夏興 邵東 孫新強,*
(1 上海來益生物藥物研究開發中心有限責任公司,上海 200240;2 浙江醫藥股份有限公司新昌制藥廠,新昌 312500)
達托霉素是一種由13個氨基酸組成的新型脂肽類抗生素,是一種鈣離子依賴型的抗生素。在鈣離子存在的條件下,它將以非共價鍵的形式與細胞膜上達托霉素結合蛋白(DBPs)結合。達托霉素由微生物玫瑰孢鏈霉菌發酵生成的,具有在體外抗絕大多數的臨床革蘭陽性菌的作用,包括厭氧菌、腸球菌等耐藥菌,且主要用于耐藥菌,如耐萬古霉素的腸球菌(VRE),耐甲氧西林金葡菌(MRSA)等,在醫學方面具有廣闊的應用前景[1-2]。
達托霉素的化學結構復雜,結構如圖1所示,其生產、純化、運輸、保藏環節的條件變化均會導致雜質的產生,影響產品質量和治療效果。為評價藥物的安全性、雜質的生物學影響,必須對相關雜質的結構進行確證。同時,在進行達托霉素申報注冊時也需要說明相關雜質的來源,因此對相關雜質的研究十分重要。本文在研究達托霉素相關雜質過程中[3],發現了一個未知雜質。通過高效液相分離純化了該雜質,并進行UPLC-MS和NMR測定,推定了其結構。根據其化學結構,檢測了生產原料,推測了其可能的來源。
Aglient 1100液相系統(美國Aglient);質譜儀:ACQUITYTMUPLC & Q-TOF MS Premier(美國Waters);核磁共振儀:Bruker Avance III 400MHz(德國Bruker);GC-MS:安捷倫7890A-5975C(美國Aglient)。
達托霉素(浙江醫藥股份有限公司,批號:306DT150301);癸酸:杭州油脂化工(批號:20170321009);乙腈購于百靈威化學技術有限公司,色譜純;硅烷化試劑購于上海安普科技;其他試劑均為分析純。
按照文獻方法進行HPLC分析[4]。色譜柱:菲羅門C8,IB-SIL(4.6mm×250mm, 5μm) C8柱;柱溫:25℃(22~28℃);檢測波長:214nm;流速:1.5mL/min;進樣量:20μL。
流動相:A相0.45% NH4H2PO4中的20%乙腈,pH 3.25;B相0.45% NH4H2PO4中的50%乙腈,pH 3.25。目標流動相為35%乙腈于0.45% NH4H2PO4中,使得達托霉素的保留時間維持在(36.0±1.5)min,如有偏差,可通過調節A、B相,使保留時間在合理范圍內。
溶液配制:精密量適量達托霉素樣品,加A相和B相(1:1,V/V)流動相,制成含達托霉素1mg/mL?;靹?,進行HPLC分析。
利用HPLC對進行雜質制備,制備條件沿用HPLC分析條件。對達托霉素樣品中各個雜質目標峰進行收集。收集的各個雜質溶液-18℃冷凍保存。等累計到一定量后,合并相同組分。減壓薄膜濃縮去除有機溶劑,冷凍干燥,獲得含有雜質和鹽的混合物。使用無水甲醇溶解含上述各個雜質的混合物,過濾去除不溶于甲醇的鹽,獲得的溶液進行減壓濃縮,獲得比較純的雜質樣品。
方法:ESI源,正離子。毛細管電壓為3.0kV,錐孔電壓35V,源內溫度100℃,干燥氣流溫度250℃,干燥器流速400L/h; 碰撞能MS 6eV、MS-MS 35eV,質量掃描范圍m/z80~2000,掃描時間1s,掃描間隔時間0.02s,樣品濃度1mg/mL。
樣品溶于0.5mL DMSO-d6中,進行核磁共振掃描。采用Bruke Avance III 400MHz配5mm BBOF探頭,觀察頻率100MHz,掃描范圍-20~220ppm,30度脈沖角,采樣時間0.68s,延遲時間2s,掃描次數5120次,測定溫度300K。
癸酸樣品,熔融后取100μL于氣相頂空瓶中,加入900μL硅烷化試劑,封閉后70℃靜置1h。進行GC-MS分析。
圖1 達托霉素結構圖Fig.1 The structure of daptomycin
G C-M S方法:色譜柱:D B-5(30m×0.25mm×0.25μm);進樣量:0.2μL;進樣溫度:270℃;分流比:100:1;載氣:氦氣(99.999%);流量:1mL/min;柱溫:40℃保持3min,以10℃/min升至300℃,保持8min;接口溫度:270℃;離子源溫度:230℃;四級桿溫度:150℃;電離方式:EI+,70ev;檢測器電壓:2200V;掃描方式:全掃描;質量范圍:20~500;NIST 2014譜庫。
所述的方法,對達托霉素進行了分析,發現達托霉素樣品中雜質較多,主要含有10個雜質。HPLC圖譜參見圖2。針對這些雜質,進行了分離純化。其中,保留時間30.1min(相對保留時間RRT為0.82)處的雜質為新雜質。
采用全掃描一級質譜,并進一步對新雜質進行碰撞誘導解離實驗,得到一級、二級質譜圖,一級MS和二級MS見圖3~4。
圖2 達托霉素HPLC圖Fig.2 HPLC profile of daptomycin
圖3 新雜質MS圖Fig.3 MS spectra of new impurity
按照文獻[5]的方法,本研究進行新雜質MS-MS的解析。新雜質MS-MS片段模式如圖5所示。正離子模式下,新雜質的[M+H]+準分子離子峰為m/z1618.6995,元素組成為C72H100N17O26;m/z809.8456為[M+2H]2+峰;m/z1280.51為雜質脫去脂肪?;鶄孺満蜕滨5钠?。其他主要的MS-MS數據參見表1。MS-MS顯示,y1~y12的離子碎片與達托霉素的一致;b離子與達托霉素相比,碎片峰都比達托霉素的b離子小2。推測該化合物為在癸?;鶄孺溕闲纬呻p鍵。
為進一步確證側鏈結構,進行了核磁共振分析。13C NMR圖譜參見圖6;1H NMR圖譜參見圖7。核磁共振圖譜的歸屬見表2。
圖4 新雜質MS-MS圖Fig.4 MS-MS spectra of new impurity
圖5 新雜質結構和MS-MS片段模式Fig.5 Chemical structures of new impurity and its MS-MS fragmentation patterns
表1 新雜質的MS-MS序列數據分析Tab.1 Ions observed in MS-MS sequence analysis of new impurity
表2 13C NMR和1H NMR在DMSO-d6中數據Tab.2 1H NMR and 13C NMR Data for new impurity in DMSO-d6
圖6 新雜質13C NMR圖Fig.6 13C NMR spectra of new impurity
按照文獻[5]的方法,我本研究進行新雜質核磁共振譜圖的解析。相比達托霉素而言,在13C NMR上,于123.59和132.98ppm處有2個信號,屬于烯鍵,同時在28ppm處,少了2個信號峰。結合1H NMR、推測在側鏈的3,4位形成了雙鍵。因此推測該雜質的結構,為N-(3-癸烯?;?-L-色氨?;?D-天冬酰胺?;?L-天冬氨?;?L-蘇氨?;?甘氨?;?L-鳥氨?;?L-天冬氨?;?D-丙氨?;?L-天冬氨?;?甘氨?;?D-絲氨?;?蘇-3甲基-L-谷氨?;?L-3-鄰氨基苯甲?;?L-丙胺酸-ε1-內脂,其與達托霉素的主要區別在于側鏈的3,4含有雙鍵。
采用ACD lab軟件處理GC-MS數據。GC-MS的離子流參見圖8。
圖7 新雜質1H NMR圖Fig.7 1H NMR spectra of new impurity
圖8 硅烷化癸酸離子流圖Fig.8 Ion flow spectra of silanized decanoic acid
在硅烷化癸酸的離子流圖中,主要有3個離子峰。其中組分為硅烷化癸酸。在12.56min,有一個微量物質,其MS圖參見圖9。分子量顯示,其比硅烷化癸酸少2Da,為硅烷化癸烯酸(表3)。
GC-MS結果顯示,癸酸樣品中主要成分為癸酸,主要雜質為辛酸、壬酸。并且在樣品中發現癸烯酸。
GC-MS分析結果表明,雜質為發酵過程中補加癸酸時癸酸中含有少量的癸烯酸所致。因此,想要控制雜質,需在發酵過程中控制癸酸質量。
圖9 硅烷化癸烯酸MS圖Fig.9 MS spectra of silanized decenoic acid
表3 硅烷化癸酸樣品主要成分Tab.3 Major component of silanized decanoic acid
肽類化合物結構復雜,由于之間為肽鍵相連,通過核磁分析很難確定連接關系。而質譜分析所形成的一系列碎片卻對肽鍵連接順序分析十分有效。Cubist曾經報道過一個分子量為1618的雜質,與我們分離到的新雜質分子量一致,但是Cubist并沒有明確其結構[4,6]。本文在達托霉素研究的基礎上,利用UPLC-MS和NMR分析了達托霉素新分離到的雜質。測試結果表明,該雜質與達托霉素的區別在于側鏈上有烯鍵,進一步的研究結果表明,發酵原料癸酸中含有的微量癸烯酸是該雜質形成的可能原因。因此,認為在發酵過程中,控制起始原料癸酸的質量,可以控制該雜質的含量[7]。