生物基質中芬太尼類物質分析方法研究進展

秦 楠，向 平，施 妍

（1.司法鑒定科學研究院 上海法醫學重點實驗室 上海市司法鑒定專業技術服務平臺，上海 200063；2.廣東藥科大學藥學院，廣東 廣州 510006）

芬太尼（fentanyl）是一種合成阿片類藥物，于1960 年由比利時科學家Paul Janseen 首次合成，作為鎮痛藥出售，其鎮痛效果為嗎啡的80 倍。 芬太尼在1972 年被美國食品藥品監督管理局（Food and Drug Administration，FDA）批準為靜脈麻醉劑[1]。 由于其強大的鎮痛效果，芬太尼類物質被廣泛使用，芬太尼非藥用以及芬太尼濫用的現象也隨之出現。芬太尼濫用首次報道是在20 世紀80 年代并持續到21 世紀初[2-9]。 在2010 年，將芬太尼類物質摻雜在海洛因或可卡因中的現象嚴重[10-13]，這對各國社會公共衛生安全造成了嚴重威脅。 據估計，2012 年至2014 年間美國約7 100 例與海洛因相關的死亡中，有41%涉及芬太尼[14]。 2015 年，美國疾病控制中心（CDC）報告了33 091 例阿片類死亡，其中近10 000例是由于美沙酮以外的合成類阿片（包括芬太尼及相關藥物）造成的，比2014 年增加了72%[15]。 而在我國芬太尼的生產和走私也呈上升趨勢，2016 年發現的芬太尼類物質有66 份，但在2012 年至2015年期間總計僅發現芬太尼類物質6 份[16]。

芬太尼類物質藥效較強，攝入極少量即可對人體造成傷害乃至危及生命。 由于個體耐受和給藥途徑不同，給藥劑量差異也較大。 靜脈給藥、吸入給藥和鼻腔給藥吸收較快，而口服或肌內給藥的吸收則較慢。 如卡芬太尼的劑量約為幾微克，芬太尼的劑量約為1 mg，而較低效的阿片類藥物的劑量則為10 mg 左右。

由于芬太尼類物質濫用情況嚴重且藥效強，致死率高，因此對該類藥物的檢測越來越受到分析工作者的重視。 本文就芬太尼類物質代謝、前處理方法和分析方法等進行綜述。

1 芬太尼類物質的結構

芬太尼分子由三個主要部分組成：苯基烷基部分，哌啶基環和丙基烷基酰胺部分。 許多芬太尼類似物是通過對芬太尼的丙基烷基酰胺部分進行修飾，改變哌啶基上的鏈長或由苯基烷基部分上的芳族取代基取代而產生的。芬太尼pKa 為8.4，其他芬太尼類似物的pKa 如下：阿芬太尼6.5，瑞芬太尼7.1和舒芬太尼8.0。 芬太尼及其類似物的理化性質對于指導其樣品處理有著重要意義。

2 芬太尼類物質的代謝

芬太尼類物質在肝臟內進行代謝。 芬太尼主要經由P450 3A4 代謝為無活性的去甲芬太尼， 其代謝途徑是哌啶環上N-脫烷基化[17]，而少量芬太尼被代謝為無活性的羥基芬太尼和羥基去甲芬太尼[18]，后兩者進一步轉化為結合物[19]。 由于芬太尼及其類似物結構相似，所以大多數類似物的代謝途徑與芬太尼相似。 MAYER 等[20]驗證了3-甲基芬太尼在大鼠及重組人類同工酶中經N-脫烷基化代謝為3-甲基去甲基芬太尼，隨后其烷基、芳基以及丙酰胺側鏈均經羥基化代謝為羥基化產物。 此外MELENT等[21]證明了乙酰芬太尼在人體內主要經羥基化（苯基部分）代謝為羥乙酰芬太尼，少量經N-脫烷基化稱為去甲基乙酰芬太尼。

但是值得注意的一點是，由于其相似的結構以及代謝途徑，使得許多芬太尼類物質可能有共同的代謝產物。 如芬太尼、α-甲基芬太尼和β 羥基硫代芬太尼有共同的代謝產物去甲芬太尼[22-23]，這就使得我們對鑒定結果的解釋更為復雜。

3 死亡案例

已有許多文獻報道了與芬太尼類物質濫用有關的案例，與大多數藥物引起的死亡一樣，在芬太尼類物質致死的案例中也常有與其他藥物混用的現象。 表1 總結了由芬太尼類物質引起的中毒死亡案例數據。

表1 芬太尼及其類似物中毒死亡案例

續表1

4 樣品處理

檢材是案件的重要證據，法醫毒物實驗室常見的生物檢材有血液、尿液、毛發、汗液和尸體檢材等。 生物檢材的處理關系到分析的準確性和結果的科學性，對于結果的判斷至關重要。

4.1 血液

血液是芬太尼類物質定量分析的最常用的生物檢材。 許多因素會影響血液中芬太尼類物質的濃度，包括耐受性、死后再分布以及受體激活等。 在血液中，未結合的芬太尼為34%（范圍17%～45%）[24]，單次靜脈內給藥后，母體藥物的峰濃度分別為去甲芬太尼37 倍和去丙?；姨?56 倍[25]；然而，如果長期使用，去甲芬太尼可能會累積，母體與代謝物的比值可能接近1.5[26]。

4.1.1 液液萃取

由于芬太尼多為脂溶性藥物，而大多數內源性雜質是強極性的水溶性物質，因此用有機溶劑提取一次即可除去大部分雜質，是目前最常用的樣品處理方法之一。

MCINTYRE 等[27]用液液萃取的方法提取血液中的丁?；姨?。 取1 mL 樣品與2 mL 去離子水混勻，加入1 mL 濃氫氧化銨使樣品呈堿性，渦旋混勻，加入1-氯丁烷1 mL，混勻，以2 400×g 離心5 min，加入硫酸鈉200 mg 以抑制乳化現象，離心，移取有機層至另一玻璃管內，加入1 mol/L 鹽酸2 mL，混勻10 min，棄去有機層，水層用1mL 濃氫氧化鈉堿化，然后移取有機層。 COOREMAN 等[28]用液液萃取的方法對血液及尿液中的芬太尼、去甲芬太尼、舒芬太尼、瑞芬太尼和阿芬太尼進行提取。取血漿或尿液500μL，加入內標50 μL，碳酸鉀溶液（pH=12.3）500 μL，渦旋混勻，加入7mL 正己烷和乙酸乙酯（7∶3，V/V），混勻，以1 619×g 離心5 min，取上層有機相40 ℃氮氣流下吹干，殘渣用300 μL 流動相復溶，取25 μL 進樣。

4.1.2 蛋白沉淀法

蛋白沉淀是基于蛋白質變性的原理進行樣品前處理。 該方法操作簡便，但是不能完全去除基質中的鹽和磷脂類雜質，這些雜質的存在會產生離子增強或離子抑制作用，干擾測定方法的穩定性。

CAROLINA 等[29]采用沉淀蛋白法對全血進行處理。 取全血0.1g 置96 孔板中，加乙腈700μL，渦旋離心，取上清液于35 ℃下氮氣流吹干，殘渣用100 μL流動相水∶甲醇∶甲酸（74 ∶25 ∶1，V/V/V）復溶，渦旋，離心，上清液置于96 孔板進樣。 CAROLINA 等用該方法篩選了全血中50 種4-苯胺基哌啶芬太尼類似物。

4.1.3 固相萃取

固相萃取是用應用液相色譜法原理處理樣品，該方法與液液萃取相比，大大地縮短了樣品制備時間，所需樣品量少，避免了乳化現象，而且方便與自動化操作，是生物樣品處理中具有發展優勢的技術之一。

AMANDA 等[30]用固相萃取的方法提取了全血中新型合成阿片類物質U-47700、U-50488 和呋喃芬太尼，從而對其進行定量。取全血500 μL，加內標50 μL，磷酸鹽緩沖溶液2 mL，混勻，離心5 min。 固相萃取柱依次用3 mL 甲醇，3 mL 去離子水和1 mL磷酸鹽緩沖溶液預處理。 將離心好的上清液加入固相萃取柱， 依次用1.5 mL 去離子水，0.5 mL 0.1mol/L的醋酸和1.5 mL 的甲醇洗滌，然后干燥固相柱。 用2 mL 乙酸乙酯∶乙腈∶氫氧化銨（78 ∶20 ∶2，V/V/V）的洗脫液洗脫。 洗脫液在40 ℃干燥，然后用流動相復溶。 KRAIG 等[31]采用固相萃取技術檢測了全血中納克級以下的24 種芬太尼類物質及其代謝物。取全血1.0 mL，加入緩沖溶液4.0mL，水0.2 mL，內標100μL，渦旋，以1 811×g 離心10min，取上清液。 SPE柱用3.0 mL 甲醇活化， 用3.0 mL 水洗滌， 用pH=6的緩沖液預處理。 將上清液置于SPE 柱，用3.0 mL水，1.0 mL 1 moL/L 醋酸以及3.0 mL 甲醇去除內源性蛋白。 用3.0 mL 二氯甲烷∶異丙醇∶氫氧化銨（78 ∶20 ∶2，V/V/V）洗脫，洗脫液在40 ℃下用空氣吹干，殘渣用甲醇100 μL 溶解，進樣。

4.2 尿液

體內藥物清除主要是通過尿液排出，尿樣一般用于藥物劑量回收、尿清除率、生物利用度、內源性活性物質、藥物代謝分型及代謝物等研究測定。 芬太尼主要經歷腎臟清除，在尿中4 天內清除67%～85%[25,32,33]，糞便中清除9%。 在尿液中，只有0.4%～6%的芬太尼作為母體藥物排出，而69%作為代謝物排出[32]。 其中去甲芬太尼占26%～55%[19]，還有較少量的羥基芬太尼，去甲羥基芬太尼和去丙?；姨醄19,25]。

STEVEN 等[34]用LC-MS/MS 對人體尿液中的U-47700 進行定量分析，并用LC-QTOF 鑒定其代謝產物。 取尿液450 μL，加內標50 μL，β-葡萄糖醛酸酶25 μL，0.1 mol/L 醋酸鈉425 μL，于60 ℃下孵育45 min。 然后用固相萃取柱進行提取，首先用0.5 mL 水，0.2 ml 100 mmol/L 的 鹽 酸 溶液和0.1 mL 的水∶甲醇（75 ∶25，V/V）洗滌固相柱，接著在60 psi 下吹干，最后用250 μL 洗脫液：乙酸乙酯∶甲 醇∶氫氧化銨（78 ∶20 ∶2，V/V/V）洗脫。 洗脫液在氮氣流下吹干，然后用50 μL 甲醇和250 μL流動相復溶。

4.3 唾液

以唾液作為作為樣本，很大程度上提高了患者的依從性。 與采集血樣相比，唾液的采集不受時間和地點的限制，很容易反復采集，且采集時無痛苦、無危險。 但由于唾液是由腮腺、頜下腺及舌下腺等各腺體分泌的組成不同的混合液體，各組成也會發生經時變動；因此，唾液中的藥物濃度與血漿中的游離型藥物濃度相比就容易變動； 而且唾液中藥物濃度與血漿中藥物濃度的比值（S/P）只有少數藥物是恒定值；有些與蛋白結合率較高的藥物，藥物在唾液中的濃度比血漿藥物濃度低得多， 需要高靈敏度的分析方法。 一項早期研究發現，單次給予靜脈注射（110±56 μg）劑量后，唾液中只有去甲芬太尼未檢測到芬太尼或去丙?；姨醄33]。 最近的研究表明，芬太尼的S/P 值為3～4，芬太尼在兩種基質中的濃度呈中度相關[26,35]，去甲芬太尼的S/P 比值為1[26]。

SUDEEP 等[26]通過蛋白沉淀法提取血漿和唾液中的芬太尼和去甲芬太尼，并比較其含量及其相互關系。取樣品200μL 與內標溶液600μL 于EP 管中，渦旋30s，以2 000×g 離心10 min。 取上清轉移至12 mL的玻璃錐形管中，于40 ℃下氮氣流吹干。殘渣加0.1%甲酸水溶液200 μL復溶，渦旋30 s，以2 000×g離心10 min，取上清150 μL 進樣。 結果表明，唾液中的芬太尼濃度超過血漿濃度，而且沒有在血漿和唾液之間觀察到相關性。

4.4 干血點

干血斑（dried bloid spots）與傳統臨床樣品形式相比具有許多優點，包括提高分析物穩定性，樣品體積小（＜20 μL），降低處理樣品的感染風險，以及降低運輸和儲存成本。 但是由于干血點取樣量少，對儀器靈敏度要求較高。

CLAUDIA 等[36]通過LC-MS/MS 對干血點中芬太尼及其代謝物去甲基芬太尼和去甲硫酚基太尼進行分析。 取全血20 μL 制備干血點，裁剪干血點后，加純水100 μL，渦旋5 s，加蛋白沉淀溶液（0.2mol/L ZnSO4）600 μL，渦旋2.5 min，在4 ℃下，以13 000×g離心8 min，取上清，進樣。 結果表明，芬太尼、去甲芬太尼及去丙?；姨岬腖LOQ為0.1 ng/mL，說明該方法有足夠的靈敏度分析干血點中的芬太尼及其代謝物。

4.5 毛發

由于血樣、尿樣以及唾液在采樣及保存中易造成假陰性的結果，而且他們的檢出時間較短，因此有時需要用毛發來進行鑒定。 毛發具有易采集、穩定、易保存及檢測窗口長、可以反映長時間內用藥史等優點，可作為血、尿等體液檢材的補充，甚至成為提供法庭證據的唯一手段。 首創于1954 年的毛發分析，經過十幾年的發展，從樣品的采集、去污、水解、提取、分析到相關結果解釋，已逐步系統化、規范化，分析結果可以作為法庭的參考依據。 但毛發中藥物含量受到多種因素影響，含量較低，因此對分析方法的靈敏度要求較高。

MOORE 等[37]先采用免疫法篩選毛發樣品中的芬太尼，再用GC-MS 進行確認。 免疫篩選部分是將毛發先用丙酮清洗，干燥，將其分段置于玻璃瓶中，加入0.025 mol/L的磷酸鹽緩沖溶液0.5 mL，于75 ℃超聲3 h， 取上清液0.1 mL， 加牛血清蛋白0.4 mL 稀釋，選擇酶聯免疫吸附（ELISA）試劑盒進行篩選。接著對樣品進行確認。取毛發10 mg，用丙酮清洗，棄去丙酮，加入0.025 mol/L 的磷酸鹽緩沖溶液（pH=2.7）1.5 mL，于75 ℃超聲3 h，移取上清液，加0.1mol/L 的磷酸鹽緩沖溶液（pH=6.0）1mL。 固相萃取采用在線固相萃取，先將固相柱用乙酸乙酯2 mL，甲醇2 mL和0.1 mol/L 的磷酸鹽緩沖溶液（pH=6.0）2 mL 預處理， 樣品以1 mL/min 的流速上樣，接著用去離子水2 mL，0.1 mol/L 的鹽酸溶液1 mL 凈化固相柱，干燥1 min，甲醇2 mL 和乙酸乙酯1 mL，干燥5 min。 最后用2 mL 乙酸乙酯∶氫氧化銨（98 ∶2，V/V）洗脫，將洗脫液揮干，殘渣加乙酸乙酯40 μL復溶。

4.6 組織

在一些死亡案件中，尸體解剖后一些血液和尿液樣品無法使用，需要將組織作為替代基質進行分析。

MIRIAM 等[38]通過LC-MS 在牙齒組織中檢測到芬太尼。 其處理方法如下，取牙齒粉末適量，加內標10 μL，加甲醇0.5 mL，超聲20 min，提取3 次，將上清液轉移至玻璃管中，40 ℃下氮氣流吹干，殘渣加25 μL 流動相復溶。

5 分析方法

目前芬太尼、芬太尼類似物及其代謝物的分析方法多樣，可采用免疫分析對生物樣品進行初步篩選，以確定芬太尼類物質的存在，也可采用GCMS、LC-MS 和LC-HRMS 方法進行分析。

5.1 免疫分析

免疫分析提供了一種快速高效的篩選方法，可實現自動化和高通量。 免疫分析是利用抗原（靶標）和抗體的特異性結合來進行測定的一種方法。 不同的免疫分析法對芬太尼類似物的交叉反應具有局限性，且某些交叉反應是未知的。 免疫分析的檢測限約為0.25 ng/mL 到2 ng/mL，并且由于交叉反應能夠檢測到一些其他芬太尼的存在[39-41]。

WANG 等[42]采用自動均相酶聯免疫測定法檢測到兩種主要的芬太尼代謝物羥基芬太尼和丙酸芬太尼，未檢測出去甲芬太尼，隨后，WANG 等[40]又采用該方法檢測出乙酰芬太尼。 值得注意的是，具有N-烷基化哌嗪相關結構的化合物也有可能發生類似的免疫反應，如利培酮和9-羥基利培酮（帕潘立酮）。

5.2 氣相色譜-質譜（GC-MS）

在引入自動免疫測定法之前，臨床和法醫實驗室主要依靠質譜法檢測芬太尼類物質。 GC-MS 方法不能直接測定非揮發性，極性或熱不穩定性的物質，需要對樣品進行前處理，不適合在生物樣品中進行常規快速檢測。

SABINA 等[43]用GC-MS 對尿液中的芬太尼、舒芬太尼、阿芬太尼和去甲芬太尼進行篩查，其中阿芬太尼檢測限為2 ng/mL，芬太尼和舒芬太尼為5 ng/mL，該方法檢測限過高，無法檢測到毒性大、濃度低的芬太尼類物質。

5.3 液相色譜-質譜（LC-MS）

目前LC-MS 作為最常用的檢測手段，相比較于GC-MS 來說，它的靈敏度更高，更加穩定，而且適用范圍更廣。 用于同時檢測芬太尼類物質的LCMS 方法在2009 年首次發表[44-45]，而且隨后該方法被不斷優化。 表2 總結了自2000 年以來公布的檢測3 種或更多芬太尼類物質的方法。

表2 同時檢測多種芬太尼的分析方法

5.4 液相色譜-高分辨質譜（LC-HRMS）

使用GC-MS 和LC-MS 對芬太尼類化合物進行分析，往往需要預先建立質譜庫，但鑒于目前新型芬太尼類化合物的不斷出現，這些方法無法對其進行鑒別。LC-HRMS 在這方面具有巨大優勢，而且它也可用于闡述其代謝途徑。 但由于儀器設備昂貴，這種技術在大多數臨床和實驗室不易獲得。ELISA 等[70]采用LC-HRMS 定性鑒別了44 種阿片類化合物，其中芬太尼類化合物的檢出限均在0.5ng/mL以下。

6 討論

自20 世紀90 年代初以來，出現了大量關于芬太尼及其類似物濫用的報道，并且報道有大量的死亡案例。 這可能與阿富汗危機期間海洛因的供應量急劇減少有關，此外，芬太尼及其類似物的非法合成很大程度上也導致了芬太尼類物質的濫用，以及芬太尼摻雜海洛因和芬太尼透皮貼劑的使用也使芬太尼濫用成為可能。

在大多數死亡案例中，芬太尼類物質會和其他類藥物一起檢出， 這些藥物通常為其他阿片類藥物、酒精、可卡因或苯二氮卓類藥物等。 這些藥物的存在會使芬太尼的致死量降低至約0.2 ng/mL，而外周血濃度通常為10～20 ng/mL[46-47]。 而且由于耐受性不同，對于芬太尼類物質，無法給出一個明確的最低致死量。

由于大部分芬太尼類物質為脂溶性，這使得對于芬太尼類物質死后再分布的解釋成為難點。 有文獻報道，解剖一天后血液中芬太尼的濃度已有增加[48]，此外還有文獻報道，芬太尼類物質在死后一小時就存在再分布[49]。

綜上，芬太尼類物質濫用對公眾健康和安全造成嚴重威脅，尤其是新型芬太尼類物質的出現使得分析檢測變得更加困難。 而且目前對于芬太尼類物質的藥代動力學研究還比較少，因此，建立可靠、穩定的分析檢測方法，并將其應用于解決實際問題至關重要。