolism stabilities of novel hypoglycemic compound LSM-13 in rat liver microsomes, and to analyze the possible metabolites. METHODS: LSM-13 was dissolved in rat liver microsome incubation system initiated by reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate, and was incubated in water at 37 ℃. The reaction was terminated with acetonitrile at 0,5,10,15,30,45 and 60 min, respectively. Using indomethacin as internal standard, the concentration of LSM-13 in incubation system was determined by HPLC. The residual percentage and enzyme kinetic parameters of LSM-13 were calculated at different incubation time points with the concentration of LSM-13 incubated for 0 min as reference. UPLC-Q-TOF/MS was used to analyze and speculate the metabolites of LSM-13 in rat liver microsomes. RESULTS: After 60 min incubation, the remaining percentage of LSM-13 was (56.07±0.95)%, the half-life was 42.78 min, and the intrinsic clearance was 0.032 4? ? ? ?mL/(min·mg). Compared with total ion flow diagram of rat liver microsome blank samples, three chromatographic peaks were added in the samples incubated for 60 min; the corresponding molecular ion peaks were m/z 505.133 8, 417.102 4, 293.111 7

[M+H]+; the possible metabolites may be dehydrogenation, O-debentylation and hydrolysis products of LSM-13. CONCLUSIONS: The compound LSM-13 has moderate stability in rat liver microsomes, and may undergo dehydrogenation, O-debentylation and hydrolysis.

KEYWORDS? ?Hypoglycemic compound; LSM-13; Rat liver microsomes; Stability; Metabolites

近年來,新型降糖藥物的研究與開發已成為創新藥物研究的熱點。腺苷酸激活蛋白激酶(adenosine 5′-monophosphate-activated protein kinase,AMPK)是治療2型糖尿病的一個重要靶點[1-2]。該激酶是機體的能量感受器與代謝調節穩態中心,可通過激活下游關鍵蛋白的磷酸化來調節糖脂的代謝平衡[3]。據文獻報道,激活AMPK不僅能降低患者的血糖水平,而且還對糖尿病并發癥(如糖尿病腎病、糖尿病心血管疾病等)具有潛在的治療作用[3]。目前,臨床上使用的2型糖尿病一線治療藥物二甲雙胍和噻唑烷二酮類藥物吡格列酮等均被證實為AMPK間接激動劑,雖有很好的降糖作用,但對糖尿病并發癥的治療效果有限[4-5],加之迄今仍未有更具特異性的AMPK直接激動劑上市,因此研發新型、高效的AMPK直接激動劑具有重要的臨床意義。

ZG02的化學名為6-芐氧基-9-(4-氯苯甲?;?四氫咔唑-3-羧酸(結構式見圖1A),是一個結構新穎的四氫咔唑類降糖化合物,可通過激活AMPK通路來降低db/db小鼠的血糖與血脂水平[6]。本課題組前期利用ACD/Labs軟件對該化合物進行初步類藥性評估,發現其具有較高的計算模擬值(CLogP=5.75),但體內代謝不穩定。為了進一步尋找藥動學性質更佳且降糖活性更優的AMPK直接激動劑,本課題組前期以ZG02為先導化合物設計合成了一系列衍生物,并通過葡萄糖消耗模型篩選發現LSM-13{化學名為8-(芐氧基)-5-(4-氯苯甲?;?7-氟-1,3,4,5-四氫-2H-吡啶并[4,3-b]吲哚-2-羧酸乙酯,結構式見圖1B}能顯著促進HepG2細胞對葡萄糖的消耗,促葡萄糖消耗率達44.78%,顯著高于ZG02(P<0.05);同時,在動物體內實驗中也證實了LSM-13具有很好的降糖活性??梢?,LSM-13作為一個潛在的AMPK直接激動劑,具有進一步研發的價值。

新藥從發現到上市需要經過臨床前研究、臨床試驗、報批和上市等4個階段,其中藥物代謝研究對前兩個階段具有重要的指導意義[7]。藥物經過代謝可能使其活性喪失或者生成具有毒性的代謝產物,將直接影響藥物的有效性與安全性[8]。肝臟含有豐富的藥物代謝酶系統,是藥物代謝和生物轉化的主要器官,因此探討藥物在肝臟中的穩定性及代謝情況顯得尤為重要[9]。本研究采用體外肝微粒體溫育法,以高效液相色譜法(HPLC)考察LSM-13在SD大鼠肝微粒體中的穩定性;采用超高效液相色譜-串聯四極桿飛行時間質譜法(UPLC-Q- TOF/MS)并根據二級質譜中的碎片離子信息推測LSM-13在肝微粒體中的可能代謝產物,旨在初步探討該化合物在肝微粒體中的代謝規律,為后續LSM-13的體內代謝研究以及臨床研究奠定基礎。

1 材料

1.1 主要儀器

本研究所用主要儀器包括:e2695型HPLC儀、? ? XevoG2-XS型UPLC-Q-TOF/MS儀(美國Waters公司),JN300-2型氮氣吹掃儀(蘇州吉米諾儀器有限公司),AUW220D型電子天平(日本Shimadzu公司),X1型高速離心機(香港基因有限公司),HC-100型恒溫混勻儀(杭州佑寧儀器有限公司),DRHH-2型數顯恒溫水浴鍋(上海雙捷實驗設備有限公司)等。

1.2 主要藥品與試劑

LSM-13原料藥(批號20201123,純度>99%)由本課題組合成;吲哚美辛對照品(內標,批號J0526A5,純度>98%)購自大連美侖生物技術有限公司;煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸二鈉(NADP-Na2,批號1011L024)、葡萄糖-6-磷酸-二鈉(G-6-P-Na2,批號407H033)、葡萄糖-6-磷酸脫氫酶(G-6-P-DH,批號20180725)均購自北京索萊寶科技有限公司;甲醇、乙腈為色譜純;氯化鎂、檸檬酸鈉等其余試劑均為分析純,水為蒸餾水。

1.3 大鼠肝微粒體

雄性SD大鼠肝微粒體(批號MIC254034)購自武漢普萊特生物醫藥技術有限公司。

2 方法與結果

2.1 LSM-13定量分析的HPLC條件

以Waters XBridge C18(250 mm×4.6 mm,5 μm)為色譜柱,以Waters Symmetry C18 VanGuard Cartidge(5 mm×3.9 mm,5 μm)為保護柱,以乙腈(A)-0.1%甲酸溶液(B)為流動相進行梯度洗脫(0~6 min,75%A;6~7.5 min,75%A→90%A;7.5~13.5 min,90%A;13.5~15 min,90%A→75%A;15~16 min,75%A);檢測波長為265 nm;流速為1 mL/min;柱溫為35 ℃;進樣量為20 μL。

2.2 代謝產物定性分析的UPLC-Q-TOF/MS條件

以Waters BEH C18(50 mm×2.1 mm,1.7 μm)為色譜柱,以0.01%甲酸溶液(A)-0.01%甲酸乙腈溶液(B)為流動相進行梯度洗脫(0~1 min,95%A;1~5 min,95%A→60%A;5~10 min,60%A→40%A;10~17 min,40%A→2%A;17~18 min,2%A;18~19 min,2%A→95%A;19~20 min,95%A);流速為0.30 mL/min;柱溫為35 ℃;進樣量為5 μL;采集時間為20 min。離子源為電噴霧離子源(ESI);掃描模式為正離子模式;毛細管電壓為1.5 kV;離子源溫度為120 ℃;脫溶劑氣溫度為400 ℃;脫溶劑氣流量為800 L/h;錐孔氣流量為50 L/h;掃描模式為“MSE continuum”模式;掃描范圍為m/z 50~1 200;碰撞能量為20~40 V。

2.3 溶液的制備

2.3.1 LSM-13與內標貯備液 精密稱取LSM-13原料藥適量,以乙腈溶解并定容,混勻,制得質量濃度為1 mg/mL的LSM-13貯備液;精密稱取內標對照品適量,同法制得質量濃度為1 mg/mL的內標貯備液。兩者均于4 ℃保存,備用。臨用前,取內標貯備液適量,以甲醇稀釋至質量濃度為0.5 μg/mL,備用。

2.3.2 還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)輔酶溶液 分別稱取NADP-Na2 200 mg、G-6-P-Na2 200 mg、氯化鎂133 mg,加水溶解并定容至10 mL,混勻,得A液;分別稱取檸檬酸鈉44 mg、G-6-P-DH 1 000 U(相當于1.36 mg),加水溶解并定容至25 mL,混勻,得B液。兩者均于-20 ℃下保存,備用。臨用前,將A、B液按體積比5 ∶ 1混合,得濃度為1 mmol/L(按反應產物NADPH計)的輔酶溶液[10]。

2.4 樣品的孵育與處理

2.4.1 孵育體系的建立 取大鼠肝微粒體,用pH 7.4的磷酸鹽緩沖液(PBS)稀釋至5 mg/mL;取上述肝微粒體溶液20 μL,加入“2.3.1”項下的LSM-13貯備液2 μL和Tris-HCl緩沖液148 μL。將上述混合溶液置于37 ℃水浴鍋中孵育5 min后,加入“2.3.2”項下的NADPH輔酶溶液30 μL以啟動反應。該孵育體系的總體積為200 μL,其中LSM-13的質量濃度為5 μg/mL,NADPH的終濃度為1 mmol/L,有機溶劑體積分數不超過1%[11]。

2.4.2 樣品孵育與處理 將上述孵育體系繼續置于37 ℃水浴鍋中,分別在孵育0、5、10、15、20、30、45、60 min時加入含0.5 μg/mL內標的乙腈800 μL(溫度4 ℃)以終止反應。將上述混合物渦旋混勻1 min后,于4 ℃下以13 000 r/min高速離心10 min,收集上清液以氮氣流吹干,殘渣用乙腈200 μL復溶,按“2.1”項下色譜條件進樣分析。每個時間點的孵育樣品平行3份操作。

2.5 生物樣品中LSM-13的定量分析方法學考察

2.5.1 專屬性考察 分別取適量空白溶劑(乙腈)、LSM-13+內標標準溶液(分別含LSM-13和內標5、2? ? ? ?μg/mL,按“2.3.1”項下方法以乙腈配制)、空白孵育樣品(不含待測物和內標,按“2.4.2”項下方法孵育15 min制得)、在大鼠肝微粒體孵育體系中孵育15 min時的孵育樣品(按“2.4.2”項下方法孵育并處理所得),按“2.1”項下色譜條件進樣分析,記錄色譜圖(圖2)。結果,化合物LSM-13的保留時間約為13.4 min,內標的保留時間約為7.1 min;兩者可同時被檢出且互不干擾,同時不受內源性物質的影響,提示該方法專屬性良好。

2.5.2 線性關系考察 精密量取“2.3.1”項下的LSM-13貯備液適量,加至經高溫滅活的大鼠肝微粒體孵育體系中,制得質量濃度為0.5、1、2、5、10、20、40 μg/mL的LSM-13系列工作溶液,按“2.4.2”項下方法孵育15 min并處理后,再按“2.1”項下色譜條件進樣測定,記錄峰面積。以LSM-13質量濃度為橫坐標(x)、LSM-13與內標的峰面積比值為縱坐標(y)作線性回歸,得回歸方程為y=0.997 1x-0.526 6(R2=0.999 1)。結果,LSM-13檢測質量濃度的線性范圍為0.5~40 μg/mL,定量下限為0.5 μg/mL。

2.5.3 基質效應與提取回收率試驗 精密量取“2.3.1”項下的LSM-13貯備液適量,加入乙腈稀釋,制得低、中、高質量濃度(1、5、30 μg/mL)待測樣品,按“2.4.2”項下方法孵育15 min并處理后,再按“2.1”項下色譜條件進樣測定,記錄LSM-13與內標的峰面積比值(A1);取未加藥的滅活的肝微粒體適量,按“2.4.2”項下方法孵育15 min并處理,隨后加入“2.3.1”項下LSM-13貯備液適量,使最終質量濃度與上述待測樣品對應,再按“2.1”項下色譜條件進樣測定,記錄LSM-13與內標的峰面積比值(A2);精密量取“2.3.1”項下的LSM-13貯備液適量,加至滅活的大鼠肝微粒體孵育體系中,配制成與上述待測樣品質量濃度對應的質控(QC)樣品,按“2.4.2”項下方法孵育15 min并處理后,再按“2.1”項下色譜條件進樣測定,記錄LSM-13與內標的峰面積比值(A3)。每個質量濃度平行5份操作。按以下公式計算:基質效應=(A2/A1)×100%;提取回收率=(A3/A2)×100%。結果,提取方法和基質效應均不會影響LSM-13質量濃度的測定,詳見表1。

2.5.4 準確度與精密度試驗 精密量取“2.3.1”項下的LSM-13貯備液適量,加至滅活的大鼠肝微粒體孵育體系中,制得LSM-13定量下限質量濃度(0.5 μg/mL)和低、中、高質量濃度(1、5、30 μg/mL)的QC樣品,均平行5份操作。各樣品按“2.4.2”項下方法孵育15 min并處理后,再按“2.1”項下色譜條件重復進樣3次,考察日內精密度;連續進樣3 d,考察日間精密度。將實測質量濃度與理論質量濃度進行比較,考察準確度。結果,定量下限質量濃度和低、中、高質量濃度QC樣品的日內、日間RSD均小于5%,準確度(以平均值計)為94.30%~110.08%,符合生物樣品定量分析的要求[12]。

2.5.5 穩定性試驗 精密量取“2.3.1”項下的LSM-13貯備液適量,加至滅活的大鼠肝微粒體孵育體系中,制得LSM-13低、中、高質量濃度(1、5、30 μg/mL)的QC樣品,均平行5份操作。各樣品按“2.4.2”項下方法孵育15 min并處理,處理后的樣品分別于室溫放置12 h、4 ℃放置24 h、反復凍融3次(-80 ℃~室溫)后,再按“2.1”項下色譜條件進樣測定,考察樣品的穩定性。結果,在上述條件下,各樣品實測質量濃度的RSD均小于5%,表明樣品的穩定性良好,詳見表3。

2.6 LSM-13在SD大鼠肝微粒體中的穩定性考察

按“2.4”項下方法進行體外代謝穩定性研究,采用底物消除法[9]考察LSM-13的代謝情況。將孵育0 min時LSM-13的質量濃度記為100%,計算不同孵育時間點LSM-13在大鼠肝微粒體中的剩余百分比。每個時間點平行3次操作,結果見表4。由表4可知,在大鼠肝微粒體中孵育60 min后,LSM-13的剩余百分比為(56.07±0.95)%。

將各孵育時間點LSM-13的平均剩余百分比的自然對數對孵育時間作線性回歸,求得斜率k;根據k可計算出LSM-13在大鼠肝微粒體中的酶動力學參數[半衰期(t1/2)與固有清除率(CLint)]。其中,t1/2=-0.693/k,CLint=[0.693/t1/2×孵育液體積(mL)]/肝微粒體質量(mg)[10]。結果,LSM-13的t1/2為42.78 min,CLint為0.032 4 mL/(min·mg)。肝微粒體代謝穩定性的評價標準如下:t1/2<30 min,表明受試化合物不穩定;t1/2為30~90 min,表明受試化合物穩定性為中等;t1/2>90 min,表明受試化合物穩定[10]。由此可見,LSM-13在大鼠肝微粒體中具有中等穩定性。

2.7 LSM-13代謝產物的定性分析

收集“2.6”項下孵育60 min時的肝微粒體孵育樣品與空白孵育樣品(空白大鼠肝微粒體同“2.4”項下方法孵育60 min所得)。由于代謝產物濃度可能較低,故將收集的樣品適當濃縮,然后再按“2.2”項下條件進樣分析。通過比較空白孵育樣品與孵育60 min樣品的總離子流圖(圖3),發現新的色譜峰;再根據各色譜峰的準分子離子及碎片離子信息,推測LSM-13代謝產物的結構。

2.7.1 代謝產物的發現 比較空白孵育樣品與孵育60 min樣品的總離子流圖,發現在14.06、12.69、9.93、6.15 min處出現4個色譜峰(M0~M3),其m/z依次為507.150 2、505.133 8、417.102 4、293.111 7(圖4)。其中,m/z 507.150 2[M+H]+為LSM-13的準分子離子峰(M0),其余3個(M1~M3)則是LSM-13在大鼠肝微粒體中的代謝產物峰。

2.7.2 LSM-13質譜裂解規律 LSM-13的分子式為C28H24ClFN2O4,分子量為506.140 9,準分子離子峰為m/z 507.150 2[M+H]+。LSM-13的主要二級碎片離子峰有 m/z 138.998 4、280.118 7、418.107 8、461.114 9[M+H]+等,提示其結構中的芐氧基、乙氧基和對氯苯甲?;赡軙谫|譜碰撞能量的作用下發生斷裂。LSM-13的二級質譜圖及可能的質譜裂解規律見圖5。

2.7.3 代謝產物結構分析 本研究對代謝產物M1、M2、M3的可能結構進行了初步分析。

(1)代謝產物M1:該化合物的保留時間為12.69 min,準分子離子峰為m/z 505.133 8[M+H]+,與LSM-13相比質量減少了2,推測該代謝產物與原型化合物相比減少了2個H,可能為LSM-13的脫氫產物,結構式可能為C28H22ClFN2O4。M1的主要碎片離子峰有m/z 477.098 3、138.996 4[M+H]+等,提示其脫氫位置可能在LSM-13的吡啶并[4,3-b]吲哚環上;此外,m/z 477.098 3[M+H]+碎片離子與M1相比質量減少了28,提示可能是其在質譜碰撞能量的作用下掉了1個乙基,M1上可能存在乙基。M1的二級質譜圖及可能的質譜裂解規律見圖6。

(2)代謝產物M2:該化合物的保留時間為9.93 min,準分子離子峰為m/z 417.102 4[M+H]+,與LSM-13相比質量減少了90,推測該代謝產物與原型化合物相比減少了1個芐基,可能為LSM-13的O-脫芐基產物,結構式可能為C21H18ClFN2O4。M2的主要碎片離子峰有m/z 138.997 8、277.099 1、371.060 5[M+H]+等,提示其結構中的碳氮鍵、碳氧鍵可能會在質譜碰撞能量的作用下發生斷裂。M2的二級質譜圖及可能的質譜裂解規律見圖7。

(3)代謝產物M3:該化合物的保留時間為6.15 min,準分子離子峰為m/z 293.111 7[M+H]+,與LSM-13相比質量減少了214,提示可能為LSM-13的2個酰胺鍵水解加四氫咔唑環2次脫氫的產物,結構式可能為C18H13FN2O。M3的主要二級碎片離子為m/z 202.056 9[M+H]+,與M3相比質量減少了91,提示可能是結構中的碳氧鍵在質譜碰撞能量的作用下發生了斷裂。M3的二級質譜圖及可能的質譜裂解規律見圖8。

3 討論

與體內代謝研究相比,體外代謝研究可排除內源性物質的干擾,具有簡單快速、結果重現性好等優點,有助于直接觀察藥物的代謝特征,適用于體內代謝轉化率低的成分以及候選化合物的早期代謝研究及篩選[13-14]。為此,本研究采用體外肝微粒體溫育法,考察了LSM-13在大鼠肝微粒體中的穩定性及代謝情況。

在體外代謝研究中,藥物濃度會影響酶代謝穩定性的評價:若藥物濃度過低,則可能在很短時間內被代謝完全,不便于檢測;若藥物濃度過高,則代謝酶將達飽和狀態,無法反映真實的代謝狀態[15-16]。因此,本實驗前期考察了LSM-13在1、5、10 μg/mL等3個質量濃度條件下的代謝情況。結果發現,當藥物質量濃度為5 μg/mL時,LSM-13在孵育60 min時能達到底物20%的清除率,故確定5 μg/mL為最終試驗質量濃度。

本研究借助HPLC法檢測發現,LSM-13在大鼠肝微粒體孵育體系中反應60 min后,剩余百分比為(56.07±0.95)%,t1/2為42.78 min,CLint為0.032 4 mL/(min·mg),表明LSM-13在體外大鼠肝微粒體孵育體系中的穩定性為中等。此外,本研究利用UPLC-Q-TOF/MS檢測以及二級質譜的碎片離子信息分析,初步推測了3個代謝產物的化學結構,并發現LSM-13在肝微粒體代謝酶的作用下主要發生了脫氫、O-脫芐基、水解反應。

綜上所述,本研究建立了定量分析大鼠肝微粒體中LSM-13的HPLC法,并初步明確了LSM-13在大鼠肝微粒體中的代謝穩定性為中等;同時,利用UPLC-Q-TOF/MS技術,通過二級質譜的碎片離子信息初步推測了LSM-13在大鼠肝微粒體中的Ⅰ相代謝產物的結構,為LSM-13后期的藥動學研究及結構改造提供了一定的參考依據。

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(收稿日期:2021-03-17 修回日期:2021-07-26)

(編輯:張元媛)

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