芬太尼及其衍生物的代谢转化研究进展

李泽华，王 凯，2，徐 斌，庄笑梅，赵 瑾，郭 磊，谢剑炜

（军事科学院军事医学研究院1.毒物药物研究所，3.科研保障中心，北京 100850；2.联勤保障部队三亚康复疗养中心，海南 三亚 572000）

1960年，比利时科学家保罗·杨森（Paul Janseen）以N-苄基-4-哌啶酮为起始原料首次全合成了芬太尼，一类全新结构的强效阿片受体激动剂从此产生。芬太尼选择性作用于μ阿片受体，镇痛效果为吗啡的50～100倍，且起效较快，被用作麻醉性镇痛药，用于全身和局部的麻醉以及持续性中重度慢性疼痛的治疗。之后陆续合成了系列芬太尼类衍生物，按用途可大致分为药用和非药用芬太尼类衍生物两大类。

药用芬太尼类衍生物共5种，包括已注册用于人体的芬太尼、瑞芬太尼、舒芬太尼、阿芬太尼和用于大型动物的卡芬太尼。镇痛活性按半数有效剂量（ED50，mg·kg-1排序为瑞芬太尼（0.0044）≈芬太尼（0.0041）＜舒芬太尼（0.00071）＜卡芬太尼（0.00041［1］）。瑞芬太尼在麻醉中被广泛用作诱导剂和维持剂，在重症监护室用于术后疼痛管理和镇痛。卡芬太尼镇痛作用已达吗啡的10000倍。通常认为，芬太尼类衍生物结构上哌啶环的扩张或收缩均会显著降低其镇痛活性［2］，哌啶环上特定取代基的顺反构型亦会对镇痛活性造成影响。

芬太尼类衍生物可激动μ阿片受体，在镇痛同时让人产生轻松愉悦的感觉，相比海洛因等毒品作用时间短、成瘾性弱、原料易得、价格低廉，因此贩毒人员将非法“设计”合成的芬太尼类衍生物掺杂在海洛因或可卡因等毒品中谋取更多利润［3］。但是芬太尼类衍生物致死剂量较低，摄入极少量即可对人体造成伤害乃至危及生命，如20 μg卡芬太尼即可致使一名成年人死亡。20世纪80年代出现了3-甲基芬太尼、α-甲基芬太尼、β-羟基芬太尼等滥用的报道，但仅为个例。2010年后，新型芬太尼类衍生物在美国、欧洲等滥用现象愈演愈烈。2017年，美国芬太尼类衍生物滥用致2.9万人死亡，超越海洛因成为过量致死案例最多的非法药物，美国于当年即宣布进入公共卫生“紧急状态”，并成立了对抗阿片药物危机的“总统委员会”。

不法分子为逃避法律监管不断合成新型芬太尼类衍生物（又称设计型芬太尼designer fentanyls，芬太尼同系物fentalogs），目前已有1400余种非药用芬太尼类衍生物被报道。2018年2月，美国缉毒局将不受《联邦列管物质法案》管制的所有芬太尼类衍生物列入表1，开始进行整类管控。在我国，从2013年版的《麻醉药品和精神药品目录》到2018年版的《非药用类麻醉药品和精神药品管制品种增补目录》，已将25种芬太尼类衍生物及2种前体在内的170种新精神活性物质列入管控范围。鉴于愈演愈烈的美国阿片危机及其滥用趋势，2019年5月1日起，我国将芬太尼类物质全部列入《非药用类麻醉药品和精神药品管制品种增补目录》，进行整类列管。2020年3月，联合国麻醉药品委员会第63届会议决定在《麻醉品单一公约》附表一中增加巴豆酰芬太尼和戊酰芬太尼，并于2020年5月7日生效。

芬太尼类衍生物效价高、致死剂量低，在体内广泛代谢，仅有极少量原型通过尿液排出，体外检测需要极高灵敏度。Shanks等［4］在262名死亡者血液样本中鉴定出卡芬太尼，血液浓度范围为10.2～2000 ng·L-1，平均浓度193 ng·L-1，因此建议任何用于检测人类全血样本中卡芬太尼的分析方法都应足够灵敏，最好使用10～50 ng·L-1的定量下限。但并未在任何尿液样本中检测到卡芬太尼原型。

在分析急性中毒病例或死亡病例的生物样本时，代谢产物对于确认此类化合物的摄取至关重要。临床及法医分析中的检测鉴定更需广泛涵盖芬太尼类衍生物的代谢产物，从而延长在生物医学基质（血液、尿液、毛发、唾液和组织等）中的检测窗口，提高筛查检测效率。与此同时，新型芬太尼衍生物层出不穷、代谢广泛、主要代谢物相同或相似，为临床、法医及监管的相关检测鉴定工作提出了严峻挑战。

因此，迫切需要全面了解芬太尼类衍生物的代谢途径和代谢产物的结构特点，以期达到合理推测新型芬太尼衍生物代谢转化规律，以及针对不同时期、不同类型生物医学样品进行准确筛查鉴定的目的。本文针对已报道的芬太尼类衍生物的代谢行为，从代谢模型、代谢途径和代谢产物特征等方面进行总结评述。

1 芬太尼类衍生物概述

芬太尼类衍生物是一类4-苯胺哌啶衍生物，典型的芬太尼类结构均含4个可修饰单元，分别为N-烷基部分（R1）、哌啶环（R2）、酰胺基团（R3）和苯胺基团（R4）。新型芬太尼类衍生物多集中于其R3、R4部分的结构改造。中毒样本检测是临床毒理学中一个重要问题，但对于新型芬太尼类衍生物的代谢研究仍然明显不足。表1列出目前已报道涉及代谢产物研究的药用和非药用芬太尼类衍生物种类及结构修饰情况，需要说明的是，仅占已报道的1400余种芬太尼类衍生物的约1/50。芬太尼类衍生物均在体内代谢生成多种Ⅰ相和Ⅱ相代谢产物，除瑞芬太尼外，主要在细胞色素P450酶（cytochrome P450，CYP450）的作用下代谢，代谢酶表型为CYP3A4，2D6，2C19和3A5等［5］。

表1 芬太尼类衍生物的结构

公认的代谢产物之一为无活性的哌啶环N原子脱烷基化代谢产物，通常以“诺”冠于产物名称词首，如诺芬太尼和诺卡芬太尼等，简称“诺-代谢物（nor-metabolite）”［6］。目前在分析生物样本中的代谢产物时，一般考虑将诺芬太尼作为首要定性定量指标。但由于芬太尼类衍生物具有很强的结构相似性，某些情况下，它们可具有相同的代谢产物，如芬太尼和α-甲基芬太尼均代谢产生诺芬太尼；卡芬太尼和瑞芬太尼均代谢产生诺卡芬太尼［7］；阿芬太尼和舒芬太尼均代谢产生诺阿芬太尼等。因此，不能仅通过对单一诺-代谢物的检测鉴定来确定某一种芬太尼。

2 体内外代谢体系

新型芬太尼类衍生物的毒物代谢特征包括毒物代谢物谱、代谢分布及动力学等，对于中毒诊断救治非常重要。目前常使用大鼠、小鼠、家兔和比格犬作为模型动物进行毒物代谢研究，体外模型主要用于评估与人体内Ⅰ相和Ⅱ相代谢的相关性。常用的体外代谢模型包括人肝微粒体（human liver microsomes，HLM）、人肝S9、人原代肝细胞（human primary hepatocytes,h-PRM-HEP）和人肝细胞系HepaRG、诱导人干细胞源性肝细胞（human iPS cell-derived hepatocytes，h-iPS-HEP）和人源化小鼠肝细胞（hepatocytes isolated from a liverhumanized mouse，PXB）等。HLM虽通常适用于预测各种Ⅰ相代谢物，但其代谢产物丰度并不一定能反映体内真实情况。另外亦有小肠微粒体代谢芬太尼的报道。人滥用中毒病例可提供部分代谢转化信息，但需详细梳理健康状况、合用药物及肝和胃肠道的代谢酶基因多态性所带来的影响。表2总结了目前已报道的芬太尼类衍生物的体内外代谢体系情况［6，8-25］。结合体内外代谢体系，如人肝细胞系及中毒病例全面获得代谢物谱，是一种较为科学合理的方式。

表2 芬太尼类衍生物的体内外代谢体系研究现状

3 代谢途径及代谢产物特征

芬太尼类衍生物摄入人体后，主要通过CYP酶进行代谢转化。主要的CYP亚型为CYP3A4和CYP2D6，代谢途径为N-脱烷基化、羟基化。其他Ⅰ相代谢途径还包括，通过酰胺水解生成去酰胺基代谢产物、N原子氧化生成N-氧化物以及R3酰胺末端烷基氧化生成羧酸产物等。个别芬太尼类衍生物还可在其特异取代基处发生酯基的水解反应、甲氧基的O-脱甲基化、呋喃基的环氧水合作用等。芬太尼类衍生物的Ⅱ相代谢研究尚待深入，目前仅报道了甲基化、葡萄糖醛酸化和硫酸化等。大多数代谢产物用液相色谱-串联质谱（包括高分辨串联质谱）分离鉴定［26］。以芬太尼为例，目前已基本明确的代谢产物及转化途径见图1。本文总结了已发现的芬太尼类衍生物的体内外代谢转化途径和代谢产物等，其类型以热图形式列于图2，图中数字仅代表代谢产物的种类个数，与代谢产物的相对丰度无关。

图1 芬太尼的代谢转化途径［5，8-9，19-20，27-28］.不同的代谢转化途径以不同颜色标示：N-脱烷基（蓝色）、羟基化（红色）、酰胺水解（绿色）、N原子氧化（粉色）、羧酸化（紫色）和葡萄糖醛酸化（橙色）.

图2 芬太尼类衍生物的代谢产物类型.

总体而言，药用芬太尼类衍生物的主要代谢产物为N-脱烷基化、羟基化产物及可能的Ⅱ相结合产物；R3酰胺基团改变后的芬太尼类衍生物，主要代谢产物中N-脱烷基化产物丰度下降，羟基化产物丰度上升，还可能产生高丰度的完全去酰胺化代谢产物（如呋喃芬太尼代谢产生的4-苯胺基-N-苯乙基哌啶，4-anilino-N-phenethyl-piperidine，4-ANPP）及其进一步的硫酸化产物、以及高丰度的R3酰胺基团的羧酸化代谢产物等（如羧酸化丁酰芬太尼）。

3.1 N-脱烷基

1968年，Wijingaarden等［27］以雄性Wistar大鼠为模型，首次对芬太尼进行了体内代谢研究，揭示出N-脱烷基作用这一主要代谢途径，即在哌啶处脱去整个R1基团。诺芬太尼是含量最丰富的代谢产物，Feierman等［8］明确指出，芬太尼主要经CYP3A4酶作用后产生N-脱（苯乙基）的诺芬太尼，诺芬太尼在 HLM 中的 Km和 Vmax值分别为 117 μmol·L-1和3.86 min-1。Schneider等［28］采用豚鼠回肠纵肌电刺激实验，测得诺芬太尼不具有阿片活性。Goromaru等［29］给患者持续输注芬太尼（2.1～3.0 mg·kg-1）24 h后，患者尿液中诺芬太尼的排泄量占芬太尼初始给药剂量的8%～25%。Kanamori等［19-20］将芬太尼分别与h-PRM-HEP，h-iPS-HEP和PXB细胞孵育，诺芬太尼分别为初始剂量的3.3%～14.5%，13.8%和60%。

与芬太尼相似，诺乙酰芬太尼也是乙酰芬太尼最主要的代谢产物［30］。经11 d培养的PXB细胞与乙酰芬太尼孵育48 h后，产生的诺乙酰芬太尼约占初始乙酰芬太尼含量的35%［20］。Labroo等［9］将芬太尼与人十二指肠微粒体孵育后得到的主要代谢产物也为诺芬太尼，但平均代谢率约为肝代谢的一半。

N-脱烷基作用虽是芬太尼类衍生物主要的代谢转化途径，诺-代谢物也常被用作分析生物样本中芬太尼类代谢产物时的首要定性定量指标，但N-脱烷基代谢在瑞芬太尼［22］和呋喃芬太尼［23］等芬太尼衍生物中只占较低比例。在瑞芬太尼中占比较低的原因是瑞芬太尼自身主要经酯酶水解；在后者中占比较低的原因则与R3和R4基团的修饰改变了生物转化反应活性直接相关。2017年，Goggin等［23］发现，吸毒人员的51例呋喃芬太尼阳性尿样中，仅在4例尿液中检测到诺呋喃芬太尼且浓度极低；42例尿液中均发现高丰度代谢产物酰胺水解产物4-ANPP及其硫酸盐结合物，提示芬太尼类衍生物的代谢转化并不总是与N-脱烷基化反应有关，当芬太尼类衍生物的酰胺部分中的烷基基团被呋喃基取代时，会使代谢更易向酰胺基团水解的方向进行。

3.2 羟基化

芬太尼类衍生物经由CYP酶发生羟基化，是其另一主要代谢途径。目前已在多种新型芬太尼类衍生物的体内外代谢体系中发现了多种类型高丰度羟基化代谢产物。羟基化在芬太尼结构中的4个部分均可发生，其中最易发生在R1上的苯环及N-烷基链部位，最不易发生在苯胺基团（R4）部位。按羟基化位点个数可分为单羟基、双羟基和三羟基代谢产物，三羟基代谢产物仅见于芬太尼［28］和呋喃芬太尼［6］。某些羟基化的具体位点至今仍未清楚阐释。

单羟基产物最为常见且含量较高，如4′-羟基芬太尼。4′-羟基芬太尼（0.2%～2.4%）和β-羟基芬太尼（0.9%～3.5%）是h-iPS-HEP，h-PRM-HEP和PXB细胞中生成的仅次于诺芬太尼的代谢产物［19-20］。这与患者尿液中4′-羟基芬太尼的排泄量占芬太尼初始剂量的3%～6%，含量为次高的研究结果相吻合［29］。CYP2D6等参与了4′-羟基芬太尼的产生，CYP3A4参与了β-羟基芬太尼、（ω-1）-羟基芬太尼和诺芬太尼的产生［20］。另外，在芬太尼中毒人员的尿样中还检测到了诺芬太尼的羟基化产物［31］。

2018年，Kanamori等［20］首次确认了4′-羟基乙酰芬太尼和β-羟基乙酰芬太尼也是乙酰芬太尼在h-iPS-HEP、h-PRM-HEP和PXB细胞中生成的仅次于诺乙酰芬太尼的代谢产物，分别为初始乙酰芬太尼剂量的2.7%～10.1%和0.5%～8.5%。经11 d培养的PXB细胞与乙酰芬太尼孵育48 h后，产生的4′-羟基乙酰芬太尼和β-羟基乙酰芬太尼约占初始乙酰芬太尼含量的9%和13%。与芬太尼相比，乙酰芬太尼仅是在R3基团上由丙酰基改为了乙酰基，包括4′-羟基、β-羟基在内的羟基化产物就显著增加。

通过β-葡萄糖醛酸酶、芳基硫酸酯酶水解前后相关代谢产物的含量变化，揭示出部分羟基化的芬太尼类代谢物是以葡萄糖醛酸化、或硫酸酯化的结合形式存在的［6，20］。如芬太尼和乙酰芬太尼的 4′-羟基-代谢物和 4′-羟基-3′-甲氧基-代谢产物在PXB细胞中多数是以葡萄糖醛酸或硫酸结合物的形式存在；但β-羟基芬太尼、ω-羟基芬太尼和（ω-1）-羟基芬太尼则仅有一少部分与葡萄糖醛酸结合［20］。

另外存在取代基环氧化水解后生成的二氢二醇类的羟基化产物。2017年，Watanabe等［6］在混合人肝细胞体外实验中，发现二氢二醇呋喃芬太尼是仅次于4-ANPP的第二大代谢物，经环氧化作用和水解作用生成。此外，在51份来自呋喃芬太尼使用者的尿样中，44份样本的二氢二醇呋喃芬太尼浓度与呋喃芬太尼相似［23］。Labutin等［13］还在1名呋喃芬太尼使用者的尿样中检测到了2种羟化的二氢二醇呋喃芬太尼。Krotulski等［14］将四氢呋喃芬太尼与HLM孵育，确定了1种四氢呋喃氧化后开环水解形成的新型代谢产物，该产物亦在体内代谢中的血液和尿液样本中发现。

一项评估几种芬太尼代谢物阿片类活性的早期研究发现，尽管大多数代谢物被认为是非活性的，但4′-羟基芬太尼和其他羟基化代谢物可能具有生物活性。其中4′-羟基芬太尼活性位于吗啡和哌替啶之间（ED50=1.4 mg·kg-1，大鼠断尾实验）［28］。具有活性的β-羟基芬太尼是芬太尼的主要代谢产物之一［20］。卡芬太尼在体外人肝细胞代谢体系中丰度最高的产物则为哌啶环（R2）基团上的单羟基化产物。该产物和另一R1基团上羟基化代谢物被认为具有进一步评估其活性的价值［32］。

3.3 酰胺水解

鉴于结构上的强烈相似性，许多新型芬太尼类衍生物会经酰胺基团水解形成完全相同的代谢物，如4-ANPP便可由芬太尼［31］、乙酰芬太尼、丙烯酰芬太尼［6］、丁酰芬太尼［12］和呋喃芬太尼［23］等代谢形成。应注意到的是，酰胺基团（R3）经较大空间位阻基团修饰后，酰胺水解这一代谢转化过程占比增加。

另一方面，4-ANPP亦是在芬太尼类衍生物合成过程中的前体化合物，通常与原型化合物一起存在于样品中。因此，检测到4-ANPP时，需仔细甄别其来源，虽可提供有关中毒方式的额外信息，但对于具体判别某种芬太尼类衍生物的存在或摄取时，并不具有绝对的鉴定诊断意义。

3.4 N原子氧化

N原子氧化主要发生于哌啶环（R2的N原子），另外酰胺基团（R3的N原子）亦可发生氧化［18，32］。一般认为在强氧化条件下利于N原子氧化物的形成，多在体外代谢实验中发现且含量更高，如Feasel等［32］鉴定了人肝细胞中卡芬太尼的N-氧化物等。已有在大鼠尿液中发现异芬太尼的N-氧化物的报道［25］。

3.5 酯水解

酯基在酯酶的作用下水解生成相应羧酸的反应普遍存在于酯基取代的芬太尼类衍生物中，如瑞芬太尼和卡芬太尼。瑞芬太尼是唯一一种被发现在血液和组织中95%由非CYP酶代谢的芬太尼类衍生物，由芬太尼的苯乙基替换为酯基而得到，该位点的酯基更易被非特异性组织和血浆酯酶快速水解。瑞芬太尼具有较短的作用时间（3～10 min），主要代谢产物为瑞芬太尼酸，其主要通过肾清除，在人体内的消除半衰期为 88～137 min［22，33］。瑞芬太尼酸仍具有一定活性，但效力约为瑞芬太尼的 1/4000，阿芬太尼的1/8［34］。

较之瑞芬太尼，卡芬太尼的酯基部分具有更大的空间位阻，酯基水解并不是卡芬太尼最主要的代谢途径。2016年，Feasel等［32］研究表明，卡芬太尼的主要代谢途径仍为N-脱烷基化和羟基化（酰胺基团、哌啶环），但在此之后仍可继续发生酯基水解反应。

3.6 羧酸化

当芬太尼类衍生物的R3基团为烷基酰胺时，烷基侧链经羟基化后可进一步氧化生成羧酸化代谢产物。例如，Andrea等［12］发现丁酰芬太尼经HLM孵育后的主要代谢产物为诺-、ω-羟基-、和苯乙基羟基化的丁酰芬太尼。然而与体外代谢转化不同的是，丁酰芬太尼滥用者血液中的主要代谢产物为羧酸化丁酰芬太尼，即丁酰基团羟基化后再羧酸化；尿液中的主要代谢产物为羧酸化-、ω-羟基-、苯乙基羟基化的丁酰芬太尼；且与此同时血液和尿液中诺丁酰芬太尼的含量均较低。另外，芬太尼的同分异构体异芬太尼（R1基团为苯甲基；R2基团为3-甲基哌啶），其R3基团上仍为丙酰基，此时其代谢物谱里也增加了羧酸化的异芬太尼［25］；类似情况还包括3-甲基芬太尼等［25］。提示R3基团为烷基酰胺时，也许羧酸化是一种普遍的代谢物类型。此点还有待在芬太尼类衍生物的代谢物谱中进一步证实。

3.7 甲基化

甲基化是药物代谢转化的常见Ⅱ相反应类型之一，分为O-甲基化、S-甲基化、N-甲基化等。其中催化O-甲基化反应的酶为邻苯二酚-O-甲基转移酶（catechol-O-methyltransferase，COMT），要求底物必须有儿茶酚（邻苯二酚）结构。当芬太尼类衍生物经双羟基化作用形成邻苯二酚结构时，便可在COMT作用下生成O-甲基化产物，通常发生在R1苯乙基及R4苯胺基团上，其中R1基团更为常见［12］。Kanamori等［19］在h-PRM-HEP细胞体外代谢体系中，检测到代谢产物4′-羟基-3′-甲氧基芬太尼、以及经中间代谢产物3′，4′-二羟基乙酰芬太尼甲基化形成的4′-羟基-3′-甲氧基乙酰芬太尼。2020年的一份关于人肝细胞和中毒人员尿液的代谢谱研究表明，R4基团上为邻、间和对位氟代苯基时，其R1基团乙基上的单羟基代谢产物和苯环上的羟基+羟甲基代谢产物，特征性强，丰度较高［18］。

3.8 葡萄糖醛酸化

葡萄糖醛酸化是最常见的Ⅱ相结合反应，通常含量较高、底物广泛。Steuer等［12］共报道了36种丁酰芬太尼的代谢产物，其中13种Ⅱ相代谢产物中的8种为葡萄糖醛酸结合产物。在芬太尼类衍生物中，葡萄糖醛酸通常与单羟基化［25］、二羟基化［12］、O-脱甲基［35］产物以及含有甲氧基的代谢产物［6］共同作用生成葡萄糖醛酸结合产物。另外，葡萄糖醛酸化反应更倾向于发生在R1部分，特别是苯乙基的苯环上。Kanamori等［20］用β-葡萄糖醛酸酶或芳基硫酸酶水解PXB细胞培养基，并测定芬太尼代谢物的含量与未经水解处理的对照组后发现，4′-羟基芬太尼、4′-羟基-乙酰芬太尼、4′-羟基-3′-甲氧基芬太尼和4′-羟基-3′-甲氧基-乙酰芬太尼大部分是与葡萄糖醛酸或硫酸结合的形式存在的，β-羟基芬太尼、ω-羟基芬太尼和（ω-1）-羟基芬太尼只有很少一部分与葡萄糖醛酸结合。提示芬太尼的葡萄糖醛酸结合代谢产物可能是良好的候选暴露生物标志物。

3.9 硫酸化

硫酸化结合反应的特点是低容量和高亲和性，一般认为，酚类化合物等作为底物时在低浓度时以硫酸化为主，高浓度时以葡萄糖醛酸结合为主。硫酸化通常使底物失活，但也可能导致活化。目前，硫酸化结合产物仅在乙酰芬太尼和呋喃芬太尼中被发现，由原型化合物经羟基化或酰胺水解与硫酸化共同作用生成［6，23］。虽然 Richeval等［13］在 HLM和HepaRG细胞孵育体系中未检测到呋喃芬太尼的硫酸化产物，但Goggin等［23］采用非靶向高分辨质谱技术分析吸毒人员的51例尿液阳性样本时，主要代谢产物仍然确认为硫酸化ANPP（均值90 μg·L-1）、二氢二醇代谢物（均值 50 μg·L-1）、4-ANPP（均值 39.6 μg·L-1），均高于原型化合物—呋喃芬太尼（均值33.8 μg·L-1）。提示体内外代谢体系存在一定差异。

3.10 其他代谢类型

除上述代谢反应类型外，芬太尼类衍生物还可发生O-去甲基等代谢反应。如舒芬太尼代谢产生少量O-去甲基产物，其效价约为舒芬太尼的10%［5］。2018年，针对奥芬太尼，Allibe等［15］检测到的4种体外代谢物分别为羟基化、O-去甲基、羟基化与O-去甲基共同作用以及O-去甲基与葡萄糖醛酸化共同作用的产物，但其主要代谢产物为O-去甲基芬太尼。

4 中毒样本中的代谢产物检测

近年来，滥用致死的芬太尼类衍生物主要包括乙酰芬太尼、丁酰芬太尼、卡芬太尼、呋喃芬太尼、4-甲氧丁酰芬太尼、4-氟丁酰芬太尼和奥芬太尼等［26］。表3总结了中毒样本的各种生物检材中芬太尼类衍生物的含量［4，15，21，36-61］。目前的中毒检测仍以原型为主，受摄入方式、耐受程度、药物相互作用、生物医学样本类型、死后再分布等因素影响，原型化合物的浓度范围差异较显著。Dwyer等［36］对于41例乙酰芬太尼过量死亡案例的测定表明，血液中乙酰芬太尼的浓度范围为0.13～2100 μg·L-1，平均值为169.3 μg·L-1；Staeheli等［21］报道了一例丁酰芬太尼中毒患者死亡后9 h不同生物样本中的丁酰芬太尼含量，范围涵盖2个数量级。羧酸化及羟基化丁酰芬太尼是其最高丰度的代谢物。

表3 中毒样本的各种生物检材中芬太尼类衍生物的含量

另外，中毒样本检测中的相关代谢产物筛查可有效延长检测的时间窗口，并可佐证机体的摄入与滥用。因此，毒物的代谢产物是良好的候选暴露生物标记物。关于新型芬太尼类衍生物的法医毒物检测正在成为临床毒理学和法医毒理学领域中的热点，初步揭示新型芬太尼衍生物的代谢谱出现了新特征。提示需要针对不同的芬太尼衍生物类型，结合丰度和特征结构，有针对性选择不同代谢产物为暴露生物标记物。如Watanabe等［6］针对4种新型芬太尼类衍生物中毒事例，提出以下高丰度的特异性代谢产物可作为尿样中的暴露生物标记物：乙酰芬太尼的羟基甲氧基代谢物和单羟基代谢物；丙烯酰芬太尼的单羟基代谢物和双羟基代谢物；4-氟异丁基芬太尼的两种单羟基代谢物和一种羟基甲氧基代谢物；以及呋喃芬太尼的4-ANPP和二氢二醇代谢物。N-脱烷基化代谢物虽丰度较高，但损失了部分骨架信息（即丢失整个R1基团），不是理想的暴露生物标志物。

我们认为，多种新型芬太尼衍生物的Ⅱ相代谢产物亦可能是更好的暴露生物标志物。如乙酰芬太尼中毒人员尿液样本中筛查发现的32个代谢产物中的10个都是Ⅱ相结合物，高丰度的Ⅰ相代谢物如羟基甲氧基代谢物和单羟基代谢物均可形成其葡萄糖醛酸化和硫酸化的Ⅱ相代谢产物［6］。

5 结语

芬太尼类衍生物效价较高、致死量低、滥用致死案例逐年攀升，对公众健康和国家安全构成严重威胁。其新结构不断涌现、代谢产物众多、体内中毒分布广泛等为临床救治、法医鉴定及政府管控等带来了严峻挑战。但目前相对于药用芬太尼，新型芬太尼类衍生物的代谢研究刚开始起步，筛查鉴定及定量检测时多局限于选择原型、N-脱烷基化产物及4-ANPP等，仍未形成对各类芬太尼类衍生物的代谢途径及产物特征的全面、科学认识。考虑到单一代谢产物不能准确追溯至原型，骨架上设计型修饰对代谢物谱改变明显，个体代谢酶表型差异、代谢相互作用等均可能改变化合物的代谢谱图等，我们提出，亟需在合理的体外模型指导下，对体内代谢数据进行验证，从而确认相关血液和尿液代谢产物。进一步开展建立代谢产物理论库、结合多种特征结构筛查得到新型、特征性强、溯源性强的暴露或效应标志物、完整阐述体内外时-量-效关系等研究工作，对新型芬太尼类衍生物的准确筛查鉴定、体内中毒溯源、生物标志物谱描述等具有重要价值。