甲基苯丙胺对映异构体手性分离方法及其毒性作用的研究进展

张颖怡，李良，马安德，周政政

（1.南方医科大学公共卫生学院卫生检验检疫系，广东 广州 510515；2.中山大学中山医学院法医学系，广东 广州 510080）

甲基苯丙胺（methamphetamine，MAMP），又名去氧麻黄碱、甲基安非他明，其盐酸盐为透明冰状晶体，在我国俗称“冰毒”，属于苯丙胺类兴奋剂（amphetaminetype stimulants，ATS），是我国规定管制的精神活性物质[1]。苯丙胺类物质易滥用成瘾且副作用大，同时也是艾滋病传播的高危影响因素，给社会公共安全造成极大的危害。据联合国毒品和犯罪问题办公室公布的《2017年世界毒品问题报告》[2]，2015年全球共有2.5亿人使用毒品，其中吸毒成瘾者约为2 950万人（占全球成年人口的0.6%）；另据我国国家禁毒委员会办公室发布的《2017年中国毒品形势报告》[3]，截至2017年底，全国现有吸毒人员255.3万名（不含戒断三年未发现复吸人数、死亡人数和离境人数），滥用合成毒品人员153.8万名，占60.2%，全国破获制造毒品案件597起，缴获毒品23.3吨，同比分别上升1%和18.8%。因滥用毒品导致暴力攻击、自杀自残、毒驾肇事等案件急剧增多。

从化学成分来看，MAMP等（图1）新型合成类毒品化学结构中均有一个不对称手性中心，存在2个对映异构体，如MAMP的2个对映异构体分别为S-（+）-MAMP和R-（-）-MAMP，其对中枢神经系统的作用、毒性及代谢机制均有较大差异，S-（+）在精神方面的作用是R-（-）构型的5倍，是制毒者和贩毒者的主要走私产品[4]。目前，MAMP主要的化学合成路线[5]包括3条，即S-（+）-MAMP的主要合成前体为1R，2S-（-）-麻黄素与1S，2S-（+）-伪麻黄素，而R-（-）-MAMP的主要合成前体为 1S，2R-（+）-麻黄素与 1R，2R-（-）-伪麻黄素，外消旋体则由苄基甲基酮经还原胺化或刘卡特-瓦拉赫反应（Leuckart-Wallach reaction）合成。

图1 甲基苯丙胺化学结构式（*手性碳原子）

随着国内外警方对中枢神经兴奋作用最强的S-（+）-MAMP合成前体的打击力度持续加大，外消旋体以及R-（-）-MAMP开始逐渐出现。如我国学者张建新等[4]统计了2007—2008年在北京、天津、石家庄、成都4个城市缴获的MAMP，发现混有不同比例对映异构体的MAMP接近10%，这与国内另一学者WANG等[6]的统计结果相符；LEE等[5]则统计了1994—2005年韩国所缴获的433份样品，发现1996年以前，S-（+）-MAMP是缴获的主要毒品构型，而从1997年开始出现混有R-（-）-MAMP的样品，比例达到21%。2005年，混有R-（-）-MAMP的毒品案件迅速上升到50%。随着国家对S-（+）-MAMP制备原料的严格监管与打击，混有R-（-）-MAMP的甲基苯丙胺逐渐增多，但其对映异构体理化性质相近，普通方法难以区分，因此其手性拆分显得极为重要。研究结果[7]发现，一些临床药物如治疗帕金森的处方药司来吉兰口服后吸收迅速，代谢物包括R-（-）-甲基苯丙胺、R-（-）-苯丙胺、去甲司来吉兰等。目前，在吸毒、“毒驾”鉴定实际案例中，经常发生甲基苯丙胺阳性的嫌疑人声称服用了司来吉兰等临床药物。由于无法进一步证实阳性目标物的来源，从而使案件陷入困境[7]。

甲基苯丙胺的两个对映异构体药理活性和药代动力学特征差异明显，其对人体的损伤也不尽相同[4]。本文重点对MAMP的手性分离方法及其对映异构体致生物体急慢性中毒可能造成的损伤情况进行阐述，以期对苯丙胺类毒品的研究、鉴定工作给予一定参考。

1 MAMP的手性分离研究进展

1.1 手性试剂衍生化法

手性试剂衍生化法又称间接法。衍生化是一种利用化学变换将难于分析的物质转化为与其化学结构相似但易于分析的物质。化学衍生化法的主要目的是增加组分的稳定性，改善被测组分的色谱行为，增加被测物的检测灵敏度和选择性，提高对光学异构体分离的能力。衍生化法可以在非对映环境下实现对映异构体的分离，因此在早期的MAMP对映异构体分离试验中得到广泛的应用[8]。其优点在于，可以相对自由地选择反应条件，但弊端是容易在衍生过程中引入杂质，同时前处理过程较为复杂。用于MAMP对映异构体结构分离的手性衍生化试剂（chiral derivatization reagent，CDR）主要有 N-三氟乙酰-1-脯氨酰氯[N-（trifluoroacetyl）-prolylchloride，L-TPC][9-10]、R-（+）-α-甲氧基-α-三氟甲基苯乙酸（R-（+）-αmethoxy-α-trifluoromethylphenylacetic acid，MTPA）[11]以及Marfey试剂[12-14]。该法与各种检测手段如气相色谱（gas chromatography，GC）、气相色谱-质谱联用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）、高效液相色谱（high performance liquid chromatography，HPLC）等相结合，实现了MAMP对映异构体的分离。

1.1.1 L-TPC

最常用的CDR是三氟乙酰-脯氨酰氯。柱前衍生化已被用于苯丙胺和甲基苯丙胺的定性和定量分析中，并与GC或GC-MS相结合，实现了对映异构体的分离。

1994年，曾苏[9]就利用GC-MS对D-甲基苯丙胺对映体进行了分析。他们采用水相衍生化技术，以L-TPC为CDR，在常规非手性气相色谱柱上分离甲基苯丙胺对映异构体，并用于实际样品的鉴别和定量分析。采用该水相衍生化的优点是可减少消旋化、缩短分析周期和减少干扰，同时非对映体对生成的重现性也很好。沈敏等[10]也使用L-TPC衍生化法来分离甲基苯丙胺对映体，与曾苏的方法相比，共同点在于样品的衍生化步骤一致，不同之处是不仅建立了GCMS的方法，更细化了利用GC来鉴定甲基苯丙胺对映异构体的方法，如采用不同的检测器（氢火焰离子检测器和氮磷检测器），并利用建立的方法进一步研究了R/S-MAMP在尿中代谢物的变化。

由此可见，早期与GC相结合的甲基苯丙胺对映体分离方法都是利用TPC进行衍生化来完成，且多为使用L-TPC来衍生化R/S-MAMP。该法的优点在于，反应较为缓和。然而，L-TPC衍生化的反应产物不稳定，并不适用于对映异构体的定量检测[8]。

1.1.2 MTPA

使用MTPA制备苯丙胺和甲基苯丙胺的酰胺非对映异构体可实现这些对映异构体的分离。2017年，WEIß等[11]发表了新型苯丙胺衍生物的对映异构体的GC-MS和HPLC研究。对于GC-MS，他们使用MTPA或（1R）-（61）-薄荷醇氯甲酸酯[（1R）-（61）-menthylchloroformate prior]来进行衍生化；对于HPLC手性分离，使用LiChrospher 100 RP-18e柱和硫酸化的β-环糊精作为手性选择剂加入流动相中。两种方法均成功地完成了对映体的分离，但利用手性添加剂与HPLC结合的方法峰形和分离效果都较差。而MTPA衍生化法效果较好，在控制条件的前提下，可以实施对映异构体的分离，但对反应条件的要求较为苛刻[8]。

1.1.3 Marfey试剂

常用的衍生化试剂还有Marfey试剂。在1984年，Marfey发明了使用HPLC来分离氨基酸绝对构型的方法，自此引入手性试剂1-氟-2，4-二硝基苯基-5-L-丙氨酰胺（1-fluoro-2-4-dinitrophenyl-5-L-alanine amide，FDAA），并命名为Marfey试剂。L-TPC基本上是与GC-MS相结合使用，而Marfey法与L-TPC不同，大多与液相色谱法相结合。

2016年，SHU等[14]将衍生化法与液相色谱-串联质谱联用仪（liquid chromatography-tandem mass spectrometry，LC-MS/MS）相结合，来测定人毛发中的甲基苯丙胺对映体的构成。他们利用Marfey试剂来衍生化毛发中的甲基苯丙胺，同时采用C18Kinetex分析柱，成功实现了毛发中甲基苯丙胺对映异构体的分离鉴定与方法建立。此法可测定甲基苯丙胺对映异构体组合物，而不需要对每种对映异构体定量，因此非常适合进一步研究以前测定的甲基苯丙胺阳性病例，同时可以对长期药物暴露进行评估。此外，NEWMEYER等[13]和BORG等[12]都对唾液中的S-（+）-MAMP进行了研究，利用Marfey试剂对MAMP进行衍生化，并利用LC-MS/MS成功开发了口腔液中S-（+）-MAMP分析方法。

Marfey法的优点在于，成本和危险性都较低。与S-TPC法对比，对含有同样浓度MAMP的毛发，保证了方法的精密度（符合样品检测需求），且Marfey法的信噪比更高[14]。衍生化法在早期应用广泛，但某些手段由于研究年代较久，效果较现今的手段差，如CHINAKA等[15]利用毛细管电泳法进行分析，所有对映体的检出限高至0.1g/L，在此不再赘述。

1.2 手性固定相法

近年来，越来越多人利用手性固定相（chiral stationary phase，CSP）来分离对映异构体[5，16-21]。与衍生法相比，利用CSP分离对映体的优势在于样品的前处理过程更简单。CSP是利用对映体与手性色谱柱之间的立体作用差异而进行的，其中起关键作用的为CSP内在填料。虽然传统上使用间接法也能完成甲基苯丙胺的对映异构体分离，但通过CSP和LC-MS/MS来分离甲基苯丙胺对映异构体更可靠。利用CSP法的优点在于：样品处理简单，无须衍生化，同时对流动相的无特定要求。此外，分析过程更便捷，适合长期且大批量的手性研究。缺点是CSP的手性识别能力较专一，同一色谱柱分析的样品类型较为局限，通用性不大，且较为昂贵。

1.2.1 CSP

1.2.1.1 大环糖肽型CSP

WANG等[6]通过采用大环糖肽型色谱柱（ChirobioticTMV2色谱柱，填料为万古霉素）建立的LC-MS/MS法在15min内成功分离了人尿中苯丙胺与甲基苯丙胺的对映异构体。该方法线性为0.05～50.00mg/L，检出限（detection limit，LOD）为 0.02 mg/L，定量限（quantification limit，LOQ）为0.05 mg/L。该方法已成功用于分离法医案例中毒品初筛阳性的尿液样品中苯丙胺与甲基苯丙胺的对映体。

WANG等[6]研究结果表明，使用直接稀释法和ChirobioticTMV2色谱柱与LC-MS/MS组合是一种简单、快速、准确的方法，可以用于同时测定尿液中MAMP和苯丙胺对映异构体。同年，他们利用同样的方法对甲基苯丙胺晶体和片剂进行了对映体分离[20]。

另外，徐泽琼等[21]也利用同样的色谱柱，对水中苯丙胺类物质对映体的比例进行了分离检测，采用同位素内标法建立了废水中苯丙胺与甲基苯丙胺的对映体的分析方法，流动相使用的是V甲醇∶V冰醋酸∶V氨水=100∶0.1∶0.025，使苯丙胺与甲基苯丙胺对映体在16 min内达到较好的分离，样品处理采用固相萃取，该结果在0.5～300.0 mg/L范围内呈良好的线性，LOD均为0.5mg/L，方法回收率在85%～120%。

1.2.1.2 纤维素型CSP

CASTRIGNANÒ等[16]提出了一种新型的多残留选择性方法，利用CHIRALPAK®CBH高效液相手性色谱柱（日本Daicel公司），对废水中56种药物生物标记物进行了对映体分析研究，其中包含了苯丙胺及甲基苯丙胺前体物质。对比三个不同的手性分析柱，分别为CHIRALPAK®CBH column［纤维素型CSP，选择剂为纤维素-三（3，5-二氯苯基氨基甲酸酯）］、CHIROBIOTIC V柱（大环糖肽型CSP，选择剂为万古霉素）及CHIROBIOTIC T柱（大环糖肽型CSP，选择剂为替考拉宁）。利用离子交换，氢键和疏水相互作用的组合，CHIRALPAK®CBH手性液相色谱柱与CHIROBIOTIC V柱相比，在分离和解析苯丙胺类化合物方面选择性更好，而CHIROBIOTIC T柱可实现苯二氮蓝卓类药物的对映异构体分离。考虑到上述因素，最终因分离效果最佳，采用CBH柱进行分析。

此外，SEGAWA等[19]利用超临界流体色谱法（supercritical fluid chromatography，SFC）与对映体选择性纤维素填充柱成功分离了S/R-MAMP，使用CHIRALPAK IC-3/SFC和CHIRALCEL OJ-3/SFC（日本Daicel公司）进行研究。柱压、流速、柱温和共溶剂比例等参数对提高分离度起着关键作用，特别是碱性添加剂NH3的浓度极大地改变了分辨率，SFC中碱性添加剂的主要作用是减少溶质的基本官能团与固定相的硅烷醇基团之间不需要的相互作用。在手性固定相中，溶质和固定相之间的空间相互作用对理解保留机制起着关键作用。因此，推测过量的添加剂扰乱了空间相互作用并降低了对映体的拆分，可以通过控制流动相中的添加剂浓度来调节不同分子的对映体之间的选择性和分离度。

1.2.2 免疫膜柱

除了使用特有的手性色谱分析柱外，LUA等[18]自行研发了免疫膜柱（immunoaffinity chromatography，IAC），并与LC-MS相结合，同时从尿液样品中提取和分离MAMP的对映异构体。该团队自行制备IAC和分离MAMP对映异构体的方法[17]，先用HPLC分离MAMP，再利用免疫测定或GC-MS测定每个流出的组分，而IAC法则在此基础上进行了改进。

IAC对苯丙胺对映体中固定化抗体的依赖性取决于流动相的pH值。固定化的抗体可以结合中性pH值下的S-（+）-MAMP或R-（-）-MAMP，并分别在pH值为5.6和3.5下释放S-（+）-MAMP和R-（-）-MAMP。该研究方法具有以下特点：可以选择性地提取尿液样品中的MAMP，并通过IAC直接同时分离，而无需任何预衍生化、预萃取或任何预先提取，同时具有良好的精度和准确性。与LUA发表的方法相比，该方法可以一步完成分析物萃取、色谱分离和质量检测等功能。通过与免疫测定相比较，该法可以避免由于样品中存在R-（-）-MAMP而导致的假阳性结果。值得关注的是，该研究中使用的IAC在4年中已经运行超过1 000次，证明IAC具有良好的耐用性和可重用性。

2 MAMP的毒性作用

MAMP的两个对映异构体具有不同的药理和毒理作用，因此MAMP的分离鉴别才显得尤为重要。其中R-（-）（左旋）一般影响交感神经系统，几乎不影响中枢神经系统，主要作用于外周，收缩血管的作用，多用于医疗方面，一些临床药物含有或在体内可代谢成MAMP。如抗帕金森药司来吉兰[7]的主要成分为司来吉兰，其代谢产物有R-（-）-MAMP和R-（-）-苯丙胺。该构型的毒性研究较少，主要用于治疗方面的研究，在一定范围内的剂量可在临床上安全应用[22]，但高剂量R-（-）-MAMP产生的毒性效果类似于S-（+）-MAMP，不同点在于其兴奋性和成瘾性都较低且短暂[23]。

而S-（+）型（右旋）具有强烈的中枢神经系统刺激作用，毒性很强，具有成瘾性。其滥用对中枢神经系统的刺激作用主要表现为增强的警觉性，以及产生强烈的欣悦感。根据研究[23]，MAMP的外消旋体在成瘾性及兴奋性等方面与右旋相似，同时滥用者间流通的致瘾性较强的MAMP多为右旋构型或外消旋体，因此毒性研究都基于右旋或外消旋进行研究。

传统的MAMP毒性损伤机制，主要是由于MAMP介导的氧化应激作用在早期引起多巴胺转运体（dopamine transporter，DAT）的改变，促使细胞内的多巴胺（dopamine，DA）水平增加，同时降低DA能神经末梢和血清素（5-羟色胺）能神经末梢的抗氧化能力[24-26]。此外，多项研究[27-34]还表明，MAMP对心脏、免疫系统及其他器官也具有显著的毒性损害作用。

2.1 对神经系统的毒性作用

MAMP具有精神依赖性强、复吸率高和神经毒性大等特点，可以增强啮齿动物血脑屏障的渗透性[24]。长期大量使用可对神经系统产生明显的毒性作用，可影响小鼠大脑的结构和功能，高浓度MAMP可破坏包括皮层、海马区、下丘脑、小脑和纹状体的血脑屏障[35]。

MAMP可诱导神经细胞自噬[24]。体内实验[25，36-37]证明，MAMP中毒的大鼠脑多巴胺神经能细胞（N27细胞）内自噬泡结构增多并有大量自噬体的存在，随着MAMP的注射时间增加，自噬微管相关蛋白轻链3抗体Ⅱ（autophagy microtubule-associated protein light chain 3 antibodyⅡ，LC3-Ⅱ）和自噬基因Beclin 1（BECN1）的表达水平逐渐增高，并引起多巴胺神经元内大量自噬泡结构的形成，且自噬泡结构的形成具有时间依赖性。此外，MAMP可诱导神经母细胞瘤细胞（SK-N-SH）和肾上腺嗜铬细胞瘤细胞（PC12）细胞自噬和促进Beclin 1和LC3-Ⅱ的表达[38-40]。综上，MAMP可诱导神经细胞自噬，且高剂量MAMP诱导的自噬可引起机体发生自噬性细胞死亡从而加重MAMP神经毒性。

此外，蒋雷等[41]研究表明，急性暴露于MAMP会增加小鼠的刻板行为，同时降低小鼠的空间识别能力，原因为MAMP可多途径引起神经元损伤，激活MAPKs通路，使磷酸化水平增高。

2.2 对心血管系统的毒性作用

MAMP 可以显著影响心血管系统功能[28，30，33-34]，包括心血管内皮功能，同时具有心肌毒性。MAMP对心血管系统的损害主要表现在以下几点[28]。从临床表现上，MAMP所致的心脏损害主要为以血压和心率改变为特异性表现的一系列症状，同时心脏结构继发改变。从病理学上，MAMP中毒主要的损害为心肌纤维化、心肌坏死及心肌梗死等。从法医学上，MAMP的急性暴露致死主要原因为心律失常和室颤，慢性中毒所导致的死亡原因较为复杂，以心血管慢性疾病为主。除了单纯的MAMP毒性[32]之外，反常的交感神经兴奋也会加重MAMP对心肌的毒性作用[27]。李明等[30]指出，MAMP可抑制单胺氧化酶的活性，使多巴胺和去甲肾上腺素的代谢受到抑制，还可抑制细胞因子白细胞介素（interleukin，IL）-2和干扰素（interferon，INF）-g的表达，从而产生对心脏的一系列影响。

此外，张帆等[33]研究表明，血管内皮功能损害是引起心血管系统损害的重要机制之一，长期吸毒者血液中一氧化氮（NO）较健康对照组显著降低、血液中内皮素（endothelin，ET）-1较健康对照组显著增高。

2.3 对免疫系统的毒性作用

长期滥用MAMP可对身体多个系统造成损害，除了前文提及的神经系统以及心血管系统之外，免疫系统受损害较为突出。MAMP可改变机体屏障结构，如为免疫应答“第一道防线”的皮肤，吸食MAMP 2h后就可在汗液中检出，大量使用者皮肤出现“蚁走感”，临床上主要表现为溃疡，严重者出现化脓及蜂窝织炎。此外，MAMP影响神经细胞炎症反应，此反应机制与前文中神经毒性及氧化应激机制相同。除了对机体屏障及炎症细胞有影响，MAMP还对先天免疫及获得性免疫应答有抑制作用。由于MAMP呈弱碱性，通过碱化巨噬细胞中的酸性细胞器，抑制其吞噬作用及抗原提呈作用，继而使单核细胞（树突细胞）和巨噬细胞的杀菌能力下降。

在蒋富贵等[29]的研究中指出，长期吸食MAMP对机体免疫功能有着抑制作用。MAMP主要作用于各种淋巴细胞，同时对部分血细胞有着不同程度的抑制作用。该研究中，MAMP组T淋巴细胞亚群［分化群（cluster of differentiation，CD） 3+、CD4+、CD4+/CD8+］、B细胞、自然杀伤（natural killer，NK）细胞、免疫球蛋白G、免疫球蛋白M、补体C3、补体C4较正常对照组降低。此结果提示，MAMP对人体的免疫功能有明显的抑制作用。T淋巴细胞对细胞免疫的启动、淋巴细胞的活化起着至关重要的作用，MAMP的药物毒性代谢产物抑制了T细胞的活性和增殖能力，从而抑制免疫功能。这可能是长期使用MAMP更易于发生感染的原因之一。

3 展 望

近年来，随着S-（+）-MAMP的滥用，同时其对映异构体R-（-）-MAMP以及消旋体的增多，关于两种构型的分离技术以及损伤研究显得尤为重要。在分离手段方面，可见间接法历史较久，比较成熟，是大多数对映体分析的主流途径，并且在近几年内无论是在衍生试剂还是检材类型（不仅限于研究血液类检材，已逐渐开发对唾液及毛发等检材的研究方法）方面都有了新的突破。而直接法在近几年内也有了新的突破。该法的一大优势在于样品前处理部分，大量缩短了前处理的时间，精简了步骤，更有利于高效完成MAMP对映体的分离，使用LC-MS/MS法来进行分离，方法的精密度及回收率也较好。此外，在MAMP的毒性作用研究方面，也有了新的进展。研究结果[24]表明，MAMP的毒性作用已经不仅局限于传统的机制，在新兴机制领域的探索也越来越多，发现MAMP更多的急慢性毒性作用。由于人们对手性对映异构体的认识不断深化，对于甲基苯丙胺对映体的拆分方法将有更为成熟和高效的处理方法，同时对其两个构型的毒性作用机制以及差别研究能更深入地进行探索，并在法医毒物学及法医病理学方面提供更为可靠的技术支持。