劉儀濱，陳 慧，朱 茜，賴偉華，楊 敏，鐘詩龍*

0 引言

色氨酸(Tryptophan，TRP)是一種人體必需氨基酸，參與蛋白質(zhì)合成，是多種重要生物活性分子的前體物質(zhì)。色氨酸代謝保持穩(wěn)態(tài)平衡對機體健康有重要意義。色氨酸在體內(nèi)主要有3條代謝途徑[1]：①犬尿氨酸途徑產(chǎn)生犬尿氨酸(Kynurenine，KYN)及犬尿喹啉酸(Kynurenic acid，KYNA)等；②5-羥色胺途徑；③腸道細菌降解途徑生成吲哚以及含吲哚環(huán)的化合物如吲哚丙酸(Indole-3-propionic acid，IPA)[2]。研究表明，在心血管疾病患者中，色氨酸代謝出現(xiàn)失衡，如KYN代謝途徑的增強會增加心血管疾病發(fā)生風(fēng)險[3]，血漿中低濃度的TRP、高濃度的KYN、KYNA與患者死亡和心血管事件風(fēng)險增加顯著相關(guān)[4-6]。犬尿氨酸類代謝物參與患者的免疫調(diào)節(jié)和血管擴張，是心血管疾病發(fā)生發(fā)展中關(guān)鍵的病理機制之一[7]。此外，色氨酸經(jīng)生孢梭菌(Clostridium sporogenes)作用所生成的IPA是一種抗氧化劑和氫氧自由基清除劑，血漿中IPA降低與糖尿病和晚期動脈粥樣硬化的發(fā)生有關(guān)[8-9]。此外，研究表明，IPA可減少神經(jīng)元細胞的DNA損害和脂質(zhì)過氧化，具有神經(jīng)保護作用[10]?？梢姡彼岽x途徑在冠心病的發(fā)生發(fā)展中可能有著重要作用，而對色氨酸及其代謝物進行準(zhǔn)確定量分析是對其深入研究的必要前提。

目前，國內(nèi)外有多種同時測定血漿中色氨酸及其代謝物的報道，多用色譜方法與質(zhì)譜分析聯(lián)用，這是由于色譜具有強大的分離能力和對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的解析鑒定能力。然而，一些已報道的方法存在一定局限性：①分析生物樣品中內(nèi)源性物質(zhì)時，難以找到與之相對應(yīng)的空白基質(zhì)，使內(nèi)源性化合物難以準(zhǔn)確定量；采用有機溶劑[11]、含4%BSA的PBS緩沖鹽溶液作為替代基質(zhì)[12]，均與血清等復(fù)雜生物基質(zhì)存在一定的偏差。②測定基質(zhì)效應(yīng)時采用背景扣除法[11]，不適用于樣本中內(nèi)源性代謝物本底值很高的情況。

基于此，本研究在以往研究的基礎(chǔ)上，建立了同時準(zhǔn)確定量人體血漿中色氨酸及其代謝物犬尿氨酸、犬尿喹啉酸和吲哚丙酸的方法，并將其應(yīng)用于檢測冠心病患者血漿中色氨酸及其代謝物水平。

1 材料與方法

1.1 藥品與儀器 L-色氨酸，純度：99%，百靈威科技有限公司。L-犬尿氨酸水合物，純度：>98.0%(T)，Aladdin。犬尿喹啉酸，純度：99%，美國Sigma-Aldrich。3-吲哚丙酸，純度：98%，百靈威科技有限公司。色氨酸-d5，純度：98%，Toronto Research Chemicals。活性炭，100目，美國Sigma-Aldrich。甲醇，色譜純，德國Merck公司。二甲基亞砜，分析純，天津市北聯(lián)化工品開發(fā)有限公司。甲酸：分析純，美國Sigma-Aldrich。醋酸銨，色譜純，美國Sigma-Aldrich。實驗用水經(jīng)超純水儀(EMD Millipore，Billerica，美國)處理所得。API4000 QTrap 三重四極桿質(zhì)譜儀(AB Sciex，美國)，LC-20A高效液相色譜儀(Shimadzu，日本)。

1.2 受試者選擇 本方案經(jīng)廣東省人民醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)。所有受試者均簽署知情同意書。共入選90例冠心病患者，男77例，女13例，年齡(61.30±10.57)歲。入選標(biāo)準(zhǔn)：經(jīng)冠脈造影診斷狹窄程度大于50%；并行PCI術(shù)的患者。排除標(biāo)準(zhǔn)：年齡>80歲，肝功能異常(丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶>120 U/L)，腎功能異常(血清肌酸酐>345 μmol/L)。

1.3 血漿樣本采集 于清晨空腹下采集研究對象的靜脈血5 ml于EDTA抗凝管中，于4 ℃ 低溫，以3 000 r/min離心10 min，收集上層血漿，置于-80 ℃冰箱中保存。

1.4 測定方法

1.4.1 色譜條件 流動相為含0.2%甲酸和5 mmol/L醋酸銨的超純水與甲醇(v/v，45/55)；洗脫方式為等度洗脫；流速為0.3 ml/min；柱溫為40 ℃；色譜柱采用Ultimate XB-C18HPLC柱(2.1 mm×100 mm，3 μm)；進樣量為4 μl；分析時間共3 min。

1.4.2 質(zhì)譜條件 采用正離子電噴霧電離(ESI)模式，多反應(yīng)監(jiān)測(MRM)模式監(jiān)測，電噴霧電壓(IS)為5 500 V；氣簾氣壓力(CUR)為25 psi；霧化氣壓力(GS1)為50 psi；輔助氣壓力(GS2)為50 psi；離子源溫度(TEM)為550 ℃。多反應(yīng)監(jiān)測(MRM)模式監(jiān)測反應(yīng)質(zhì)荷比(m/z)：色氨酸(205.1→146.1)，犬尿氨酸(209.1→94.1)，犬尿喹啉酸(190.1→144.1)，吲哚丙酸(190.4→129.7)，色氨酸-d5(210.3→192.2)。色氨酸、犬尿氨酸、犬尿喹啉酸、吲哚丙酸及內(nèi)標(biāo)色氨酸-d5的去簇電壓(DP)和碰撞能(CE)參數(shù)見表1。

表1 色氨酸及其代謝物及內(nèi)標(biāo)的最佳質(zhì)譜參數(shù)

注：DP，Declustering Potential;CE，Collison Energy;TRP，L-tryptophan;KYN，L-kynurenine;KYNA，kynurenic acid;IPA，3-indolepropionic acid;IS，internal standard;TRP-d5，tryptophan-d5。下同

1.4.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液與內(nèi)標(biāo)溶液的制備 取色氨酸、犬尿氨酸、吲哚丙酸對照品適量，精密稱定后分別加甲醇配制成1 mg/ml的儲備液。取犬尿喹啉酸對照品適量，精密稱定后加甲醇/DMSO(v/v，90/10)，配制成20 μg/ml儲備液。取色氨酸-d5對照品適量，精密稱定后加甲醇配制成200 μg/ml的儲備液作為內(nèi)標(biāo)物，使用時用甲醇進行稀釋，配制色氨酸-d5質(zhì)量濃度為20 μg/ml的內(nèi)標(biāo)溶液。所有溶液避光保存于-20 ℃下。

1.4.4 血漿樣品預(yù)處理 取50 μl的血漿，置于1.5 ml EP管中，加入20 μg/ml色氨酸-d5內(nèi)標(biāo)溶液10 μl，再加入150 μl冰冷的甲醇/乙腈(v/v，50/50)沉淀蛋白，渦旋混合5 min后，于-20 ℃下放置20 min使蛋白沉淀完全。于4 ℃，14 000 r/min下離心15 min，取上清液100 μl到96孔板中，進行LC-MS/MS分析。

1.4.5 空白血漿的制備 取10 ml血漿加入1.0 g活性炭，冰浴條件下用磁力攪拌器攪拌6 h后，低溫4 ℃下，14 000 r/min離心15 min后取上清液，再經(jīng)由0.22 μm微孔濾膜過濾2次，得到空白血漿。血漿樣本來自于健康志愿者。

1.5 方法學(xué)驗證

1.5.1 專屬性 分別取50 μl空白血漿，按“血漿樣本預(yù)處理”項操作，得空白血漿色譜圖。取空白血漿40 μl加入含4個物質(zhì)的混合對照品溶液10 μl，渦旋后，按“1.4.4”項操作處理血漿，得分析物色譜圖。

1.5.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線和定量下限 取空白血漿40 μl，分別加入色氨酸、犬尿氨酸、犬尿喹啉酸、吲哚丙酸的混合對照品工作液10 μl，配制成色氨酸質(zhì)量濃度分別為100、200、500、1 000、2 000、5 000、10 000、20 000 ng/ml，犬尿氨酸質(zhì)量濃度分別為25、50、125、250、500、1 250、2 500、5 000 ng/ml，犬尿喹啉酸質(zhì)量濃度分別為5、10、25、50、100、250、500、100 ng/ml，吲哚丙酸質(zhì)量濃度分別為10、20、50、100、200、500、1 000、2 000 ng/ml的含藥血漿樣品，按“1.4.4”項操作。分別以待測物的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)x，以藥物與內(nèi)標(biāo)峰面積的比值為縱坐標(biāo)y，用加權(quán)最小二乘法進行線性回歸分析(權(quán)重系數(shù)為1/x2)。

1.5.3 精密度和準(zhǔn)確度 取空白血漿40 μl，分別加入含4個待測物的最低定量限(LLOQ)、低、中、高4個濃度的對照品工作液各10 μl，制成色氨酸質(zhì)量濃度分別為100、200、2 000、15 000 ng/ml，犬尿氨酸質(zhì)量濃度分別為25、50、500、3 750 ng/ml，犬尿喹啉酸質(zhì)量濃度分別為5、10、100、750 ng/ml，吲哚丙酸質(zhì)量濃度分別為10、20、200、1 500 ng/ml的質(zhì)控血漿樣品，按“1.4.4”項操作。每種質(zhì)量濃度各平行6次，連續(xù)測定3 d。根據(jù)當(dāng)日的標(biāo)準(zhǔn)曲線，計算質(zhì)控樣品的測定濃度。精密度通過測量值的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)來判定；準(zhǔn)確度通過相對誤差(RE)=(測量值-真實值/真實值)×100%來判定。

1.5.4 提取回收率和基質(zhì)效應(yīng) 分別考察低、中、高3種濃度質(zhì)控血漿樣品的回收率和基質(zhì)效應(yīng)，每種濃度平行制備6份樣本，且每份樣本所用的空白血漿分別來自6個不同健康志愿者。分別配制含色氨酸、犬尿氨酸、犬尿喹啉酸、吲哚丙酸的低、中、高3種質(zhì)量濃度的質(zhì)控血漿樣品，按“1.4.4”項操作，得到峰面積A；將空白血漿按“1.4.4”項進行前處理，取上清液，分別加入色氨酸、犬尿氨酸、犬尿喹啉酸、吲哚丙酸的混合對照品溶液配制成低、中、高3種濃度的質(zhì)控樣品，加入內(nèi)標(biāo)工作液，渦旋混勻后，進樣分析得峰面積B；色氨酸、犬尿氨酸、犬尿喹啉酸、吲哚丙酸的混合對照品溶液用純?nèi)芤杭状?水(v/v，50/50)配制成低、中、高3種濃度的質(zhì)控樣品，加入內(nèi)標(biāo)工作液，進樣分析得到峰面積C。提取回收率=A/B×100%，絕對基質(zhì)效應(yīng)=B/C×100%，IS-校正基質(zhì)效應(yīng)=分析物-絕對基質(zhì)效應(yīng)/IS-絕對基質(zhì)效應(yīng)。

1.5.5 穩(wěn)定性 分別考察低、中、高3種濃度的含藥血漿樣品，分別考察在室溫放置8、24 h內(nèi)，于-80 ℃反復(fù)凍融3次和進樣器中放置19 h條件下的穩(wěn)定性。每種濃度樣品平行6次。

2 結(jié)果

2.1 方法學(xué)評價

2.1.1 專屬性 色氨酸及其代謝物在正離子模式下的信號強于負離子模式下的信號，故采用正離子模式掃描。在全掃描模式下，將[M+H]+確定為母離子，根據(jù)強的豐度和基質(zhì)對其干擾小的原則選擇定量子離子，采用多反應(yīng)檢測(MRM)模式同時定性檢測5種物質(zhì)的母離子和子離子，經(jīng)過多次掃描，選定定量離子對205.1→146.1(TRP)，209.1→94.1(KYN)，190.1→144.1(KYNA)，190.4→129.7(IPA)，210.3→192.2(TRP-d5),其二級掃描質(zhì)譜圖如圖1所示。在該條件下，分別得空白血漿、空白血漿+對照品溶液的色譜圖，如圖2所示。TRP、KYN、KYNA、IPA以及內(nèi)標(biāo)TRP-d5保留時間分別為1.07、1.03、1.24、2.39、1.06 min，峰形良好，目標(biāo)化合物和內(nèi)標(biāo)物出峰處不受雜質(zhì)或血漿中內(nèi)源性物質(zhì)干擾，顯示出該方法條件下5種分析物的特異性好。

圖1 各化合物結(jié)構(gòu)式及其二級全掃描質(zhì)譜圖

圖2 各化合物色譜圖

2.1.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線和定量下限 色氨酸的標(biāo)準(zhǔn)曲線為y=1.18×10-3x-1.83×10-2(r=0.998 9)，線性范圍為100～20 000 ng/ml；犬尿氨酸y=5.54×10-4x-1.7×10-3(r=0.999 0)，線性范圍為25～5 000 ng/ml；犬尿喹啉酸y=2.37×10-2x+4.52×10-2(r=0.998 4)，線性范圍為5～1 000 ng/ml；吲哚丙酸y=1.52×10-2x-5.12×10-3(r=0.999 5)，線性范圍為10～2 000 ng/ml。

2.1.3 精密度和準(zhǔn)確度 LLOQ的色氨酸、犬尿氨酸、犬尿喹啉酸、吲哚丙酸質(zhì)控樣品的日內(nèi)、日間精密度(RSD)均小于20%，準(zhǔn)確度(RE)滿足±20%的要求；低、中、高3種濃度的色氨酸、犬尿氨酸、犬尿喹啉酸、吲哚丙酸 質(zhì)控樣品的日內(nèi)、日間精密度(RSD)均小于15%，表明重復(fù)性良好，相對誤差(RE)滿足±15%的要求，表明準(zhǔn)確度良好。結(jié)果見表2。

表2 定量分析血漿色氨酸及其代謝物犬尿氨酸、犬尿喹啉酸、吲哚丙酸的精密度、準(zhǔn)確度和提取回收率(%)

2.1.4 提取回收率和基質(zhì)效應(yīng) 分別考察4種分析物低、中、高3種濃度質(zhì)控樣品和內(nèi)標(biāo)物的提取回收率和基質(zhì)效應(yīng)。結(jié)果顯示，TRP、KYN、KYNA、IPA的平均提取回收率分別為94.35%、98.88%、97.33%、97.64%，回收率均>90%。6份不同來源樣本之間低、中、高3個濃度的TRP、KYN、KYNA和IPA的平均絕對基質(zhì)效應(yīng)分別為88.19%±4.97%、79.85%±7.93%、798.93%±82.58%、106.23%±4.09%，CV均<15；6份不同來源樣本之間IS-校正基質(zhì)效應(yīng)平均值分別為105.56%±4.69%、95.45%±4.33%、953.87%±60.48%%、127.43%±9.05%，CV均<15%。內(nèi)標(biāo)色氨酸-d5的平均回收率108.40%，CV為1.08%；平均基質(zhì)效應(yīng)83.55%，CV為6.39%。提取回收率結(jié)果見表2，基質(zhì)效應(yīng)結(jié)果見表3。

2.1.5 穩(wěn)定性 結(jié)果表明，低、中、高3種濃度的色氨酸、犬尿氨酸、犬尿喹啉酸、吲哚丙酸質(zhì)控樣品在室溫放置8 h，RSD在2.49%～11.77%；24 h內(nèi)反復(fù)凍融3次，RSD在2.23%～8.41%；在自動進樣器內(nèi)放置19 h，RSD在1.17%～11.47%，穩(wěn)定性良好。結(jié)果見表4。

2.2 方法學(xué)的應(yīng)用 用本文建立的LC-MS/MS方法測定90例冠心病患者于清晨空腹下采集得血漿樣本中色氨酸、犬尿氨酸、犬尿喹啉酸和吲哚丙酸的濃度。測得血漿中色氨酸濃度為(9 466.64±1 947.95) ng/ml，犬尿氨酸濃度為(427.03±127.86) ng/ml，犬尿喹啉酸濃度為(11.50±3.44) ng/ml，吲哚丙酸濃度為(439.88±375.69) ng/ml。色氨酸、犬尿氨酸、犬尿喹啉酸以及吲哚丙酸在血漿中的濃度分布情況，見圖3。

表3 血漿中色氨酸及其代謝物犬尿氨酸、犬尿喹啉酸、吲哚丙酸的基質(zhì)效應(yīng)

表4 血漿中色氨酸及其代謝物犬尿氨酸、犬尿喹啉酸、吲哚丙酸的穩(wěn)定性(%)

圖3 90例冠心病患者血漿濃度分布圖

3 討論

本研究采用高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法建立了一種簡單、快速、靈敏、血漿消耗量少的準(zhǔn)確定量測定色氨酸及其代謝產(chǎn)物犬尿氨酸、犬尿喹啉酸和吲哚丙酸的方法，該方法成功應(yīng)用于測定90例冠心病患者血漿中色氨酸其代謝物的血漿濃度。

3.1 生物樣本前處理及分析時間 本研究樣品前處理操作簡便，分析時間短，具有高通量的優(yōu)勢，有利于大樣本量的測定。使用甲醇/乙腈(v/v，50/50)沉淀血漿中的蛋白，并在-20 ℃放置一定時間使蛋白沉淀更為完全，樣品處理步驟簡便，效率高，靈敏度滿足分析要求，重現(xiàn)性好。色氨酸及其3種代謝物全部出峰時間僅為3 min，峰形良好且無內(nèi)源性雜質(zhì)干擾，特異性良好。在4個待測物中，吲哚丙酸在人血漿中的分析方法及應(yīng)用目前報道較少。

3.2 內(nèi)標(biāo)物的選擇 本研究選用氘代色氨酸作為內(nèi)標(biāo)物，一定程度上校正基質(zhì)效應(yīng)，以提高定量分析的準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性。與其他和待分析物結(jié)構(gòu)相似的內(nèi)標(biāo)物相比，同位素標(biāo)記的內(nèi)標(biāo)物有著和待分析物相同的化學(xué)性質(zhì)，干擾基質(zhì)對它們的離子化影響相近，能夠最小化穩(wěn)定性、提取回收率或離子化效率所帶來的問題[13]。然而，這種方法的主要缺點是同位素標(biāo)記的內(nèi)標(biāo)成本高昂和最合適的同位素標(biāo)記的內(nèi)標(biāo)物難以獲得。因為色氨酸及其代謝物在化學(xué)結(jié)構(gòu)上具有一定的相似性，故使用氘代色氨酸作為內(nèi)標(biāo)物，可在一定程度上減少樣品前處理以及離子化過程造成的誤差。

3.3 色譜條件的選擇 在水-甲醇的流動相中加甲酸和醋酸銨，以維持體系處于酸性條件下，可獲得良好的峰形，并增加待測物的離子化從而提高響應(yīng)。選擇流動相時，以乙腈和水作為流動相時，各分析物的響應(yīng)不如以甲醇和水為流動相好，且峰形較寬。色氨酸及其代謝物雖然有著不同的物理化學(xué)性質(zhì)(不同的親水性或親脂性)，但相同之處在于所有的分子都是相對疏水的結(jié)構(gòu)，都包含吲哚環(huán)或是苯環(huán)結(jié)構(gòu)，不同的官能團(羧基、羥基、氨基)改善了分子的親水性，并且有助于其離子化，使得質(zhì)譜響應(yīng)提高[14]。因此，流動相的pH值對于分子的保留行為是一個很重要的因素?；诖?，采用在水-甲醇的流動相中加甲酸(0.2%)和醋酸銨(5 mmol/L)以維持體系處于酸性條件下(pH值為2～3)，峰型良好。甲酸的加入使得各物質(zhì)保留時間稍延長，且各物質(zhì)分離效果更好，并在一定程度上增加離子化。

3.4 空白基質(zhì)的選擇及基質(zhì)效應(yīng) 采用“活性炭吸附法”，吸附除去血漿中內(nèi)源性的色氨酸及其代謝物，使基質(zhì)更接近原生物基質(zhì)，使其成為替代基質(zhì)用于構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)曲線，提高定量分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。因為色氨酸及其代謝物屬于血漿中的內(nèi)源性物質(zhì)，難以找到與之相對應(yīng)的空白基質(zhì)。文獻報道的血漿的替代基質(zhì)有純水、有機溶劑、含4%BSA的10 mmol/L磷酸鹽緩沖溶液、活性炭吸附處理后的基質(zhì)等[15]。犬尿喹啉酸在本實驗條件下有基質(zhì)增強效應(yīng)，但是在6份來自不同健康志愿者的血漿樣本中基質(zhì)效應(yīng)結(jié)果均顯示增大(CV<15%)，且低、中、高3種濃度之間的絕對基質(zhì)效應(yīng)和內(nèi)標(biāo)歸一化基質(zhì)效應(yīng)的CV均小于15%，符合《生物樣品分析方法驗證指南》和《中國藥典》2015版第4部通則9012生物樣品定量分析方法驗證指導(dǎo)原則所規(guī)定的6批基質(zhì)計算的內(nèi)標(biāo)歸一化的基質(zhì)因子的變異系數(shù)不得大于15%的要求[16]，因而該方法能夠應(yīng)用于血漿樣本中犬尿喹啉酸的濃度水平的分析。

3.5 色氨酸及其代謝物的血漿濃度測定 與文獻報道的測定值相比[17-18]，色氨酸和犬尿氨酸的測定結(jié)果與報道值接近；犬尿喹啉酸測定結(jié)果則偏高，一方面可能是實驗條件的不同(空白基質(zhì)和內(nèi)標(biāo)物的選用、樣品的前處理、標(biāo)準(zhǔn)曲線的構(gòu)建等)，另一方面可能是受試者疾病狀態(tài)和總樣本量的不同，導(dǎo)致測定結(jié)果的差異。在冠心病患者群體中，吲哚丙酸的血漿濃度水平分布離散，個體差異性較大。

本方法可用于人血漿中色氨酸及其代謝物犬尿氨酸、犬尿喹啉酸和吲哚丙酸的定量分析，探究色氨酸及其代謝物的動態(tài)變化規(guī)律與生物過程的聯(lián)系，對于有效靶點標(biāo)志物的尋找、相關(guān)疾病的診斷、病情監(jiān)測等方面具有重要意義。