Metabolic Differences of Propranolol Enantiomers in Different Species of Liver Microsomes by HPLC-MS/MS
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摘要:
目的 采用高效液相色谱-串联质谱法（HPLC-MS/MS）建立R-（+）-普萘洛尔和S-（-）-普萘洛尔在肝微粒体孵育体系中的含量测定方法，并分别比较普萘洛尔不同对映体在大鼠、犬、猴以及人4种肝微粒体中的代谢特征。 方法 分别将R-（+）-普萘洛尔和S-（-）-普萘洛尔溶解在由烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）启动孵育的不同种属的肝微粒体中，在孵育不同的时间后加入乙腈终止反应。使用电喷雾离子源（ESI），以卡维地洛为内标，在多反应监测模式（MRM）下进行正离子扫描，分别测定各孵育体系中R-（+）-普萘洛尔和S-（-）-普萘洛尔的浓度。以孵育0 min时不同构型的普萘洛尔的质量浓度为参照，分别计算R-（+）-普萘洛尔和S-（-）-普萘洛尔在不同肝微粒体样品中的药物剩余百分比和体外代谢半衰期和固有清除率。 结果 普萘洛尔的线性范围为0.05～10.00 μg/mL，定量下限为0.05 μg/mL；日内、日间精密度的RSD%均小于13%。在4个种属的肝微粒体孵育体系中，R-（+）-普萘洛尔在大鼠肝微粒体中代谢快，在猴肝微粒体中次之，在犬和人肝微粒体中代谢慢，体外消除半衰期依次为大鼠 < 猴 < 犬 < 人；而S-（-）-普萘洛尔则是在大鼠和犬肝微粒体中代谢快，在猴和人肝微粒体中代谢慢，体外消除半衰期依次为大鼠 < 犬 < 猴 < 人。在大鼠、犬和猴肝微粒体中，R构型普萘洛尔的t1/2均大于S构型，CLint小于S构型，但在人肝微粒体中却刚好相反。采用单因素方差分析，R-（+）-普萘洛尔和S-（-）-普萘洛尔在4种肝微粒体中的体外代谢半衰期t1/2和固有清除率CLint均具有显著性差异（P < 0.05）。 结论 建立的HPLC-MS/MS法具有简单、快速、准确的特点，可用于肝微粒体中普萘洛尔对映体质量浓度的测定。不同构型的普萘洛尔在大鼠、犬、猴和人4种肝微粒体中的代谢稳定性有显著差异。 -
关键词:
- R-（+）-普萘洛尔 /
- S-（-）-普萘洛尔 /
- 液相色谱-串联质谱法 /
- 不同种属肝微粒体 /
- 体外代谢
Abstract:Objective To establish a method for the determination of R-（+） -propranolol and S-（-） -propranolol in the incubation system of liver microsomes by HPLC-MS/MS, and to compare the metabolic characteristics of R-（+） -propranolol and S-（-） -propranolol in rat, dog, monkey and human liver microsomes. Methods R-（+）-propranolol and S-（-）-propranolol were respectively dissolved in NADPH activated liver microsome incubation systems of different species, and acetonitrile was added to terminate the reaction after incubation for different time. The concentrations of R-（+） -propranolol and S-（-） -propranolol in each incubation system were determined by using an electrospray ion source（ESI） with carvedilol as the internal standard and positive ion scanning under multi-reaction monitoring mode（MRM）. The residual percentage, metabolism half-life period in vitro and intrinsic clearance of R-（+） -propranolol and S-（-） -propranolol in incubation systems of different species liver microsomes were calculated based on the mass concentration of propranolol with different configurations at 0 min. Results The linear range of propranolol: 0.05～10.00 μg/mL; and the lower limit of quantitation: 0.05 μg/mL; The RSD% of intra-day and inter-day were less than 13%. In the incubation system of four species liver microsomes, the metabolism of R-（+）-propranolol in rat liver microsomes was fast, followed by monkey liver microsomes, and was slow in dog and human liver microsomes, and the t1/2 values in vitro were as follows: rat < monkey < dog < human. S-（-）-propranolol was metabolized quickly in rat and dog liver microsomes, but slowly in monkey and human liver microsomes, and the t1/2 values in vitro were as follows: rat < dog < monkey < human. In rat, dog and monkey liver microsomes, the t1/2 of R configuration is greater than S configuration, and CLint is smaller than S configuration, but in human liver microsomes, the opposite is true. Using univariate analysis of variance, the in vitro metabolic half-life t1/2 and intrinsic clearance CLint of R -（+） - propranolol and S -（-） - propranolol in four liver microsomes were significantly different（P < 0.05）. Conclusion The established HPLC-MS/MS method is simple, rapid and accurate, and can be used for the determination of propranolol enantiomer mass concentration in liver microsome. The metabolic stability of propranolol with different configurations in rat, dog, monkey and human liver microsomes was significant different. -
急性缺血性脑卒中（acute ischemic stroke，AIS）是一种常见的致残率和死亡率较高的神经系统疾病，好发于中老年人。根据TOAST分型可将AIS分为大动脉粥样硬化（large-artery atherosclerosis，LAA）、心源性栓塞（cardio-embolism，CE）、小动脉闭塞（small-artery occlusion，SAO）、其他明确病因（stroke of other determined，ODC）[1]。根据CISS分型可将大动脉粥样硬化缺血性脑卒中分为动脉到动脉栓塞、原位血栓形成、灌注不足和穿支动脉粥样斑块[2]。大动脉粥样硬化型脑梗死（acute ischemic stroke with large-artery atherosclerosis，AIS-LAA）是亚洲人群中最常见的一种脑梗死亚型，该型临床症状较重，病情进展快，预后差[3]。出血转化（hemorrhagic transformation，HT）为脑梗死后继发颅内出血，发生率约为10%，常常提示预后不佳[3]。众所周知，炎症反应和免疫状态是影响脑梗死发展的重要因素，中性粒细胞与淋巴细胞比值（neutrophil-to-lymphocyte ratio，NLR）和衍生中性粒细胞与淋巴细胞比值（derived neutrophil-to-lymphocyte ratio，dNLR）作为新型炎症标志物，目前尚无NLR和dNLR与AIS-LAA患者HT的研究报道，本研究旨在探讨NLR和dNLR对AIS-LAA患者HT的预测价值，可以有效、及时采取合理干预措施，避免HT发生。现报道如下。
1. 资料与方法
1.1 研究对象
选取2020年10月至2021年2月首都医科大学附属北京友谊医院神经内科住院的AIS-LAA患者151例，根据HT发生的情况分为HT组19例和non-HT组132例。
1.2 纳入与排除标准
纳入标准：（1）AIS诊断依据2018年中国急性缺血性脑卒中诊治指南的相关标准，并经影像学证实[4]；（2）患者自症状出现3 d内就诊，入院后即刻行头CT、血常规、血生化等检查，入院3 d内完善头MRI，头颈MRA或CTA检查，若突发神经系统症状改变，即刻完善头CT。
排除标准：（1）首诊头CT提示脑出血；（2）感染、自身免疫性疾病、肿瘤、肝功能异常、肾功能异常、血液系统疾病。根据HT将所有患者分为HT组19例，non-HT组132例。本研究经首都医科大学附属北京友谊医院伦理委员会审核批准。
1.3 方法
收集临床资料及实验室检查指标，观察指标比较两组患者一般资料（年龄、性别、高血压病史、糖尿病病史、高脂血症病史、脑卒中病史、吸烟史、饮酒史、入院时NIHSS评分、入院时收缩压）、入院后治疗（抗血小板治疗、抗凝治疗、溶栓治疗）、LAA机制分型、实验室检查指标（白细胞计数、中性粒细胞计数、淋巴细胞计数、NLR、dNLR）。其中NLR = 中性粒细胞计数/淋巴细胞计数；dNLR = 中性粒细胞计数/（白细胞计数 - 中性粒细胞计数）。用多因素Logistic回归分析及ROC曲线评价NLR、dNLR对AIS-LAA患者HT的预测价值。
1.4 统计学处理
应用SPSS 23.0统计学软件进行数据分析，符合正态分布的连续变量以平均数±标准差（
$\bar x\pm s $ ）表示，通过独立t检验分析；非正态分布的连续性变量在表格中通常以中位数（四分位数间距）表示；计数资料分析采用χ2检验；多因素Logistic回归分析AIS-LAA患者HT影响因素；ROC曲线评价NLR、dNLR对AIS-LAA患者HT的预测价值。以P < 0.05为差异有统计学意义。2. 结果
2.1 2组患者一般资料和实验室检查指标比较
HT组患者入院时NHISS评分、入院时收缩压高于non-HT组，HT组接受溶栓治疗的患者多于non-HT组，HT组淋巴细胞计数、NLR及dNLR高于non-HT组（P < 0.05），见表1。
表 1 2组患者基线资料和实验室检查数据[（$\bar x \pm s $ ）/n（%）/[M（P25，P75）]Table 1. Baseline characteristics and laboratory examination data in 2 groups of patients [（$\bar x \pm s $ ）/n（%）/[M（P25，P75）]基线信息 总例数（n = 151） 非 HT组（n = 132） HT组（n = 19） t/χ2/z P 年龄（岁） 64±10.8 64±10.4 65±11.2 0.163 0.684 男性 107（72.6） 93（70.5） 14（73.7） 0.084 0.774 高血压病史 81（53.6） 70（53.0） 11（57.9） 0.158 0.699 糖尿病病史 61（40.4） 53（40.2） 8（42.1） 0.026 0.876 高脂血症病史 17（11.3） 14（10.6） 3（15.8） 0.447 0.507 脑卒中病史 12（7.9） 10（7.6） 2（10.5） 0.198 0.657 吸烟史 55（36.4） 47（35.6） 8（42.1） 0.303 0.582 饮酒史 89（58.9） 77（58.3） 12（63.2） 0.160 0.689 入院时NIHSS评分，
中位数4[2，9] 4[2，7] 7[4，11] 4.768 0.022* 入院时收缩压（mmHg） 140.5±16.5 138.6±16.2 153.4±15.7 8.833 0.003* 抗血小板治疗 149（98.7） 130（98.5） 19（100） 0.292 0.589 抗凝治疗 6（4.0） 5（3.8） 2（10.6） 1.706 0.192 溶栓治疗 7（4.6） 4（3.0） 3（15.8） 6.100 0.013* 机制 动脉到动脉栓塞 73（48.3） 63（47.7） 10（52.6） 0.160 0.689 原位血栓形成 40（26.5） 36（27.3） 4（21.1） 0.330 0.566 灌注不足 12（7.9） 10（7.6） 2（10.5） 0.198 0.657 穿支动脉粥样斑块 26（17.2） 23（17.4） 3（15.8） 0.031 0.860 实验室检查结果 白细胞 （109/L） 6.93[5.64，8.33] 6.81[5.36，7.89] 8.3[5.22，10.47] 3.874 0.052 中性粒细胞（109/L） 4.67[3.54，6.66] 4.47[3.54，6.13] 6.98[3.21，9.30] 3.531 0.058 淋巴细胞（109/L） 1.73[1.39，2.07] 1.75[1.53，2.11] 1.38[1.04，1.49] 8.826 0.003* NLR 2.57[1.88，4.46] 2.49[1.69，3.82] 4.91[2.10，7.89] 10.218 < 0.001* dNLR 1.91[1.18，2.90] 1.75[1.13，2.63] 3.63[1.78，5.48] 10.872 < 0.001* *P < 0.05。 2.2 多因素Logistic分析
因变量为是否发生脑梗死出血转化，0 = 未发生脑梗死出血转化，1 = 发生脑梗死出血转化。自变量纳入准则为：根据纳入样本的基线信息（表1）， 2组具有统计学差异的因素，即入院时收缩压、入院时NIHSS评分、是否接受溶栓治疗。自变量赋值：0 = 未接受溶栓治疗，1 = 接受溶栓治疗。以上结果提示，NLR和dNLR可能是AIS-LAA患者HT的独立影响因素（P < 0.05），见表2。
表 2 多因素Logistic回归分析NLR、dNLR和大动脉粥样硬化所致脑梗死后出血转化的相关性Table 2. Multivariate analysis for the association between NLR,dNLR and HT in AIS-LAA检测变量§ β Wald Adjusted OR（95% CI） P NLR 1.365 10.444 1,441（1.154-1.798） 0.001* dNLR 1.938 12.405 1.505（1.163-2.165） < 0.001* §多因素Logistic回归分析校正了入院时收缩压、入院时NIHSS评分、溶栓治疗。*P < 0.05。 2.3 ROC曲线分析
NLR预测AIS-LAA患者HT的AUC为0.71 [95% CI （0.63-0.78），P = 0.004]，NLR的cut-off值为4.61，灵敏度63.16%，特异度80.3%；dNLR预测AIS-LAA患者HT的AUC为0.75 [95% CI （0.67-0.82），P < 0.001]，dNLR的cut-off值为2.78，灵敏度63.16%，特异度83.3%，见图1、表3。
图 1 NLR、dNLR预测大动脉粥样硬化所致脑梗死患者出血转化的ROC曲线Figure 1. Predictive value of NLR and dNLR for HT in AIS-LAA表 3 NLR和dNLR对大动脉粥样硬化所致脑梗死出血转化的预测价值Table 3. Comparison of predictive power between dNLR and NLR检测变量 Cut-off值 特异性 敏感度 曲线下面积 （95%CI） z P NLR 4.61 80.3% 63.16% 0.71（0.63-0.78） 2.915 0.004* dNLR 2.78 83.3% 63.16% 0.75（0.67-0.82） 4.423 < 0.001* *P < 0.05。 3. 讨论
急性脑梗死出血转化是急性脑梗死患者的常见并发症，也是脑梗死预后不良的重要因素，其发生率为30.0%～76.1%[5]。亚洲人脑梗死后出血转化发生率显著高于西方人群且西方人群中心源性栓塞所致脑梗死占比更高[3]。当AIS发生时，外周免疫及炎性细胞被激活并进入缺血脑组织对脑梗死预后发挥双重作用[6-7]。本研究通过中性粒细胞和淋巴细胞计数寻找大动脉粥样硬化所致脑梗死后出血转化的预测因素，为改善脑梗死预后提供线索。
本研究为回顾性临床研究，结果提示：伴随入院时NIHSS评分和收缩压升高，出现脑梗死后出血转化更易发生。其原因可能是AIS后局部脑组织血氧供应不足，大量神经细胞死亡，血管扩张，加重脑水肿，使AIS症状加重，增高HT的发生风险。与此同时，当AIS发生时，机体反应性致血压升高形成脑缺血组织内高灌注趋势，血脑屏障功能受到进一步损伤，加重脑梗死后出血转化。一项Meta研究表明，心房颤动所致栓子脱落堵塞血管是AIS患者发生出血转化的独立影响因素，NLR是心源性栓塞所致脑梗死患者出血转化的独立影响因素[8]。同时，AIS后接受溶栓治疗和血管内治疗的AIS患者较易出现脑梗死后出血转化，溶栓使缺血性脑组织受到再灌注损伤，进一步加重炎性反应及血脑屏障功能障碍，红细胞外渗，引起血管源性水肿导致出血转化[7]。然而，中国急性脑梗死患者中大动脉粥样硬化是导致AIS的主要因素，炎症反应是大动脉粥样硬化的病理基础[9]，所以研究炎症反应对大动脉粥样硬化所致脑梗死后出血转化尤为重要。
本研究结果显示：HT组淋巴细胞计数低于non-HT组，HT组NLR及dNLR高于non-HT组且具有统计学差异，NLR和dNLR是AIS-LAA后HT的独立影响因素，表明炎症反应参与大动脉粥样硬化所致急性脑梗死后出血转化的发生发展。一项脑梗死后出血转化的尸检研究发现，中性粒细胞在脑梗死区域大量募集，局部基质金属蛋白酶9（matrix metalloproteinase-9，MMP-9）增加，基底层IV型胶原降解，血脑屏障破坏导致出血转化[10]。动脉粥样硬化可以使颅内血管发生慢性的炎症反应，当AIS-LAA发生时，炎症反应加剧，中性粒细胞合成并释放细胞因子MMP-9，这些因子通过降解血管周围脊膜蛋白影响血管基底膜，破坏血脑屏障完整性导致HT发生[11]。此外脑梗死可诱导中性粒细胞活化产生弹性蛋白酶、髓过氧化物酶，与组蛋白、DNA形成中性粒细胞胞外网状陷阱（NETs），从而破坏血脑屏障[12- 13]。有研究表明，卒中后血小板活化，血小板p-选择素集合T淋巴细胞的p-选择素糖蛋白配体或CD162因子使炎症细胞粘附于细胞内皮上促进血栓炎症反应，破坏血管通透性诱发出血转化[14]。当AIS发生时，皮质醇激素水平升高导致淋巴细胞减少，加剧神经细胞死亡[15]。
NLR和dNLR可反映机体免疫功能和炎性状态，是新型炎症治疗。NLR已广泛应用于脑梗死、心肌梗死及肿瘤的生存期预测中，dNLR仅应用于肿瘤患者生存时间的预测，目前尚没有两者在大动脉粥样硬化所致脑梗死出血转化的研究。本研究结果显示，dNLR预测AIS-LAA患者HT的AUC为0.75，dNLR的cut-off值为2.78，灵敏度63.16%，特异度83.3%；NLR预测AIS-LAA患者HT的AUC为0.71，NLR的cut-off值为4.61，灵敏度63.16%，特异度80.3%。本研究结果与既往研究结果一致。有大量研究表明，急性缺血性脑卒中患者NLR越高，提示HT发生风险越高[16-18]。然而笔者的研究表明，虽然NLR和dNLR可能为大动脉粥样硬化所致急性缺血性脑梗死出血转化的独立影响因素，但dNLR具有更高的灵敏度和特异度，且数据可取性更为便捷。
综上所述，NLR和dNLR可能是AIS-LAA患者HT的独立影响因素，且dNLR具有更高的灵敏度和特异度。通过二者的预测，可积极预防高风险患者，从而有助于降低AIS-LAA患者致残率和致死率。本研究存在一定的局限性：首先，本研究是单中心回顾性分析且样本量较小，统计时存在偏倚，笔者将在今后的工作中进一步验证结果；其次，本研究仅分析入院时NLR和dNLR指标，需动态观察两者变化，更客观的阐述二者与HT之间的关系。
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图 2 普萘洛尔不同对映体在不同种属肝微粒体中的孵育曲线
A：大鼠肝微粒体；B：犬肝微粒体；C：猴肝微粒体；D：人肝微粒体。
Figure 2. Incubation curves of different enantiomers of propranolol in liver microsomes of different species
表 1 精密度与准确度结果（
$\bar x \pm s $ /%）Table 1. Precision and accuracy results （
$\bar x \pm s $ /%）理论浓度（μg/mL） 目标物 日内精密度（n = 5） 日间精密度（n = 15） 准确度（n = 5） 实测浓度 RSD 实测浓度 RSD 0.05 R-（+）-普萘洛尔 0.055 ± 0.003 5.88 0.055 ± 0.003 5.90 108.85 ± 6.41 S-（-）-普萘洛尔 0.043 ± 0.002 3.80 0.047 ± 0.006 12.09 86.59 ± 2.95 0.1 R-（+）-普萘洛尔 0.106 ± 0.005 4.87 0.099 ± 0.009 8.72 106.20 ± 5.21 S-（-）-普萘洛尔 0.095 ± 0.005 5.80 0.097 ± 0.008 7.76 94.94 ± 0.12 2 R-（+）-普萘洛尔 1.987 ± 0.140 7.06 1.833 ± 0.140 7.75 99.34 ± 7.02 S-（-）-普萘洛尔 1.842 ± 0.060 3.10 1.889 ± 0.130 6.72 92.08 ± 2.87 8 R-（+）-普萘洛尔 7.600 ± 0.310 4.14 7.179 ± 0.360 5.07 94.99 ± 3.93 S-（-）-普萘洛尔 7.913 ± 0.270 3.36 7.700 ± 0.270 3.53 98.91 ± 3.33 
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表 2 提取回收率与基质效应结果（%）
Table 2. Extraction recovery and matrix effect results（%）
理论浓度（μg/mL） 目标物 提取回收率 （n = 5） 基质效应 （n = 5） $ （\overline{x}\pm s） $ RSD $ （\overline{x}\pm s） $ RSD 0.1 R-（+）-普萘洛尔 104.45 ± 7.01 6.71 102.66 ± 3.70 3.60 S-（-）-普萘洛尔 105.60 ± 4.45 4.22 106.02 ± 3.75 3.54 2 R-（+）-普萘洛尔 100.91 ± 5.62 5.57 107.92 ± 3.86 3.57 S-（-）-普萘洛尔 98.31 ± 4.79 4.87 106.52 ± 4.12 3.87 8 R-（+）-普萘洛尔 92.18 ± 5.32 5.77 112.51 ± 1.74 1.54 S-（-）-普萘洛尔 102.92 ± 2.14 2.08 100.30 ± 2.50 2.49
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表 3 稳定性试验结果（
$\bar x \pm s $ /%）Table 3. Stability test results （
$ \bar x \pm s $ /%）理论浓度（μg/mL） 目标物 进样器放置24 h 室温放置12 h 实测质量浓度（n = 5） RSD 实测质量浓度 （n = 5） RSD 0.1 R-（+）-普萘洛尔 0.110 ± 0.003 3.18 0.111 ± 0.003 3.08 S-（-）-普萘洛尔 0.111 ± 0.002 1.63 0.113 ± 0.002 1.72 2 R-（+）-普萘洛尔 2.071 ± 0.160 7.76 1.890 ± 0.150 8.04 S-（-）-普萘洛尔 2.271 ± 0.010 0.58 2.250 ± 0.037 1.63 8 R-（+）-普萘洛尔 7.882 ± 0.200 2.49 7.436 ± 0.282 3.80 S-（-）-普萘洛尔 8.846 ± 0.120 1.31 8.907 ± 0.210 2.33
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表 4 R-（+）-普萘洛尔和S-（-）-普萘洛尔在不同肝微粒体中的回归方程、t1/2和CLint
Table 4. Regression equation，t1/2 and CLint of R-（+）- propranolol and S-（-）- propranolol in different liver microsomes
肝微粒体 目标物 回归方程 R2 t1/2/min CLint/mL·min−1·mg−1 大鼠 R-（+）-普萘洛尔 y = −0.0117x−0.08 0.9777 59.23* 0.023* S-（-）-普萘洛尔 y = −0.0153x−0.0006 0.9359 45.00# 0.031# 犬 R-（+）-普萘洛尔 y = −0.0063x−0.141 0.8946 111.77* 0.012* S-（-）-普萘洛尔 y = −0.014x +0.0021 0.9885 49.50# 0.028# 猴 R-（+）-普萘洛尔 y = −0.0086x−0.0537 0.9559 80.58* 0.017* S-（-）-普萘洛尔 y = −0.0089x + 0.0066 0.9648 77.87# 0.018# 人 R-（+）-普萘洛尔 y = −0.0037x−0.076 0.9117 187.30 0.007 S-（-）-普萘洛尔 y = −0.0026x−0.0677 0.9072 266.54 0.005 注：R-（+）-普萘洛尔：与人肝微粒体比较，*P < 0.05；S-（-）-普萘洛尔：与人肝微粒体比较，#P < 0.05。
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