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立體異構體（Stereoisomers）是指分子中的結構基團在空間三維中排列不同而原子組成、原子-原子連接方式以及鍵合順序不發(fā)生改變的化合物。立體異構體分為對映異構體（Enantiomers）和非對映異構體（Diastereoisomers）兩大類。對映異構體（即對映體）是指在空間上不能重疊，互為鏡像關系的立體異構體，就像人的左右手一樣，稱為具有“手”性[1]。含有兩個互為對映異構體的化合物稱為手性化合物，其中僅含一個對映體的化合物稱為光學純手性化合物。左手性和右手性的對映異構體組成的等摩爾混合物稱之為外消旋體。 
生物大分子如蛋白質、多糖、核酸等均有手征性。除細菌等生物以外蛋白質都是由左旋的L-氨基酸組成；多糖和核酸中的糖則是右旋的D-構型。它們在生物體內形成手性環(huán)境。藥物在進人生物體內后，其藥理作用多與它和體內靶分子之間的手性匹配和分子識別能力有關。因此含手性的化學藥物的對映體在人體內的藥理活性、代謝過程及毒性存在著顯著差異，利用“手性”的原理與技術開發(fā)新藥，已經成為國際醫(yī)藥界的新方向之一[2]。- 一種對映體為另一種對映體的競爭性拮抗劑，如：（-）-異丙腎上腺素和（+）-異丙腎上腺素。
- 對映體具有相反的作用，如：二氫吡啶類拮抗劑，S-型對映體為L型電壓依賴性鈣通道的強激活劑，而R-型對映體多為阻滯劑。
- 一種對映體主要具有治療作用，另一種對映體主要產生副作用，如：氯胺酮S-型對映體發(fā)揮麻醉鎮(zhèn)痛作用，而R-型對映體則產生中樞興奮作用；反應停（thalidomide）胚胎毒性和致畸作用主要由S-型對映體產生。
- 兩種對映體產生類型不同的藥理作用，都可作為治療藥物，如：右旋丙氧酚是鎮(zhèn)痛藥，左旋丙氧酚對映體卻是止咳藥。
- 對映體作用的互利性，如：普洛萘爾的S-型對映體主要阻斷β受體，而R-型對映體對鈉通道具有抑制作用，以外旋體給藥時抗心律失常作用好。
- 一個對映體具有藥理活性，另一個對映體無活性或活性很弱，如左氧氟沙星的體外抗菌活性是右氧氟沙星的8-128倍。
過去手性藥物往往以外消旋體形式出售。1961年出現了外消旋的鎮(zhèn)靜劑反應停(Thalidomide)被孕婦服用后產生畸胎事件，直到1965年人們才發(fā)現反應停的R-對映體為鎮(zhèn)靜劑，而另一種S-對映體非但沒有鎮(zhèn)靜作用，而且有致畸作用[2]。
在此之后的研究表明，這不是個別現象，很多手性藥物都有類似情況。手性藥物的兩對映體雖然具有相似的理化性質，但在體內手性環(huán)境中卻具有高度的立體選擇性，表現出不同的藥動學和藥效學，因此手性藥物的臨床療效是藥物生物活性立體選擇性和體內過程立體選擇性的綜合結果。表1中的例子說明，不少藥物和毒物的差別僅為兩個不同立體構型的對映體，嚴重的甚至會直接危及人體的生命健康，因此在藥物研發(fā)進程中應對每一個含手性中心的藥物進行對映體藥理研究。
在人體的手性環(huán)境中，手性藥物對映體與生物大分子間相互識別、相互作用的立體選擇性導致了手性藥物的藥理學差異，即藥理學立體選擇性。藥理學立體選擇性分為藥效學立體選擇性(stereo-selectivity in pharmacodynamics)和藥物動力學立體選擇性(stereo-selectivity in pharmacokinetics)。藥效學立體選擇性是指手性藥物對映體間的藥效學作用及其機制存在著差異。藥物動力學立體選擇性是指手性藥物對映體在吸收、分布、代謝和消除過程中具有差異。臨床常用的手性藥物中90%以外消旋體給藥，這種給藥方式所產生的問題引起了越來越廣泛的關注和重視。1. 吸收（Absorption）多數藥物的吸收都是被動擴散的過程，其吸收的速度和程度取決于藥物的脂溶性。由于兩個手性對映體的脂溶性和水溶性并無明顯的差別，因此通過生物膜被動擴散的吸收不存在立體選擇性。而手性藥物在經過主動轉運或易化轉運方式進行吸收時，由于細胞膜載體或酶可識別藥物的空間結構，則會出現立體選擇性，造成對映體在吸收上的差異。當手性藥物在胃腸道經主動轉運進行吸收時，兩個對映體的吸收特性有可能存在著顯著差別，而且許多手性藥物在發(fā)生首過消除反應時會呈現出立體選擇性。β-內酰胺類抗生素頭孢氨芐的D-對映體經腸道的二肽轉運系統被主動吸收，且二肽轉運系統對D-對映體的轉運具有專一性和飽和性，而L-對映體能抑制D-對映體的吸收。β受體阻斷劑普萊洛爾，R-異構體較易發(fā)生首過效應，而藥理活性較強的S-異構體則較少發(fā)生。另外，不同藥物濃度、pH值、助溶劑和給藥間隔也對藥物立體選擇性的吸收有一定的影響。例如，β-受體阻斷劑普萘洛爾，在應用其親脂性前藥透皮吸收時，皮膚酯酶的立體選擇性傾向于水解R-普萘洛爾而吸收S-普萘洛爾[4]。2. 分布（Distribution）藥物的分布程度取決于藥物的脂溶性和藥物與血漿蛋白、組織的結合能力。藥物透膜的分配系數通常不受手性影響，但藥物對映體的蛋白結合率可能有很大差異。其立體選擇性主要體現在與血漿蛋白或組織結合的過程中。血漿蛋白結合在血漿中，與游離藥物結合的血漿蛋白主要有白蛋白（albumin）和β-酸性糖蛋白（β-acid glycoprotein），前者通常與酸性藥物結合，而后者主要與堿性藥物結合。手性對映體與這兩類蛋白結合能力的不同，導致血漿蛋白結合的差異。在人體內，瑞波西?。╮eboxetine）的(+)-對映體與(-)-對映體的AUC比值為0.15，因為活性較高的(+)-對映體蛋白結合率較低，而且從體內消除相對較快[5]。組織分布手性藥物在組織中的分布也同樣存在著立體選擇性，這種選擇性除與血漿蛋白中藥物的游離分數有關外，還和藥物與組織結合、跨膜轉運等特性有關。據MIRANDA等人報道，非諾洛芬存在組織分布立體選擇性，如關節(jié)炎患者的關節(jié)腔膜液中，有活性的S-對映體的AUC大約是R-對映體的10倍[6]。3. 代謝（Metabolism）對映體的代謝途徑在已研究的手性藥物中，絕大多數藥物代謝表現出不同程度的底物立體選擇性，有關該方面的研究主要集中在CYP450酶系所參與的氧化還原反應里。一種藥物不同代謝途徑的立體選擇方向的差異，其與受不同的CYP450同工酶催化密切相關。另一方面，有些對映異構體盡管是由相同的代謝酶催化代謝，但是由于同一種酶對異構體的親和力不同，或者參與對映體藥物代謝的幾種代謝酶的比例不同，都將導致兩者在體內代謝速度和代謝量的差異[4]。β-受體阻斷劑普萘諾爾在體內經CYP2D酶系氧化代謝，主要產生4-OH-普萘諾爾，以及5-OH-普萘諾爾和N-去丙基-普萘諾爾。在其藥動學研究中，三種代謝產物的Km和Vm值均表現為R-對映體<S-對映體，而且三種代謝產物的量因種屬的不同而略顯差異[7]。對映體間的相互轉化手性轉化是指對映異構體在代謝過程中發(fā)生構型轉化，從而使手性藥物的代謝和動力學研究變得復雜化。對映體發(fā)生手性轉化的器官主要是肝臟，其次是腎和胃腸道。研究對映體在體內的相互轉化，可了解對映體是否通過轉化為另一對映體而減慢另一對映體的消除而產生蓄積。反應停沙利度胺就是因其在體內發(fā)生快速的消旋化，其S異構體的致畸作用產生了數萬名的海豹胎，成為人類歷史上的災難性的藥物毒性反應[8]。Iami T等人在研究普拉洛芬（pranoprofen）在獵犬中的立體選擇性處置實驗中發(fā)現，R-(-)-對映體轉化為S-(+)-對映體的程度可達到14%，這種手性轉化在減慢S-(+)-對映體在犬中的消除起著重要的作用[9]。藥物在胃腸道的吸收速率也會影響藥物對映體的立體選擇性藥物動力學。如：口服消旋體布洛芬后，在胃腸道中無活性的R-對映體能夠向有活性的S-對映體轉化，藥物在胃腸道停留時間越長，轉化程度越大。Sattaris等對不同劑型布洛芬進行了體內動力學研究，服用布洛芬消旋體緩釋顆粒劑后，S-對映體與R-對映體AUC之比（7.3±1.5）要顯著高于混懸劑（3.6±1.1）和溶液劑（3.5±0.2）。結果表明體內兩對映體的比率與藥物從制劑中的釋放速率呈顯著相關性[10]。4. 排泄（Excretion）腎清除腎臟是藥物排泄的主要器官，腎排泄涉及腎小球濾過、腎小管主動轉運及腎代謝等過程，后兩個過程涉及腎的主動轉運和代謝，因此對手性對映體的清除可能存在著立體選擇性。給予大鼠索他洛爾消旋體后，其對映體的藥-時曲線相似，而單獨給予S-索他洛爾后，腎清除率從（33.7±6.0）降低至（28.9±5.6）mL/（min·kg）（P<0.05）；給予R-索他洛爾后，其清除率并無明顯變化[11]。S-索他洛爾的腎清除率受腎血流量影響較大，而受腎排泄的影響較小，因此以消旋體給藥后，R-索他洛爾的β-阻斷作用引起的腎血流量改變，可能是導致S-索他洛爾的腎清除率發(fā)生變化的主要原因。膽汁排泄膽汁排泄是藥物及其代謝產物的主要排泄途徑之一。手性藥物及其代謝產物在膽汁中排泄涉及主動過程和被動過程。已知膽管存在著三種轉運系統，即有機酸、有機堿和中性化合物轉運系統。這些轉運系統介導的藥物轉運，往往存在著立體選擇性。試驗發(fā)現，大鼠分別靜脈注射鹽酸曲馬朵和反式氧去甲基曲馬朵后，(-)-反式曲馬朵和(-)-反式氧去甲基曲馬朵優(yōu)先從膽汁中排泄[12]。由上述內容可見手性藥物的對映體分離是極其必要的。目前對映體分離的方法有：生物轉化不對稱催化法、液液萃取法、傳感器法、滲透膜法、重結晶法、毛細管電泳法、色譜法。其中色譜法又可以分為：超臨界流體色譜法（SFC）、氣相色譜法（GC）、毛細管電色譜法（CEC）、高效液相色譜法（HPLC）。其中發(fā)展最快、應用最廣的HPLC，具有高專屬性、高靈敏度、高分離度的對映體拆分和測定方法，對提高手性藥物的活性，減小副作用，深入研究作用機理等具有重要的理論和實際意義[13]。HPLC拆分對映體可以采用間接法和直接法。間接法又稱手性衍生化試劑法（CDR），利用手性試劑與被拆分物進行柱外衍生化反應生成非對映異構體，從而可被傳統的手性HPLC拆分。直接法分為手性固定相法（CSP）直接分離和手性流動相添加劑法（CMPA）。因CMPA是在流動相中加入手性添加劑，產生非對映體離子對或絡合物后，在色譜上進行分離，但由于手性添加劑的非揮發(fā)性而不適用于LC-MS，故最常用于定量的手性分析是手性衍生化試劑法和手性固定相法。手性衍生化試劑法是可以提高分離度、選擇性和靈敏度，但若手性衍生化試劑不純或衍生化過程中存在代謝產物的降解（如Ⅱ相代謝產物降解）則會導致定量偏差。而且衍生化的過程一般繁雜、冗長，過量的試劑也會造成分析柱的損傷。手性固定相法仍然是手性分析的首選，其優(yōu)點是快速、簡單、高效，種類較多，應用十分廣泛。目前，國際上發(fā)展的高效液相色譜手性固定相很多，主要有以下幾類：Pikle型手性固定相（又稱刷型手性固定相）：主要包括π-堿型（帶推電子取代基）、π-酸型（帶吸電子取代基）及氨基酸類。 配體交換手性固定相：建立在金屬配合物的配體交換的基礎之上的固定相。 大環(huán)手性固定相：主要包括大環(huán)抗生素手性固定相、環(huán)糊精手性固定相和冠醚手性固定相。 分裝印跡手性固定相：利用分子模板而生成的有機高分子。 多肽或蛋白質手性固定相：常用的人α1-酸性糖蛋白（α1-AGP）、人血清白蛋白（HSA）、牛血清白蛋白（BSA）、卵類黏蛋白、纖維二糖水解酶（CBH）等。 糖肽類手性固定相：主要有萬古霉素手性固定相和利福霉素B手性固定相。 多糖類手性固定相：主要包括纖維手性固定相和淀粉手性固定相。
建立一個穩(wěn)健的測定生物樣品中手性藥物含量的LC-MS法是非常具有挑戰(zhàn)性的，因為：①生物樣品分析常使用HPLC-MS/MS法，采用的液相體系一般是反相體系，但很多手性分離條件的液相體系是正相體系[14]，見表2，該體系對質譜的電噴霧離子化(ESI)和大氣壓化學離子化(APCI)的離子化均不利；②手性色譜柱的分離度通常低于非手性柱，且能改善分離效果的影響參數極少；⑤手性色譜柱穩(wěn)定性和重現性比普通非手性柱差；⑥手性色譜柱價格昂貴，購置很多不同種類的手性柱成本太高；⑦手性分離的成敗大部分取決于色譜工作者的經驗和反復測試。建立手性色譜分離需先確定方法的分離體系，若旋光對映體的分離可以在多個手性固定相上實現，那么可以根據分離體系初步篩選手性色譜柱，如：極性有機相（含有機酸或堿的乙腈和甲醇的混合液），固定相可用環(huán)糊精；反相流動相（含揮發(fā)性酸、堿或緩沖液的乙腈和水的混合液），固定相常用蛋白質或多糖類型；正相流動相（含有或不含有揮發(fā)性酸、堿的正己烷、乙醇或異丙醇的混合液），固定相常用于多糖類型的手性柱。而分析物對映體的分離是開發(fā)一個穩(wěn)健的手性LC-MS/MS生物分析方法中最困難的一環(huán)。理想的分離是對映體在色譜上達到基線分離，且有尖而對稱的窄峰。需要注意的是在方法開發(fā)時使用消旋體而實現的手性分離度，僅代表最佳狀態(tài)，可能具有誤導性，因為真實樣品中對映體的濃度比例不一定是1:1。當分離不完全，色譜峰又有嚴重的拖尾，若較小的對映體在較大的對映體后洗脫，那么較小的對映體可能會被掩蓋在較大的對映體峰下。在這種情況下，需要使用具有相反旋光性的手性柱或一個不同的手性柱，來實現兩個對映體在大濃度差（CD)下的完全分離，或次要峰在主要峰前流出。本實驗室在“苯磺酸左旋氨氯地平（2.5mg/片）和苯磺酸氨氯地平（5mg/片）的生物等效性研究”中，快速地建立了HPLC-MS/MS法測定人血漿中左旋氨氯地平的濃度。采用將不易變性的卵類黏蛋白固定在硅膠上的色譜柱ULTRON ES-OVM（4.6×150mm，5μm），其具有廣泛的手性識別，適用于反相體系分離，且靈敏度可達ng級，最終以16mM乙酸銨水溶液:乙腈=75:25作為反相流動相進行等度洗脫，將氨氯地平消旋體在色譜上有效地分離出左旋氨氯地平和右旋氨氯地平，見圖4，且左旋氨氯地平的靈敏度為0.05 ng/mL，成功地應用到生物樣品分析中，藥時曲線如圖5。圖4 氨氯地平的色譜圖[15] 圖5 口服受試制劑和參比制劑后的藥時曲線圖[15] 手性藥物的兩對映體雖然具有相似的理化性質，但在體內手性環(huán)境中具有高度的立體選擇性，表現出不同的藥動學和藥效學，因此手性藥物的臨床療效是藥物生物活性立體選擇性和體內過程立體選擇性的綜合結果。若對有活性的對映體加以充分利用，避免活性差或無活性甚至有毒性的另一對映體，形成單一對映體藥物，其具備療效好、毒副作用小、安全性高等的優(yōu)點，因此單一對映體藥物的研發(fā)已經成為當前新藥創(chuàng)新的重點，而開展手性藥物的藥代動力學研究和生物分析，對進一步了解藥物在體內吸收、分布、代謝和排泄過程的特點，最大限度地發(fā)揮藥效和降低毒副作用，指導臨床合理用藥，具有重要的理論和實踐意義。參考文獻[1]劉天天，王愛平，靳洪濤. 手性藥物研發(fā)進展與相關指導原則介紹[J]. 藥物評價研究，2018, 1674-6376: 2362-2368.[2]馬宇慶，季杰，羅杰，陶靖強. 手性藥物與健康[D]. 浙江:浙江科技學院生化學院.[3]余細勇. 手性藥物的立體選擇性藥動學和藥效學研究[R]. 定量藥理學與新藥評價國際會議. Nanjing. 2007.[4]鄒巧根，馮振斌，張尊建. 手性藥物代謝動力學的立體選擇性[J]. 海峽藥學，2011,23(8):16-19.[5]Fleishaker JC. Clinicalpharmacokinetics of reboxetine, a selective norepinephrine reuptake inhibitorfor the treatment of patients with depression[J]. Clin Pharmacokinet,2000,39(6):413-427.[6]de MIRANDA SILVAC, MARQUESM P, BARISSA G R, et al. Stereoselective disposition of fenopropfen in plasmaand synovial fluid of patients with rheumatoid arthritis [J]. Chirality,2007,19 (4):255-263.[7]Shi zuo Narimatsua, ToshiyukiNakataa, Takeshi Shimizudania, etal. Regio-and stereoselective oxidation of propranololenantiomers by human CYP2D6 , cynomolgus monkey C YP2D17 and marmoset CYP2D19[J].Chemico Biological Interact ions, 2011, 189 :146-152.[8]周艷鋼; 謝志紅; 李煥德手性藥物代謝的立體選擇性[J] 藥物分析雜志，2006, 26(12): 2362-2368.[9]Imai T , Nomura T. Enantiospecificdisposition of pranoprofen nin beagle dogs and rats[J].Chirality , 2003 ,15(4):312-317.[10]王婭莉，王樂，趙銘. 手性藥物的藥代動力學[J] .河北化工, 2005 , 28 (4):1891– 1895.[11]頓彬，劉會臣.手性藥物對映體在藥效學與藥代動力學的相互作用[J]. 中國臨床藥理學雜志, 2005 , 21(1):66-69.[12]劉會臣，于洋，王娜等. 反式曲馬朵和反式氧去甲基曲馬朵在大鼠膽汁中排泄的立體選擇性[J].藥學學報, 2003 ;38 :412-415.[13] 潘永玉手性藥物的對映體分離方法與藥物動力學研究[D]. 沈陽:沈陽藥科大學.2007.[14] 呂力瓊, 步知思, 童勝強. 多手性中心藥物色譜拆分研究進展[J]. 中國現代應用藥學, 2018, 35(9): 1431-1436.
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