舒它西林的电喷雾－四极杆－飞行时间串联质谱裂解规律研究

霍佳丽，王建华，吴志军

（1.重庆大学生物工程学院，重庆 400044；2.中国科学院成都分院生物研究所，四川 成都 610041）

舒它西林（Sultamicillin）是由β－内酰胺类抗生素氨苄西林（AMP）和β－内酰胺酶抑制剂舒巴坦（SBT）以亚甲基相联的双酯，是第一个口服有效的抗生素结合药物[1－3]。它在肠道上被酶水解，释放出摩尔比例的AMP和SBT，使两者同时达到感染部位，能最大限度地保护抗生素免受酶的钝化，从而产生抗菌活性，并且有更少的感染[4－6]，这样舒它西林就克服了 AMP和SBT口服生物利用度低的缺点，同时大大增加了两者的抗菌范围。据报道，舒它西林对多数产酶革兰氏阴性菌，如大肠杆菌、聚团肠杆菌、阴沟肠杆菌、产气肠杆菌、肺炎克雷伯菌、构椽酸杆菌、鼠伤寒杆菌、宋氏志贺菌、费氏志贺菌等的抗菌活性较氨苄西林钠单药明显增高[7－11]。舒它西林在临床上有广泛的用途，可用于呼吸道、尿道、耳鼻喉、软组织、妇产科以及眼科等感染的治疗，此外还用于外科手术中防治感染、并发感染等多种疾病的治疗[12－15]。

舒它西林是具有双酯特殊结构的前体药物，其结构示于图1。目前多采用HPLC法研究该药，例如Laviana等[16]采用 HPLC－紫外检测法研究了舒它西林药物中存在的相关物质；Argekar等[17]采用 RP－HPLC法对其进行了定量分析；Genowefa Pajchel等[18]采用毛细管电泳色谱法研究舒它西林的抗菌性。但采用高分辨串联质谱对其结构断裂规律进行分析研究尚未见报道。电喷雾－四极杆－飞行时间（ESI－QTOF）质谱是一种软电离串联质谱，具有高分辨能力、高准确度，同时具有快速、灵敏等特点，是鉴定有机化合物的常用方法之一[19－22]。本实验采用ESI－Q－TOF－MS/MS方法对舒它西林进行[M＋H]＋、[M＋Na]＋的碎片结构分析，同时使用氘代试剂（D2O）标记法进一步确证其分子式和结构，归纳其裂解规律，旨在为该药的结构解析及体内代谢转化研究或环境中降解产物研究提供参考依据。

1 实验部分

1.1 主要仪器与装置

microTOF Q质谱仪：德国Bruker公司产品，配有电喷雾离子源（ESI）及Compass数据处理系统；自动进样器。

1.2 主要材料与试剂

舒它西林（Sultamicillin）对照品：中国药品生物制品检定所提供；甲醇：色谱纯，J＆K公司产品；氘代试剂D2O：美国CIL（Cambridge Isotope Laboratories，Inc）公司产品。

图1 舒它西林结构Fig.1 Structure of Sultamicillin

1.3 实验条件

1.3.1 质谱条件：电喷雾（ESI）离子源；ESI源电压：－500V；毛细管电压：－4 500V；雾化气体：高纯氮气（30kPa）；样品进样速度：180μL/h。干燥气温度：180 ℃；干燥气流速：4.0L/min；检测模式：正离子模式。

1.4 样品制备及处理

取舒它西林样品的甲醇稀释溶液，经自动进样器进入ESI离子源，在正离子模式下分别得到[M＋H]＋、[M＋Na]＋准分子离子峰，选择合适的碰撞能对其进行MS2碎片离子的分析；取舒它西林样品的氘代水稀释溶液（放置24h），进质谱仪得到[M＋D]＋、[M/D＋Na]＋的氘代准分子离子峰，同样选择合适的碰撞能进行MS2裂解结构的研究。

2 结果与讨论

2.1 舒它西林的[M＋H]＋/[M＋D]＋MS2分析及裂解规律研究

舒它西林[M＋H]＋选择13eV的碰撞能进行裂解，图2中显示样品主要得到β－内酰胺环断裂产生的m/z 405碎片离子，其脱去CO2、H2SO2、CH2O中性分子分别产生m/z361、m/z 339、m/z 331的子离子碎片；进一步裂解包括SBT处的酯基断裂产生m/z 216，SBT与亚甲基连接处的C－O键断裂产生m/z 172，AMP与亚甲基相联处C－O键断裂并经H重排产生m/z160；而β－内酰胺环断裂产生的碎片离子m/z191，可进一步断裂形成m/z 106和m/z 174。此外，[M＋H]＋中AMP处的酯基C－C键断裂得到m/z304，主要数据列于表1。

同时选择13eV碰撞能进行舒它西林的同位素标记实验，进一步确证了它的裂解途径。[M＋H]＋裂解途径示于图3。

图2 [M＋H]＋ m/z 595.153 1，[M＋D]＋ m/z 599.178 5子离子质谱图Fig.2 Product ion spectrum of[M＋H]＋ m/z 595.153 1，[M＋D]＋ m/z 599.178 5

表1 舒它西林[M＋H]＋主要碎片离子（碰撞能：13eV）Table 1 Major product ions from [M＋H]＋for sultamicillin（collision energy：13eV）

图3 舒它西林[M＋H]＋裂解过程Fig.3 Cleavage progress of Sultamicillin[M＋H]＋

2.2 舒它西林的[M＋Na]＋/[M/D＋Na]＋MS2分析及裂解规律研究

如图4所示，[M＋Na]＋以25eV碰撞能进行裂解，得到的碎片离子信息清晰丰富，主要有3条裂解途径：首先，β－内酰胺环断裂得到相应的[M＋Na]＋m/z 427、m/z 213，分 别脱去CO2、SO2、CO，NH3，得到m/z383、m/z363、m/z335、m/z196；其次，AMP处C－C键（与亚甲基相联处）断裂，出现 m/z 372、m/z 354、m/z 182[M＋Na]＋峰；第三，[M＋Na]＋中SBT处四元环的断裂产生m/z 483、m/z 293碎片离子，该断裂[M＋H]＋中未观察到。其裂解过程同样经氘代实验确证，子离子质谱图示于图5。

图4 舒它西林[M＋Na]＋裂解过程Fig.4 Cleavage progress of Suitamicillin[M＋Na]＋

图5 [M/D＋Na]＋m/z 617.134 2，m/z 620.152 9子离子质谱图Fig.5 Product ion spectrum of[M/D＋Na]＋m/z 617.134 2，m/z 620.152 9

3 结 论

电喷雾－四极杆－飞行时间串联质谱具有高分辨率、高准确度，可获得待测物质的准确分子质量，并产生多个可能分子式，根据二级裂解碎片信息推测其分子式，据此可大大降低可能的分子式数目，进一步结合同位素标记法，可推测得到碎片离子的准确分子式及结构，提供了一种快速、灵敏、准确的鉴别分析方法。

实验表明，舒它西林准分子离子峰[M＋H]＋与[M＋Na]＋的断裂主要在β－内酰胺环，[M＋Na]＋在舒巴坦处四元环发生断裂，由于β－内酰胺环和四元环具有较大的键角张力而很不稳定，所以裂解首先发生在此处。由于裂解主要是分子化学键能量较弱的断裂，据此可以推测根据化合物的化学键强弱来研究其断裂途径，表明随着电子碰撞能力的递增，一般β－内酰胺环类抗生素药物的质谱断裂首先发生在β－内酰胺环处，其次发生在能量次级的其它断裂处。舒它西林在体内的代谢或环境中的降解，除依赖于介质条件和酶作用条件外，同时与其自身结构中不同化学键能量或稳定性也有一定关系。因此，两种分析模式下质谱裂解规律也可为舒它西林的体内代谢物质或环境中降解产物的研究，提供快速鉴别的理论依据。

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